L02_Oracle数据库编程_QUST.pdf

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1、数据模型与数据库结构 数据和数据模型 数据与信息 描述事物的符号记录称为数据 将从数据中获得的有意义的内容称为信息 数据有一定的格式，这些格式的规定是数据的语法，而数据的含义是数据的语义 数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理才能成为有用的信息 数据与信息 数据 （张三，9912101，男，1981，计算机系，应用软件）解释 张三是9912101班的男生，1981年出生，计算机系应用软件专业。数据 信息 解释 挖掘/推理 知识 数据与信息 数据 信息 解释 挖掘/推理 知识 A经常购买新产品 T常购买奢侈品，经常换物流 数据模型 模型 建筑模型、飞机模型、计算机中的模型 对事物、对象、过

2、程等客观系统中感兴趣的内容的模拟和抽象表达，是理解系统的思维工具 数据模型（Data Model）也是一种模型，它是对现实世界数据特征的抽象和模拟 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息 数据模型 数据模型即要面向现实世界，又要面向机器世界，因此需满足三个要求:能够真实地模拟现实世界 容易被人们理解 能够方便地在计算机上实现 1010111101 Student(sid:string,name:string,login:string,age:integer,gpa:real)数据模型 数据模型实际上是模型化数据和信息的工具 概念层数据模型（概念模型）：从数据的语义

3、视角来抽取模型，是按用户的观点来对数据和信息进行建模。组织层数据模型（组织/数据模型）：从数据的组织层次来描述数据。客观世界客观世界 信息世界信息世界 机器世界机器世界 认识，认识，抽象抽象 （便于用户和（便于用户和DBDB设计人员交流）设计人员交流）转换（便于机器实现）转换（便于机器实现）客观存在客观存在 概念（信息）模型概念（信息）模型 组织（数据）模型组织（数据）模型 数据模型 从现实世界到概念模型的转换 由数据库设计人员完成 从概念模型到逻辑模型的转换 由数据库设计人员完成 用数据库设计工具协助设计人员完成 从逻辑模型到物理模型的转换 由DBMS完成 数据模型 现实世界信息世界机器世界

4、抽象转换（概念层模型）（组织层模型）描述数据模型 数据模型的三要素 数据结构（静态）如何表示数据，以及数据之间的联系（关键）数据操作（动态）增、删、查、改 完整性约束 如何保证数据的约束条件得到满足 概念层数据模型 基本概念 实体-联系模型 概念模型 概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象 是现实世界到机器世界的一个中间层次 把现实世界中的客观对象抽象成的某种信息结构 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言 主要用在数据库的设计阶段，是数据库设计的有力工具 独立于具体的计算机系统，独立于具体的DBMS支持的数据模型 与具体的数据库管理系统无关 与具体的实现方式无关 基本概

5、念 概念层数据模型应该 具有较强的语义表达能力 能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰，易于被用户理解 概念层数据模型是面向用户、面向现实世界的数据模型，与具体的DBMS无关 常用概念模型：实体-联系模型、语义对象模型 实体-联系模型 简单、实用，应用广泛 实体-联系方法使用的工具称为E-R图 也把这种描述结果称为E-R模型 实体（Entity）属性（Attribute）联系（Relationship）实体与实例 实体：具有公共性质的可相互区分的现实世界对象的集合。例如：学生、课程、职工。在E-R图中用矩形框表示具体的实体，把实体名写在框内 实体中每个具体的记录值（一行数据），称

6、为实体的一个实例（有些书也将实体称为实体集或实体类型，而将每行具体的记录称为实体）实体 实例 学生 属性 描述实体或者联系的性质或特征的数据项 一个实体可以由若干属性刻画 能够唯一标识实体的一个属性或最小的一组属性称为实体的标识属性，或码（Key）学号学号 姓名姓名 性别性别 年龄年龄 属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来 学生学生 学号学号 年龄年龄 性别性别 姓名姓名 实体和记录 信息世界 实体 客观存在并可相互区分的事物 实体集 性质相同的同类实体的集合 属性 实体具有的某一特性 实体标识符 能将一个实体与其它实体区分开来的一个或一组属性 数据世界 记录实体（抽象表示）

