数据库关系模型.ppt

数据库系统概论数据库系统概论数据库系统概论数据库系统概论 An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型v非关系模型层次模型层次模型(Hierarchical Model)网状模型网状模型(Network Model)v关系模型(Relational Model)v面向对象模型(Object Oriented Model）v对象关系模型(Object Relational Model)An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems关系模型关系模型v关系数据结构关系数据结构 v关系操作关系操作 v数据完整性约束数据完整性约束 An Introduction to Database Systems一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 v在在用用户户观观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二二维维表表，它它由由行行和和列列组成。组成。学 号姓 名年 龄性 别系 名年 级2005004王小明19女社会学20052005006黄大鹏20男商品学20052005008张文斌18女法律2005学生登记表学生登记表属性属性元组元组An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）关系（关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组属性（属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）主码（主码（Key）表中的某个属性或属性组，它可以唯一确定一个元组。域域（Domain）属性的取值范围。分量分量元组中的一个属性值。关系模式关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）v关系必须是规范化的，满足一定的规范条件关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表 图图1.27中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号姓名职 称工 资扣 除实 发基 本津 贴职务房 租水 电86051陈 平讲 师13051200501601122283图图1.27 一个工资表一个工资表(表中有表表中有表)实例实例 An Introduction to Database Systems二、关系数据模型的操纵与完整性约束二、关系数据模型的操纵与完整性约束v数据操作是集合操作，数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系操作对象和操作结果都是关系查询插入删除更新v数数据据操操作作是是集集合合操操作作，操操作作对对象象和和操操作作结结果果都都是是关关系系，即即若若干干元元组组的的集合集合v存存取取路路径径对对用用户户隐隐蔽蔽，用用户户只只要要指指出出“干干什什么么”，不不必必详详细细说说明明“怎怎么干么干”An Introduction to Database Systems关系数据模型的操纵与完整性约束（续）关系数据模型的操纵与完整性约束（续）v关系的完整性约束条件 实体完整性参照完整性用户定义的完整性An Introduction to Database Systems关系数据模型的优缺点关系数据模型的优缺点v优点优点建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上概念单一概念单一实体和各类联系都用关系来表示对数据的检索结果也是关系关系模型的存取路径对用户透明关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作An Introduction to Database Systems关系数据模型的优缺点（续）关系数据模型的优缺点（续）v缺点缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非 关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化 增加了开发DBMS的难度An Introduction to Database SystemsE-R模型向关系模型的转换 v一个实体转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性，实体的标识符就是关系的码。v对于实体间的联系有以下不同的情况：1：1联系和1：n联系一般不转换成关系模式。一个m：n联系转换为一个关系模式。An Introduction to Database Systems1:1转换示例转换示例v部门表部门表（部门号，部门名，经理号）v经理表经理表（经理号，经理名，电话）或者：或者：v部门表部门表（部门号，部门名）v经理表经理表（经理号，部门号，经理名，电话）11经理经理部门部门管理管理部门名部门名部门号部门号经理号经理号经理名经理名电话电话An Introduction to Database Systems1:n转换示例转换示例v部门表部门表（部门号，部门名）v职工表职工表（职工号，部门号，职工名，工资）n1职工职工部门部门工工作作部门名部门名部门号部门号职工号职工号职工名职工名工资工资An Introduction to Database Systemsm:n转换示例转换示例v教师表教师表（教师号，教师名，职称）v课程表课程表（课程号，课程名，学分）v授课表授课表（教师号，课程号，授课时数）nm课程课程教师教师授课授课教师名教师名教师号教师号课程号课程号课程名课程名学分学分职称职称授课时数授课时数An Introduction to Database Systems例题例题v一个图书借阅数据库系统要求提供下述服务：可随时查询书库中现有书籍的名称、品种、数量与存放位置，所有各类书籍均可由书号唯一标识；可随时查询书籍借还情况。包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期和还书日期。约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所借，借书证号具有唯一性；当需要时，可通过数据库中保存的出版社电报编号、电话、邮编及地址等信息向有关书籍的出版社增购有关书籍。约定：一个出版社可出版多种书籍，同一本书仅为一个出版社出版，出版社名具有唯一性。v1、根据上述语义画出ER图，要求在图中画出属性并注明联系的类型。