数据库原理课件第1章

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1、第第1章章 数据库概论数据库概论于燕丽于燕丽 QQ:294489551 手机：手机：18953293370 办公室：行政楼办公室：行政楼4092课程引言课程引言n开设和学习本课程的意义开设和学习本课程的意义n本课程的主要内容本课程的主要内容n学习本课程的要求学习本课程的要求n参考教材参考教材3开设和学习本课程的意义开设和学习本课程的意义n作为计算机相关专业的学生，不仅要掌握数据作为计算机相关专业的学生，不仅要掌握数据库的理论知识，还应该从社会实际需要出发，库的理论知识，还应该从社会实际需要出发，掌握并精通一种或多种掌握并精通一种或多种DBMSDBMS的操作和应用，的操作和应用，掌握数据和信息管

2、理的基本工具，具备基本的掌握数据和信息管理的基本工具，具备基本的动手能力。动手能力。n通过实际通过实际DBMSDBMS的学习，进一步加深对数据的学习，进一步加深对数据库理论的理解。库理论的理解。4本学期学习的基本内容本学期学习的基本内容数据库基本理论数据库基本理论、设计过程设计过程，数据模型，数据，数据模型，数据库体系结构，关系模型、库体系结构，关系模型、关系运算理论关系运算理论；关系数据库，关系数据库，规范化规范化；结构化查询语言结构化查询语言 T-SQLT-SQL程序设计，嵌入式程序设计，嵌入式sqlsql，事务，事务，游标，游标，触发器和触发器和 存储过程存储过程；安全管理安全管理、并发

3、控制、故障恢复、数据备份与并发控制、故障恢复、数据备份与恢复、恢复、数据库完整性数据库完整性；5学习本课程的基本要求学习本课程的基本要求q 不迟到、不旷课、不早退不迟到、不旷课、不早退q 课前请做好预习课前请做好预习q 保持课堂安静，头脑清醒，思维活跃，做好课保持课堂安静，头脑清醒，思维活跃，做好课 堂笔记堂笔记q认真、独立、按时完成并提交作业认真、独立、按时完成并提交作业q 重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间 6考试成绩考试成绩n平时成绩平时成绩 （书面作业、上机练习）（书面作业、上机练习）n期中考试期中考试n期末考试期末考试7参考教材数据库系统概论数据

4、库系统概论 高等教育出版社高等教育出版社王珊王珊 萨师煊萨师煊8 习题集：习题集：数据库原理习题与解析数据库原理习题与解析 清华大学出版社清华大学出版社 李春葆李春葆 曾慧曾慧9本章目录本章目录n1.1 1.1 数据库系统概述数据库系统概述n1.2 1.2 数据模型数据模型n1.3 1.3 数据库系统模式结构数据库系统模式结构n1.4 1.4 数据库管理系统数据库管理系统n1.5 1.5 数据库系统的组成数据库系统的组成10学习目标学习目标 n了解数据管理技术发展的各个阶段的特点；了解数据管理技术发展的各个阶段的特点；n掌握数据库技术相关的基本概念掌握数据库技术相关的基本概念；n掌握数据模型概

5、念及其组成要素掌握数据模型概念及其组成要素；n了解数据抽象过程；了解数据抽象过程；n掌握概念模型的相关概念及其掌握概念模型的相关概念及其E-RE-R表示方法；表示方法；n理解数据库系统的理解数据库系统的3 3级模式结构；级模式结构；n了解数据库系统的组成。了解数据库系统的组成。111.1 数据库系统概述数据库系统概述n1.1.1 1.1.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念n1.1.2 1.1.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n1.1.3 1.1.3 数据库系统的类型数据库系统的类型121.1.1 1.1.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念n数据数据(Data)n数据库数据库