7、文件实体集 字段/数据项属性 关键字实体标识符 型与值 实体 实体型 对实体固有特性或结构的描述，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画 汽车（车牌号，车型，车主）实体值 实体型的一个实例，即一个具体的实体 （豫A00001，丰田，张三）记录 记录型 记录格式 记录值 一个具体的记录 车牌号 名称 车主 豫A00001 丰田 张三 型与值 区分型与值的实质 型是对象的结构或特性描述，值是一个具体的对象实例 类似于程序设计语言中数据类型与数据值的概念 DBS中讨论的重点是型 通常只说实体、记录（具体含义根据上下文判断即可）那值从何而来？联系 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体

8、内部的联系和实体之间的联系 实体内部的联系 一个实体内属性之间的联系（记录内部数据项间的联系）职工中的职工号和此职工的部门经理号 实体之间的联系 不同实体之间的联系（记录之间的联系）课程和学生实体之间存在选课联系 联系 实体之间的联系用菱形框表示，框内写上联系名（必须命名），并用连线与有关的实体相连，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）实体1 联系名 实体2 1 1 1:1联系 实体1 联系名 实体2 m n m:n联系 实体1 联系名 实体2 1 n 1:n联系 联系 一对一联系 如果对于实体集A中的每个实体，实体集B中至多有一实体与之联系，反之亦然 则称实体集A与实体集B

9、具有一对一联系，记为1:1。实例 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职 学校和校长，丈夫和妻子等 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 联系 一对多联系 如果对于实体集A中的每个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B中的每个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系。记为1:n 实例 班级与学生之间的联系 一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习 单位和职工 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 联系 多对多联系 对于实体集A中的每个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之亦

10、然 则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为 m:n 实例 课程与学生之间的联系 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 联系 一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。实体之间联系的种类与语义直接相关。例如，部门和经理：如果一个部门只有一个经理，一个人只担任一个部门的经理，则部门和经理之间是一对一联系。如果一个部门可以有多个经理，而一个人只担任一个部门的经理，则部门和经理之间就是一对多联系。如果一个部门可以有多个经理，而且一个人也可以担任多个部门的经理，则部门和经理之间就是多对多联系。联系 同一

11、实体内部的联系 联系也可以有属性 多个实体之间的联系 职工职工 领导领导 1 n 课程课程 选修选修 学生学生 m n 成绩成绩 供应商供应商 供应供应 项目项目 m n 供应量供应量 零部件零部件 p 联系 多个实体的联系 顾客购买商品：每个顾客可以从多个售货员那里购买商品，并且可以购买多种商品 每个售货员可以向多名顾客销售商品，并且可以销售多种商品 每种商品可由多个售货员销售，并且可以销售给多名顾客 m m n n p p 顾客顾客 商品商品 售货员售货员 销售销售 E-R图 一个简单的物资管理系统 供应商 供应商号 姓名 地址 帐号 电话号码 项 目 项目号 预算 开工日期 仓 库 仓库

12、号 面 积 电话号 职 工 职工号 姓名 年龄 职称 零 件 零件号 名称 规格 单价 描 述 库存 库存量 m n 工作 1 n 领导 1 n 供应 供应量 m n p E-R图 一个简单的教学数据库系统 学生学生(学号学号,姓名姓名,性别性别,出生日期出生日期,党派党派,籍贯籍贯,系号系号)家庭成员家庭成员(学号学号,姓名姓名,性别性别,与本人关系与本人关系,单位单位,职务职务)奖惩奖惩(学号学号,时间时间,类别类别,事由事由,级别级别)学历学历(学号学号,时间时间,学校学校,性质性质)系系(系号系号,系名系名,地址地址,电话电话,系主任系主任)课程课程(课号课号,课名课名,学时学时,学分

13、学分,性质性质)选课选课(学号学号,课号课号,教师号教师号,成绩成绩)教师教师(教师号教师号,姓名姓名,职称职称,领导号领导号,系号系号)E-R图 学生学生 奖惩奖惩 家庭成员家庭成员 学历学历 教师教师 课程课程 系系 经历经历 管理管理 获得获得 拥有拥有 选课选课 工作工作 n m n 1 n 1 n n 1 n 1 p 1 成绩成绩 领导领导 n 1 E-R图 学生学生 籍贯籍贯 党派党派 出生日期出生日期 性别性别 姓名姓名 学号学号 课程课程 学号学号 性质性质 学分学分 学时学时 课名课名 组织层数据模型 概述 组织层数据模型是从数据的组织形式的角度来描述信息。组织层数据模型主要