v2、将ER模型转换成关系模型，并指出每个关系模式的主键和外键An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems1.3 数据库系统结构数据库系统结构v从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构 v从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构），数据库系统的结构分为:单用户结构主从式结构分布式结构客户服务器浏览器应用服务器数据库服务器多层结构等An Introduction to Database Systems数据库系统结构数据库系统结构（续）（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Database Systems1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v“型”和“值”的概念型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明值(Value)是型的一个具体赋值例如学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）An Introduction to Database Systems数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念（续）（续）v模式（模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述数据库逻辑结构和特征的描述是型的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式是相对稳定的v实例（实例（Instance）模式的一个具体值模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动实例随数据库中的数据的更新而变动An Introduction to Database Systems数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念（续）（续）例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录 2003年的一个学生数据库实例，包含：2003年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录 2002年度学生数据库模式对应的实例与 2003年度学生数据库模式对应的实例是不同的 An Introduction to Database Systems数据库系统结构数据库系统结构（续）（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Database Systems1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构v模式（Schema）v外模式（External Schema）v内模式（Internal Schema）An Introduction to Database Systems数据库系统的三级模式结构（续）数据库系统的三级模式结构（续）图1.28 数据库系统的三级模式结构 An Introduction to Database Systems一、模式（一、模式（Schema）v模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求v一个数据库只有一个模式v模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关An Introduction to Database Systems模式（续）模式（续）v模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求An Introduction to Database Systems二、外模式（二、外模式（External Schema）v外模式（也称子模式或用户模式）数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）使使用用的的局局部部数数据据的逻辑结构和特征的描述的逻辑结构和特征的描述数数据据库库用用户户的的数数据据视视图图，是是与与某某一一应应用用有有关关的的数数据据的的逻逻辑辑表表示示An Introduction to Database Systems外模式（续外模式（续）v外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集一一个个数数据据库库可可以以有有多多个个外外模模式式。反反映映了了不不同同的的用用户户的的应应用用需需求求、看看待待数据的方式、对数据保密的要求数据的方式、对数据保密的要求对对模模式式中中同同一一数数据据，在在外外模模式式中中的的结结构构、类类型型、长长度度、保保密密级级别别等等都都可以不同可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式但一个应用程序只能使用一个外模式An Introduction to Database Systems外模式（续）外模式（续）v外模式的用途n保证数据库安全性的一个有力措施保证数据库安全性的一个有力措施n每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据An Introduction to Database Systems三、内模式（三、内模式（Internal Schema）v内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，树结构存储，按按hash方法存储）方法存储）索引的组织方式索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否压缩存储数据是否加密数据是否加密数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定v一个数据库只有一个内模式An Introduction to Database Systems内模式（续）内模式（续）v例如学生记录，如果按堆堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后最后，如右图所示An Introduction to Database Systems内模式（续）内模式（续）v如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图1.29（b）所示v如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图1.29（c）所示 图1.29 记录不同的存储方式示意图An Introduction to Database Systems数据库系统结构数据库系统结构（续）（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Database Systems1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性v三级模式是对数据的三个抽象级别v二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式模式映像模式内模式映像 An Introduction to Database Systems一、外模式模式映象一、外模式模式映象v模式：描述的是数据的全局逻辑结构v外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 v同一个模式可以有任意多个外模式 v每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系v映象定义通常包含在各自外模式的描述中An Introduction to Database Systems外模式模式映象（续）外模式模式映象（续）保证数据的逻辑独立性当当模模式式改改变变时时，数数据据库库管管理理员员修修改改有有关关的的外外模模式式模模式映象，使外模式保持不变式映象，使外模式保持不变应应用用程程序序是是依依据据数数据据的的外外模模式式编编写写的的，从从而而应应用用程程序序不不必必修修改改，保保证证了了数数据据与与程程序序的的逻逻辑辑独独立立性性，简简称称数数据的逻辑独立性据的逻辑独立性。