6、(Database)n数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)n数据库系统数据库系统(DBS)n数据库语言数据库语言13一、数据一、数据n数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据库中存储的基本对象n数据的定义数据的定义q描述事物的符号记录描述事物的符号记录n数据的种类数据的种类q文本、图形、图像、音频、视频、学生的文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等档案记录、货物的运输情况等n数据的特点数据的特点q数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的14数据举例数据举例n数据的含义称为数据的含义称为数据的语义数据的语义，数据与其语，数据与其语义是不可分的。义是不可分

7、的。q例如例如 93是一个数据是一个数据语义语义1：学生某门课的成绩：学生某门课的成绩语义语义2：某人的体重：某人的体重语义语义3：计算机系：计算机系2003级学生人数级学生人数语义语义4：。：。15数据举例数据举例n学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录（李明，男，李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，江苏南京市，计算机系，1990）q语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间入学时间q解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，1972年年5月出生，江苏南京市月出生，江苏南京市人，人，1990年考入计算机系年考入计算机

8、系请给出另一个解释和语义请给出另一个解释和语义16二、数据库二、数据库n数据库的定义数据库的定义q数据库数据库(Database,简称简称DB)是是长期储存长期储存在计算机内、在计算机内、有组织有组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。n数据库的基本特征数据库的基本特征q数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存q可为各种用户共享可为各种用户共享q冗余度较小冗余度较小q数据独立性较高数据独立性较高q易扩展易扩展17三、数据库管理系统三、数据库管理系统n什么是什么是DBMSq位于用户与操作系统之间的一层数据管理软位于用户与操作系统之间的一层数据管

9、理软件。件。q是基础软件，是一个大型复杂的软件系统是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 nDBMS的用途的用途q科学地组织和存储数据、高效地获取和维护科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据数据18硬件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品 协同软件协同软件 办公软件办公软件 中间件中间件 应用服务应用服务器器数据库在计算机系统中的位置数据库在计算机系统中的位置19四、数据库系统四、数据库系统n什么是什么是数据库系统数据库系统（简称（简称DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成在计算机系统中引入数据库后的系统构成n数

10、据库系统的构成数据库系统的构成q数据库数据库q硬件硬件q软件软件q用户用户 20最终用户最终用户数据库管理员数据库管理员图图1-1 1-1 数据库系统组成数据库系统组成应用系统应用系统DBMSDBMS操作系统操作系统最终用户最终用户最终用户最终用户数据库数据库21五、数据库语言五、数据库语言n数据定义语言数据定义语言（Data Definition LanguageData Definition Language，简称简称DDLDDL）n数据操纵语言数据操纵语言（Data Manipulation Data Manipulation LanguageLanguage，简称，简称DMLDML）n

11、数据控制语言数据控制语言（Data Control LanguageData Control Language，简，简称称DCLDCL）组成。）组成。221.1.1 1.1.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念n数据数据(Data)n数据库数据库(Database)n数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)n数据库系统数据库系统(DBS)n数据库语言数据库语言231.1.2数据管理技术的发展数据管理技术的发展n数据管理技术的数据管理技术的3 3个发展阶段个发展阶段1. 1. 人工管理阶段人工管理阶段2. 2. 文件系统阶段文件系统阶段3. 3. 数据库系统阶段数据库系统阶段241. 人工管

12、理阶段人工管理阶段n在人工管理阶段，数据管理具有如下特点：在人工管理阶段，数据管理具有如下特点：（1 1）数据不保存）数据不保存（2 2）没有专用的数据管理软件）没有专用的数据管理软件（3 3）数据不能共享）数据不能共享（4 4）数据不具有独立性）数据不具有独立性应用程序1应用程序2数据集1数据集2图图1-2 1-2 人工管理阶段人工管理阶段应用程序n数据集n25人事管理应用程序人事管理应用程序教师信息数据组教师信息数据组学生管理应用程序学生管理应用程序学生信息数据组学生信息数据组教务管理应用程序教务管理应用程序课程信息数据组课程信息数据组学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门应用程