14、有：层次模型（Hierarchical Model）非关系模型 网状模型（Network Model）非关系模型 关系模型（Relational Model）数据结构：表 面向对象模型（Object Oriented Model）数据结构：对象 层次模型 数据库管理系统中最早出现的数据模型 用树状结构来表示实体之间联系 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显示它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在 层次模型在实际应用中已很少使用，基本处于淘汰的状况 层次模型 构成层次模型的树由结点和连线组成 结点表示实体，结点中的项表示实体的属性 连线表示相连的两个实体间的联系，

15、这种联系是一对多的 有且仅有一个结点无父结点，这个结点即为树的根 其他结点有且仅有一个父结点 根结点R1R11R12R21R22R22叶结点叶结点父结点子结点层次模型 现实世界中许多实体之间的联系本身就呈现出一种自然的层次关系，如：行政机构、家族关系 学校学校 产业产业 部处部处 学院学院 中心中心 系系 实验室实验室 教研室教研室 某大学机构层次模型某大学机构层次模型(部分部分)层次模型 任何一个给定的记录值只有从层次模型的根部开始按路径查看时，才能明确其含义，任何子结点都不能脱离父结点而存在 学生学生学院编号学院编号学院名称学院名称办公地点办公地点教师号教师号教师名教师名职称职称学号学号

16、姓名姓名性别性别年龄年龄教研室名教研室名 室主任室主任室人数室人数学院学院教研室教研室教师教师层次模型 只能表示一对多的联系，不能直接表示多对多联系 如果把多对多联系转换为一对多联系，会出现一个子结点有多个父结点的情况 姓名姓名性别性别学号学号年龄年龄课程号课程号成绩成绩学号学号课程名课程名学分学分课程号课程号1 1:n n1 1:m m层次模型 把一个层次模型分解为两个层次模型 1 1:m m课程名课程名学分学分课程号课程号课程号课程号成绩成绩学号学号姓名姓名性别性别学号学号年龄年龄1 1:n n课程号课程号成绩成绩学号学号网状模型 用图（网络）结构来表示实体以及实体间联系的模型 任一结点都

17、可以无双亲或有一个以上的双亲 网状模型中允许两结点间有多条边（层次模型则不允许）教员 学校 班级 学生 课程 设 备 工 人 使用 保养 网状模型 可表示m:n的联系，运行效率高 具体在计算机上实现时，m:n 的联系仍需分解成若干个1:n的联系 网状模型的图结构实质上是有向图 姓名姓名性别性别学号学号年龄年龄课程号课程号成绩成绩学号学号课程名课程名学分学分课程号课程号C C-G GS S-G G教师号教师号 授课学时授课学时课程号课程号教师名教师名职称职称教师号教师号T T-C CC C-C C网状模型 网状数据模型可以直接表示多对多联系 能够更为直接地描述现实世界 具有良好的性能，存取效率较

18、高 结构比较复杂，不易掌握 一些支持网状模型的数据库管理系统，对多对多联系进行了限制 例如，网状模型的典型代表CODASYL就只支持一对多联系。层次模型和网状模型的缺点 数据模型对于普通用户来讲难以理解 层次、网状模型基本上是面向专业人员的 使用极不方便 软件的编写和数据的模式（schema）联系过于紧密，层次和网状数据结构都是导航式（navigational）的数据结构，存取特定的数据单元必须在软件中按照一定的存取路径去提取，当数据模式发生改变，已经编写好的软件需要做相应的修改 问题：寻找一种能面向一般用户的数据模型？关系模型 关系数据模型是目前最重要的一种数据模型 1970年由美国IBM公

19、司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出 具有坚实的数学基础和较严密的理论 把数据看成是二维表中的元素 而这个二维表在关系数据库中就称为关系 80年代以后的数据库系统几乎都支持关系模型 关系模型 在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成 学学 号号 姓姓 名名 年年 龄龄 性性 别别 所所 在在 系系 0611101 李勇李勇 21 男男 计算机系计算机系 0611102 刘晨刘晨 20 男男 计算机系计算机系 0611103 王敏王敏 20 女女 计算机系计算机系 0621101 张立张立 20 男男 信息管理系信息管理系 0621102 吴宾吴宾 19

20、 女女 信息管理系信息管理系 关系模型 关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表 元组（Tuple）表中的一行即为一个元组 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 主码（Key）表中的某个属性（组）它可以唯一确定一个元组 域（Domain）属性的取值范围 分量 元组中的一个属性值 关系模型 学学 号号 姓姓 名名 0611101 李勇李勇 0611102 刘晨刘晨 0611103 王敏王敏 学学 号号 课课 程号程号 成成 绩绩 0611101 C001 96 0611101 C002 80 0611101 C003 84 0611101 C