An Introduction to Database Systems二、模式内模式映象二、模式内模式映象v模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的v数据库中模式内模式映象是唯一的v该映象定义通常包含在模式描述中An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）保证数据的物理独立性当当数数据据库库的的存存储储结结构构改改变变了了（例例如如选选用用了了另另一一种种存存储储结结构构），数数据据库库管管理理员员修修改改模模式式内内模模式式映映象象，使使模模式保持不变式保持不变应应用用程程序序不不受受影影响响。保保证证了了数数据据与与程程序序的的物物理理独独立立性性，简称数据的物理独立性。简称数据的物理独立性。An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键 独立于数据库的其他层次 设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库的内模式依赖于它的全局逻辑结构独立于数据库的用户视图，即外模式独立于具体的存储设备 将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库的外模式面向具体的应用程序定义在逻辑模式之上独立于存储模式和存储设备当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做相应改动 设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v特定的应用程序在外模式描述的数据结构上编制的依赖于特定的外模式与数据库的模式和存储结构独立不同的应用程序有时可以共用同一个外模式v数据库的二级映像保证了数据库外模式的稳定性从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去 v数据的存取由DBMS管理用户不必考虑存取路径等细节简化了应用程序的编制大大减少了应用程序的维护和修改 An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成v数据库v数据库管理系统（及其开发工具）v应用系统v数据库管理员An Introduction to Database Systems数据库系统的组成（续）数据库系统的组成（续）v硬件平台及数据库 v软件 v人员 An Introduction to Database Systems一、硬件平台及数据库一、硬件平台及数据库v数据库系统对硬件资源的要求 (1)足够大的内存操作系统操作系统DBMS的核心模块的核心模块数据缓冲区数据缓冲区应用程序应用程序An Introduction to Database Systems硬件平台及数据库（续）硬件平台及数据库（续）(2)足够大的外存 磁盘或磁盘阵列数据库数据库 光盘、磁带数据备份数据备份(3)较高的通道能力，提高数据传送率An Introduction to Database Systems二、软件二、软件vDBMSv支持DBMS运行的操作系统v与数据库接口的高级语言及其编译系统v以DBMS为核心的应用开发工具v为特定应用环境开发的数据库应用系统An Introduction to Database Systems三、人三、人 员员v数据库管理员v系统分析员和数据库设计人员v应用程序员v用户An Introduction to Database Systems人人 员（续）员（续）图1.30 各种人员的数据视图 v不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示An Introduction to Database Systems1.数据库管理员数据库管理员(DBA)具体职责：v1.决定数据库中的信息内容和结构v2.决定数据库的存储结构和存取策略v3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件An Introduction to Database Systems数据库管理员数据库管理员(续续)v4.监控数据库的使用和运行周期性转储数据库数据文件日志文件系统故障恢复介质故障恢复监视审计文件An Introduction to Database Systems数据库管理员数据库管理员(续续)v5.数据库的改进和重组性能监控和调优定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能 需求增加和改变时，数据库须需要重构造An Introduction to Database Systems2.系统分析员和数据库设计人员系统分析员和数据库设计人员 v系统分析员 负责应用系统的需求分析和规范说明与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置参与数据库系统的概要设计An Introduction to Database Systems系统分析员和数据库设计人员系统分析员和数据库设计人员（续）（续）v数据库设计人员参加用户需求调查和系统分析确定数据库中的数据设计数据库各级模式An Introduction to Database Systems3.应用程序员应用程序员v设计和编写应用系统的程序模块v进行调试和安装An Introduction to Database Systems4.用户用户 用户是指最终用户（End User）。最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库。v1.偶然用户不经常访问数据库，但每次访问数据库时往往需要不同的数据库信息 企业或组织机构的高中级管理人员An Introduction to Database Systems用户（续）用户（续）v2.简单用户主要工作是查询和更新数据库 银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员v3.复杂用户工程师、科学家、经济学家、科技工作者等直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的API编制自己的应用程序An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems1.5 1.5 小结小结v数据库系统概述数据库的基本概念数据管理的发展过程v数据模型数据模型的三要素概念模型，E-R 模型一种主要数据库模型An Introduction to Database Systems小结小结(续续)v数据库系统的结构数据库系统三级模式结构数据库系统两层映像系统结构v数据库系统的组成An Introduction to Database Systems 下课了。下课了。追求追求休息一会儿。休息一会儿。An Introduction to Database Systems