13、序和数据的依赖关系应用程序和数据的依赖关系262. 文件系统阶段文件系统阶段应用程序n文件n图1-3 文件系统阶段存取方法应用程序1应用程序2文件1文件1n在文件系统阶段，数据管理具有如下特点：在文件系统阶段，数据管理具有如下特点：（1）数据可以长期保存）数据可以长期保存（2）应用程序和数据之间具有一定的独立性）应用程序和数据之间具有一定的独立性（3）应用程序和数据之间具有一定的共享性）应用程序和数据之间具有一定的共享性（4）应用程序对数据的操作以记录为单位）应用程序对数据的操作以记录为单位（5）文件组织形式多样）文件组织形式多样272. 文件系统阶段文件系统阶段n文件系统管理数据较人工管理数

14、据无文件系统管理数据较人工管理数据无疑是一个具大的进步，但仍存在如下疑是一个具大的进步，但仍存在如下缺点：缺点：（1）数据联系弱）数据联系弱（2）数据共享性差，冗余度大）数据共享性差，冗余度大28文件系统阶段文件系统阶段学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门文件系统文件系统教师数据文件教师数据文件学生数据文件学生数据文件课程数据文件课程数据文件人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序应用程序和数据文件的关系应用程序和数据文件的关系29文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构n记录内有结构记录内有结构。n数据的结构是靠程序定义和解

15、释的。数据的结构是靠程序定义和解释的。n文件间是独立的，因此文件间是独立的，因此数据整体无结构数据整体无结构。n数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是记录记录。303. 数据库系统阶段数据库系统阶段n数据库系统阶段的数据管理具有如下特点：数据库系统阶段的数据管理具有如下特点：（1）数据结构化）数据结构化（2）数据共享性高、冗余度低、易扩充）数据共享性高、冗余度低、易扩充（3）数据独立性高）数据独立性高（4）统一的数据管理和控制）统一的数据管理和控制（5）方便的用户接口）方便的用户接口应用程序n图1-4 数据库系统阶段DBMSDB应用程序1应用程序131一、数据结构化一、数据结构化n整体数据的

16、结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一是数据库的主要特征之一 n整体结构化整体结构化q不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织q不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系联系n数据库中实现的是数据的真正结构化数据库中实现的是数据的真正结构化q数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释描述，无需程序定义和解释q数据可以数据可以变长变长q数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项32二、数据的共享性高，冗余度低，易扩充二、数据的共享性高，冗余度低，易扩充n数据库系统从

17、整体角度看待和描述数据，数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。个应用共享使用。n数据共享的好处数据共享的好处q减少数据冗余，节约存储空间减少数据冗余，节约存储空间q避免数据之间的不相容性与不一致性避免数据之间的不相容性与不一致性 q使系统易于扩充使系统易于扩充33三、数据独立性三、数据独立性高高n物理独立性物理独立性q指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。用

18、改变。n逻辑独立性逻辑独立性q指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。n数据独立性是由数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的的二级映像功能来保证的34四、数据由四、数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制nDBMS提供的数据控制功能提供的数据控制功能P26(1)(1)数据的安全性（数据的安全性（SecuritySecurity）保护）保护 (2)(2)数据的完整性（数据的完整性（IntegrityIntegrity）检查）检查(3)(3)并发（并发

19、（ConcurrencyConcurrency）控制）控制 (4)(4)数据库恢复（数据库恢复（RecoveryRecovery） 35应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 学校学校数据库数据库数据库管理系数据库管理系统统人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门361.1.3 数据库系统的类型数据库系统的类型n采用不同的分类标准，数据库系统可以采用不同的分类标准，数据库系统可以分为不同类型：分为不

