第2章 数据库系统结构ppt课件

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1、数据库原理与应用教程,国家“十一五”规划教材,第2章 数据库系统结构,2.1 数据和数据模型 2.2 概念层数据模型 2.3 组织层数据模型 2.4 数据库系统的结构,2.1 数据和数据模型,1.数据 数据是人们从实际当中抽取感兴趣的事物特征或属性。 数据有一定的格式，例如，性别是一个汉字的字符。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。 通过解释、推论、归纳、分析和综合等方法，从数据所获得的有意义的内容称为信息。,数据的三种范畴,2. 数据模型,模型是现实世界感兴趣的内容的抽象特征的模拟和抽象。（是理解系统的思维工具）

2、数据模型是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的。（如：数据库、文件） 数据模型应满足三个条件： 能比较真实地模拟现实世界； 容易被人们理解； 便于在计算机上实现。,数据模型分类,不同的数据模型实际上是提供给我们模型化数据和信息的不同工具。 第一类是概念层模型：从数据的语义视角来抽取模型，此模型是按用户的观点来对数据和信息进行建模。 第二类是组织层模型：从数据的组织层次来描述数据，主要包括层次模型、网状模型、关系模型以及对象-关系模型。此模型是从计算机系统的观点对数据进行建模，主要用于DBMS的实现。,数据模型是数据库系统的核心和基础。 DBMS都基于某种数据模型。 为了把现实世界中的具

3、体事物抽象、组织为某一具体DBMS支持的数据模型，通常首先将现实世界抽象为信息世界(概念层模型），然后再将信息世界转换为机器世界（组织层模型）。 概念层模型与DBMS无关，组织层模型与DBMS有关,现实世界客观事物的抽象过程,数据的两个特征,静态特性：包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束。 动态特征：指定义在数据上的操作。比如对学生的基本信息可以查询、修改和增加新记录等。,2.2 概念层数据模型,概念层次模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。 概念层次模型：抽象现实系统中有应用价值的元素及其关联，反映现实系统中有应用价值的信息结构，不依赖于数据的组织结构。 概念模型用于信息世

4、界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。 是数据库设计人员和用户之间进行交流的工具 。 是面向用户、面向现实世界的数据模型，是与DBMS无关 。 常用的概念模型：实体-联系模型、语义对象模型,实体-联系模型,实体 属性 联系,实体,具有公共性质的可相互区分的现实世界对象的集合。 可以是具体的事物，也可以是抽象的概念或联系 具体的事物：学生、课程、职工 抽象的联系：学生选课,实体的表示方式,在E-R图中用矩形框表示实体，把实体名写在框内，比如学生实体可以表示为：,学生,属性,实体所具有的特征或性质。,身高 年龄 性别 体重 ,联系,联系是数据之间的关联集合，是客观存在的应用语义链 。 实体内

5、部的联系：一个实体内属性之间的联系。 职工实体内部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。 课程实体和学生实体之间存在选课联系。,联系的表示方式,实体之间的联系用菱形框表示，框内写上联系名，并用连线与有关的实体相连。,联系名,实体1,实体2,联系的种类,一对一联系(1:1) 一对多联系(1:n) 多对多联系(m:n),一对一联系（实体内部的联系）,如果实体A中的每个实例在实体B中至多有一个（也可以没有）实例与之关联，反之亦然，则称实体A与实体B具有一对一联系，记作：1 : 1。,一对一联系(1:1),一对一联系的例子,部门和正经理（假设一个部门只有一个正经理，一个人只

6、当一个部门的经理）、系和正系主任（假设一个系只有一个正主任，一个人只当一个系的主任）都是一对一联系。,管理,经理,部门,1,1,一对多的联系,如果实体A与实体B之间存在联系，并且对于实体A中的一个实例，实体B中有多个实例与之对应；而对实体B中的任意一个实例，在实体A中都只有一个实例与之对应，则称实体A到实体B的联系是一对多的，记为1 : n 。,有部门和职工两个实体，并且有语义：一个部门可以有多名职工，但是一个职工只在一个部门工作。则部门和职工之间的联系是一对多的，我们把这种联系命名为工作。,一对多联系的例子,工作,部门,职工,1,n,多对多的联系,如果实体A与实体B之间存在联系，并且对于实体

7、A中的一个实例，实体B中有多个实例与之对应；而对实体B中的一个实例，在实体A中也有多个实例与之对应，则称实体A到实体B的联系是多对多的，记为m : n 。,多对多联系的例子,有学生和课程两个实体，并且有语义：一个学生可以修多门课程，一门课程可以被多个学生修。那么学生和课程之间的联系就是多对多的，我们把这种联系命名为选课。,学生,课程,选课,m,n,关联多个实体的联系,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。,2.3 组织层数据模型,2.3.1 关系