21、005 62 0611102 C001 92 0611102 C002 90 0611102 C004 84 0621102 C001 76 0621102 C004 85 学生 选课 0611102 刘晨刘晨 0611102 C001 92 0611102 C002 90 0611102 C004 84 关系模型 优点 关系数据模型易于设计、实现、维护和使用 实体和各类联系都用关系表示，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 关系数据模型不依赖于导航式的数据访问系统 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

22、发数据库管理系统的难度 关系模型 典型的关系数据库系统 ORACLE SQL Server DB/2 MYSQL SYBASE INFORMIX 对象模型 面向对象数据模型是捕获在面向对象程序设计中所支持的对象语义的逻辑数据模型，是持久的和共享的对象集合，具有模拟整个解决方案的能力。面向对象数据模型把实体表示为类，一个类描述了对象属性和实体行为。例如：“学生”类 有学生的属性，如学号、学生姓名和性别等 还包含模仿学生行为（如选修课程）的方法 类-对象的实例对应于学生个体 对象模型 面向对象数据库（OODBMS）基于把数据和与对象相关的代码封装成单一组件，外面不能看到其里面的内容 强调对象（由数

23、据和代码组成）而不是单独的数据 对象模型没有单一固定的数据库结构 典型应用：地理信息系统 比较 非关系模型 关系模型 说明 数据结构 不统一 统一为关系 无论实体还是实体之间的联系都用统一的数据结构（二维表、关系）来表示，可方便地表示m:n联系，概念简单，用户易懂易用 操作方式 一次一记录 一次一集合 表格中行、列次序无关 存取路径 对用户不透明 对用户透明 存取路径对用户透明，用户只需指出“做什么”，不需说明“怎么做”，因此数据独立性更高 数据库结构 数据库结构 从数据库管理系统角度看（内部结构）三级模式（外模式、模式、内模式）两级映象（外模式/模式，模式/内模式映象）从数据库最终用户角度（

24、外部结构）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 模式 模式（Schema），又称逻辑模式、概念模式 是数据库全局逻辑结构，是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，整体观 它仅仅涉及“型”的描述，不涉及具体的值，反映的是数据的结构及其联系 模式不涉及物理存储细节（存储记录对列、索引、指针）和硬件环境，也与应用程序、开发工具和环境无关 模式是数据库系统结构的中间层，承上启下，是DB设计的关键 模式 定义模式 定义全局逻辑结构（构成记录的属性名、类型、宽度等）定义有关的安全性、完整性要求 定义记录间的联系

25、一个数据库只有一种模式 关系数据库中的模式一定是关系的 外模式 外模式：又叫子模式、用户模式 数据库的局部逻辑结构，与某一应用有关的数据的一个逻辑表示 外模式是某个用户的数据视图，用户观 一个DB只能有一个模式，但可以有多个外模式 外模式通常是模式的子集 它们的内容来自模式，在结构、类型、长度等方面可有差异 是保证数据库安全的一个措施 关系数据库中的外模式也是关系的 内模式 内模式，又称存储模式 数据的物理结构和存储方式的描述，即DB中数据的内部表示方式，存储观 一个数据库只有一个内模式 记录存储格式 索引组织方式 数据是否压缩、是否加密等 关系数据库的内模式（是/不是）关系的 三级模式结构

26、应用应用 A A 应用应用 B B 应用应用 C C 应用应用 D D 应用应用 E E 外模式外模式 1 1 外模式外模式 2 2 外模式外模式 3 3 外模式外模式/模式映象模式映象 模式模式 模式模式/内模式映象内模式映象 内模式内模式 数据库数据库 三级模式结构 学学 号号 姓姓 名名 年年 龄龄 性性 别别 所所 在在 系系 0611101 李勇李勇 21 男男 计算机系计算机系 0611102 刘晨刘晨 20 男男 计算机系计算机系 0611103 王敏王敏 20 女女 计算机系计算机系 0621101 张立张立 20 男男 信息管理系信息管理系 0621102 吴宾吴宾 19 女