20、同类型：（1）根据数据库系统数据模型划分）根据数据库系统数据模型划分（2）根据数据库系统外部体系结构划分）根据数据库系统外部体系结构划分（3）根据数据库系统应用范围划分）根据数据库系统应用范围划分37（1）根据数据库系统数据模型划分）根据数据库系统数据模型划分第一代数据库系统：层次数据库系统、网状数第一代数据库系统：层次数据库系统、网状数据库系统据库系统第二代数据库系统：关系数据库系统第二代数据库系统：关系数据库系统第三代数据库系统：面向对象数据库系统、分第三代数据库系统：面向对象数据库系统、分布式数据库系统、并行数据库系统布式数据库系统、并行数据库系统38（2）根据数据库系统外部体系结构划分

21、）根据数据库系统外部体系结构划分集中式数据库系统：集中式数据库系统：是将整个数据库系统包是将整个数据库系统包括应用程序、括应用程序、DBMS、数据库等都装在一台、数据库等都装在一台计算机上。计算机上。分布式数据库系统：分布式数据库系统：由多个分散的结点计算由多个分散的结点计算机组成，每个结点计算机上装有应用程序、机组成，每个结点计算机上装有应用程序、分布式分布式DBMS和局部数据库，既可以执行局和局部数据库，既可以执行局部应用；也可以执行全局应用。部应用；也可以执行全局应用。39（2）根据数据库系统外部体系结构划分）根据数据库系统外部体系结构划分C/S结构的数据库系统结构的数据库系统主要由客户

22、机和服务器两主要由客户机和服务器两部分组成，各种应用程序运行在客户机上，数据部分组成，各种应用程序运行在客户机上，数据库和库和DBMS运行在一台或多台数据库服务器上。运行在一台或多台数据库服务器上。B/S结构的数据库系统结构的数据库系统是三层是三层C/S结构的数据库系结构的数据库系统继承与发展。统继承与发展。B/S结构的数据库系统无需在用结构的数据库系统无需在用户计算机上安装客户端应用程序，用户使通过户计算机上安装客户端应用程序，用户使通过Web浏览器访问数据库；应用程序部署在浏览器访问数据库；应用程序部署在Web服服务器上。务器上。40（3）根据数据库系统应用范围划分）根据数据库系统应用范围

23、划分通用数据库系统通用数据库系统是指能应用于大多数领域、通用是指能应用于大多数领域、通用性强的数据库系统。性强的数据库系统。 目前市场上流行的目前市场上流行的Oracle、DB2、SQL Server等等都是通用的都是通用的DBMS。专用数据库系统专用数据库系统也称特种数据库系统，是指面向也称特种数据库系统，是指面向特定应用领域数据管理的需要而研制的数据库系特定应用领域数据管理的需要而研制的数据库系统。统。 常见的专用数据库系统有工程数据库系统、空间常见的专用数据库系统有工程数据库系统、空间数据库系统、统计数据库系统、科学数据库系统数据库系统、统计数据库系统、科学数据库系统等。等。411.2

24、数据模型数据模型n1.2.1 1.2.1 数据抽象过程数据抽象过程n1.2.2 1.2.2 概念数据模型概念数据模型n1.2.3 1.2.3 逻辑数据模型的组成逻辑数据模型的组成n1.2.4 1.2.4 常用逻辑数据模型常用逻辑数据模型42数据模型数据模型n在数据库中用数据模型这个工具来在数据库中用数据模型这个工具来抽象、抽象、表示和处理表示和处理现实世界中的数据和信息。现实世界中的数据和信息。n通俗地讲数据模型就是通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟现实世界的模拟。n数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求q能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界q容易容易为人所为人所理解理解

25、q便于在计算机上便于在计算机上实现实现431.2.1 数据抽象过程数据抽象过程概念数据模型概念数据模型图图1-7 1-7 现实世界客观事物的数据抽象过程现实世界客观事物的数据抽象过程现实世界现实世界逻辑数据模型逻辑数据模型物理数据模型物理数据模型信息世界信息世界认识抽象认识抽象转换转换机器世界机器世界44数据抽象的三个世界数据抽象的三个世界n现实世界现实世界是存在于人脑之外的客观世界，是指客观存是存在于人脑之外的客观世界，是指客观存在的各种事物、事物之间的相互联系以及事物的发生、在的各种事物、事物之间的相互联系以及事物的发生、发展和变化过程等；发展和变化过程等；n信息世界信息世界是现实世界在人

