《数据库原理及应用 教学课件 ppt 作者 麦中凡 何玉洁 第2章 数据库系统结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库原理及应用 教学课件 ppt 作者 麦中凡 何玉洁 第2章 数据库系统结构（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数据库原理与应用,人民邮电出版社,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 人们从实际中抽取的感兴趣的事物特征。 有一定的格式，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,现实,信息,电脑,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） 数据模型是
2、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体事物抽象
3、、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界的建
4、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 。 实体内部的联
5、系：一个实体内属性之间的联系。 职工实体内部的职工号和职工的部门经理号 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的选课联系。,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，一个人只当一个部
6、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。 记作： 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A中的
7、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。 记作：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 关系数据模
8、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，它满足如下性质： 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性。 表中各属性不能重名。 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。,一些基本术语（续）,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。 主键：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
9、：属性的取值范围。如性别的域为: （男,女）,主键示例,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。 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,实体完整性指的是关系数据库中所有的表都必须有主键。 而且表中不允许存在如下的记录： 无主键值的记录 主键值相同的记录,参照完整性
10、,参照完整性一般是指实体（表）之间的关联关系。 在关系数据库中用外键来实现参照完整性。 外键一般出现在联系所对应的关系中，用于表示两个或多个实体之间的关联关系。 外键实际上是表中的一个（或多个）属性，它引用某个其他表（特殊情况下，也可以是外键所在的表）的主键。,外键引用例1,学生,专业,属于,(学号, 姓名, 专业号, ),（专业号，专业名）,外键引用例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键与主键之间的引用规则。 对于外键，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
11、主键值。,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 模式的基本概念 2.4.2 三级模式结构 2.4.3 数据库的模式映像功能与数据独立性,模式的基本概念,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,示例：学生关系模式： 学生（学号，姓名，年龄，性别，所在系）,三级模式结构,关系数据库中的模式
12、是关系的。 外模式也是关系的或接近关系的，它们的内容来自模式 。 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。 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。 既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序、所使用的应用开发工具和环境无关。,内模式,也称为存储模式。 是对整个数据库的底层表示，它描述了数据的存储结构，比如数据的组织与存储方式，如是顺序存储、
13、B树存储还是散列存储、索引按什么方式组织、是否加密等。 与物理层不一样，它不涉及物理记录的形式，也不考虑具体设备的柱面或磁道大小。,数据库的模式映像功能与数据独立性,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，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,是数据库管理系统的基本功能之一。 维护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。,模式间的映
14、象,外模式/模式映象,对于每个外模式，数据库管理系统都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。 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。 保证了数据与程序的逻辑独立性。,模式/内模式映象,模式/内模式映像定义了数据库的逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 当存储结构改变时，只需要对模式/内模式映像做相应的修改，就可以保持模式不变，从而也不必改变应用程序。 保证了数据与程序的物理独立性。,模式（即全局逻辑结构）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
15、的全局逻辑结构，但独立于数据库的用户视图，也就是外模式，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。,特定的应用程序是在外模式描述的数据结构上编制的，它依赖于特定的外模式，与数据库系统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。 数据库系统的两级映像保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保证了应用程序的稳定性。 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来。 由于数据的存取由DBMS负责管理和实施，因此，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序的编制，减少了对应用程序的维护和修改工作。,
16、2.4.4 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,数据定义,DBMS必须能够接受数据库定义的源形式，并把它们转换成相应的目标形式， 即DBMS必须包括支持各种数据定义语言（DDL）的处理器或编译器。,数据操作,DBMS必须能够检索、更新或删除数据库中已有的数据，或向数据库中插入数据， 即DBMS必须包括数据操纵语言（DML）的处理器或编译器。,优化和执行,计划（在请求执行前就可以预见的请求）的或非计划（不可预知的请求）的数据操纵语言请求必须经过优化器的处理，优化器是用来决定执行请求的最佳方式。,数据安全和完整性,DBMS要监控用户的请求，拒绝那些会破坏DBA定义的数据库安全性和完整