27、女 信息管理系信息管理系 学学 号号 姓姓 名名 性性 别别 0611101 李勇李勇 男男 0611102 刘晨刘晨 男男 0611103 王敏王敏 女女 0621101 张立张立 男男 0621102 吴宾吴宾 女女 学生学生 模式模式 外模式外模式 学学 号号 0611101 0611102 0611103 0621101 0621102 姓姓 名名 李勇李勇 刘晨刘晨 王敏王敏 张立张立 吴宾吴宾 性性 别别 男男 男男 女女 男男 女女 三级模式结构 学生（学号，姓名，性别，年龄，所在系）课程（课程号，课程名，学分）选课（学号，课程号，成绩）学生（姓名，课程名，成绩）模式模式 外模式

28、外模式 三级模式结构 职工表（职工号，姓名，所在部门，基本工资，职务工资，奖励工资）职工信息（职工号，姓名，所在部门，基本工资，职务工资）模式模式 外模式外模式 三级模式结构 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 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关 外模式的地位 介于模式与应用之间 内模式的地位 介于模式与DB之间 模式映象与数据独立性 数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别 它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑地、抽象地处理数据 而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式 为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换

29、，数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映象 外模式/模式映象 模式/内模式映象 模式映象与数据独立性 外模式/模式映象 定义外模式与模式之间的对应关系 对应同一个模式可以有多个外模式，每一个外模式都对应一个外模式/模式映象 映象定义通常包含在各自外模式的描述中 当模式改变时，可用外模式/模式定义语句，调整外模式/模式映象定义，从而保持外模式不变，应用程序不必修改 保证数据的逻辑独立性 模式映象与数据独立性 逻辑独立性示例（学号，姓名，性别）（学号，姓名，性别）学生（学号，姓名，年龄，性别，所在系）学生（学号，姓名，年龄，性别，所在系）学生（学号，姓名，年龄，性别，所在系，学生（学号，姓名，年

30、龄，性别，所在系，专业专业）模式映象与数据独立性 模式/内模式映象 定义数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系 一个数据库只有一个模式，模式/内模式映象也是唯一的 该映象定义通常包含在模式描述中 当存储结构改变时，可（由DBA）用内模式定义语句，调整内模式定义，从而保持模式不变，应用程序不必修改 数据的物理独立性（存储独立）模式映象与数据独立性 物理独立性示例 学学 号号 姓姓 名名 年年 龄龄 性性 别别 所所 在在 系系 0611101 李勇李勇 21 男男 计算机系计算机系 0611102 刘晨刘晨 20 男男 计算机系计算机系 0611103 王敏王敏 20 女女 计算机系计算机系

31、0621101 张立张立 20 男男 信息管理系信息管理系 0621102 吴宾吴宾 19 女女 信息管理系信息管理系 D:x E:a 学生数据库学生数据库 D:x F:b 学生数据库学生数据库 模式映象与数据独立性 物理独立性示例 学学 号号 姓姓 名名 年年 龄龄 性性 别别 所所 在在 系系 0611101 李勇李勇 21 男男 计算机系计算机系 0611102 刘晨刘晨 20 男男 计算机系计算机系 0611103 王敏王敏 20 女女 计算机系计算机系 0621101 张立张立 20 男男 信息管理系信息管理系 0621102 吴宾吴宾 19 女女 信息管理系信息管理系 061110

32、10611101.06111020611102.06111030611103.06211010621101.06211020621102.06111010611101.06111020611102.06211020621102.06111030611103.06211010621101.外部结构 客户/服务器结构 应用程序应用程序 数据库数据库 服务器服务器 数据请求数据请求 结果结果 工作站工作站1 工作站工作站n 工作站工作站2 客户端客户端 应用程序应用程序 应用程序应用程序 外部结构 典型的互联网应用结构 客户端 应用程序应用程序 数据库 数据库服务器 页面请求页面请求 页面页面 个人机个人机1 个人机个人机n 个人机个人机2 数据请求数据请求 结果结果 Web服务器 浏览器浏览器 浏览器浏览器 浏览器浏览器 小结 模式小结 模式是数据库的中心与关键，它独立于数据库系统的其他层。设计数据库系统时也是首先设计数据库系统的逻辑模式。内模式依赖于数据库的全局逻辑结构，但独立于数据库的用户视图，也独立于具体的存储设备。外模式面向具体的应用程序，它定义在逻辑模式之上，但独立于存储模式和存储设备。模式小结 应用系统 DBMS 外模式 内模式 模式 数据库 操作系统 数据表示 用户 系统分析员 DBA 应用程序员 软件系统级别 数据层次级别 结束