8、数据模型的数据结构 2.3.2 关系数据模型的数据操作 2.3.3 关系数据模型的数据完整性约束,关系数据模型的数据结构,把数据看成是二维表中的元素，而这个二维表就是关系 用关系（表格数据）表示实体和实体之间联系的模型称为关系数据模型 示例：学生基本信息表,一些基本术语,关系 ：关系就是二维表。并满足如下性质： 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性； 表中的行、列次序并不重要。 元组：表中的每一行称作是一个元组，它相当于一个记录值。 属性：表中的每一列是一个属性值的集合，列可以命名，称为属性名。,一些基本术语（续）,主码：表中用于惟一地确定一个元组的一个属性或最小的属性组。 域：属性的取值范

9、围。如性别的域为: （男,女）,主码示例,学生基本信息表： （学号，姓名，年龄，性别，所在系） 学生修课信息表： （学号，课程号，成绩）,关系模型的数据操作,关系模型的操作对象是集合（也就是关系）。 非关系型数据库系统中典型的操作是一次一行或一次一个记录。 因此，集合处理能力是关系系统区别于其他系统的一个重要特征。 关系数据模型的数据操作主要包括四种：查询、插入、删除和修改数据。,关系模型的数据完整性约束,实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性,实体完整性,实体完整性是保证关系中的每个元组都是可识别的和惟一的。 而且表中不允许存在如下的记录： 无主码值的记录 主码值相同的记录,参照完整性,用

10、于描述实体之间的联系。 参照完整性一般是指多个实体（表）之间的关联关系。 一般用外码实现。 外码：取作本表（子表）属性之一的外表（父表，主表）主码。 主码值先在主表中生成，后在子表中引用,外码引用例1,学生,班,属于,(学号, 姓名, 班号, ),（班号，专业，人数, ）,外码引用例2,学生,课程,修课,（学号，姓名，）,（课程号，课程名, ）,(学号, 课程号, 成绩, ),参照完整性规则,参照完整性规则就是定义外码与主码之间的引用规则。 对于外码，一般应符合如下要求： 或者值为空； 或者等于其所应用的关系中的某个元组的主码值。,用户定义的完整性,按应用语义，属性数据有： 类型与长度限制：方

11、便计算机操作 取值范围限制：防止属性值与应用语义矛盾,语义许可取值范围约束例：,成绩取 0 . 100, 优、良、中、及格、不及格,2.4 数据库系统的结构,2.4.1 三级模式结构 2.4.2 二级映象功能 2.4.3 数据库管理系统,三级模式结构,模式描述了数据库中全体数据的逻辑结构和特征。 只涉及到型的描述，不涉及具体的值。 关系模式是关系的“型”或元组结构共性的描述。,关系模式,表头 （关系模式）,元组,三级模式结构,概念模式是关系的。 外模式也是关系的或接近关系的，其内容来自概念模式，它最接近用户。 内模式不是关系的，它是数据的物理存储方式。,外模式,也称为用户模式、子模式。 用户对

12、现实系统中感兴趣整体的局部数据结构的描述。 是DB整体数据结构的子集或局部重构。 用外模式定义语言表达。例，对RDB，定义视图结构。 是保证数据库安全的一个措施。,概念模式,也称为逻辑模式或模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据描述。 是数据库系统结构的中间层。 用模式定义语言表达。例，对关系数据库，定义：表头结构、属性取值范围、。,内模式,也称为存储模式。 数据的内部存储结构描述（数据的组织与存储）。 用内模式定义语言描述。例，对RDB，定义数据文件的位置、索引的依据等。,2.4.2 二级映象功能,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

13、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，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,模式间的映象（DBMS基本功能之一）,维持DB数据与DB应用程序相互独立，从而使DB应用程序不随DB数据的逻辑或存储结构的变动而变动。,模式/内模式映象,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。 数据和程序物理独立（存储独立）,外模式/模式映象,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。 数据和程序逻辑独立（概念独立）,2.4.3 数据库管理系统,DBMS是处理数据库访问的系统软件。 处理过程: 用户使用数据库语言发出一个访问请求； DBMS接受请求并分析； DBMS检查用户外模式、相应的外模式概念模式间的映象、概念模式、概念模式内模式间的映象和存储结构定义。,DBMS的功能和组成,数据库管理系统的功能,数据定义 数据操作 优化和执行 数据安全和完整性 数据恢复和并发 数据字典 性能,