26、脑中的抽象反映，是指现实是现实世界在人脑中的抽象反映，是指现实世界中的客现事物及其联系经过认知、选择、命名、世界中的客现事物及其联系经过认知、选择、命名、分类等综合分析抽象形成的各种概念；分类等综合分析抽象形成的各种概念；n机器世界机器世界也称计算机世界、数据世界，是指信息世界也称计算机世界、数据世界，是指信息世界中的信息经过一定的组织、转换形成的能被计算机处中的信息经过一定的组织、转换形成的能被计算机处理的各种数据。理的各种数据。45n数据模型分为两类（分属两个不同的层次）数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1) 概念数据模型概念数据模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对也称信息模型，

27、它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。数据和信息建模，用于数据库设计。 (2) 逻辑数据模型和物理数据模型逻辑数据模型和物理数据模型 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。实现。物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。方法。1.2.1 数据抽象过程数据

28、抽象过程46提提 问问1、什么是、什么是DB、DBMS？ DBS、DB、DBMS三者的关系如何？三者的关系如何？2、什么是数据的独立性？数据的独立性的分类？、什么是数据的独立性？数据的独立性的分类？3、数据模型的分类？、数据模型的分类？471.2.2概念数据模型概念数据模型概念数据模型的表示方法很多，其中最常概念数据模型的表示方法很多，其中最常用的是用的是P.P.S. ChenP.P.S. Chen于于19761976年提出的实体年提出的实体- -联联系方法（系方法（Entity Relationship ApproachEntity Relationship Approach），），简称简称

29、E-RE-R方法或方法或E-RE-R模型。模型。E-RE-R模型用模型用E-RE-R图来抽象表示现实世界中图来抽象表示现实世界中客观事物及其联系的数据特征，是一种语义表客观事物及其联系的数据特征，是一种语义表达能力强、易于理解的概念数据模型。达能力强、易于理解的概念数据模型。48概念数据模型表示概念数据模型表示E-R模型模型nE-RE-R模型常用术语模型常用术语nE-RE-R模型的表示模型的表示E-RE-R图图 n实体型的联系类型实体型的联系类型 nE-RE-R模型应用示例模型应用示例 49一、一、 E-RE-R模型常用术语模型常用术语(1) (1) 实体实体（EntityEntity） 客观

30、存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) (2) 属性属性（AttributeAttribute） 实体所具有的某一特性称为属性。实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) (3) 键键（KeyKey） 唯一标识实体的属性或属性组，称为键。唯一标识实体的属性或属性组，称为键。50(4) (4) 域域（DomainDomain） 属性的取值范围称为该属性的域。属性的取值范围称为该属性的域。 (5) (5) 实体型实体型（Entity

31、 TypeEntity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类同类实体实体称为实体型称为实体型(6) (6) 实体集实体集（Entity SetEntity Set） 同一类型实体的集合称为实体集同一类型实体的集合称为实体集一、一、 E-R模型常用术语模型常用术语51(7) (7) 联系（联系（RelationshipRelationship） q实体内部实体内部的联系通常是指组成实体的各的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系属性之间的联系q实体之间实体之间的联系通常是指不同实体集之的联系通常是指不同实体集之间的联系间的联系一、一、 E-R模型常

32、用术语模型常用术语52二、二、 两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系实体型实体型A A联系名联系名实体型实体型B B1 11 11:11:1联系联系实体型实体型A A联系名联系名1 1n n1:n1:n联系联系实体型实体型A A实体型实体型B B联系名联系名mmn nm:nm:n联系联系实体型实体型B B用图形来表示两个实体型之间的三类联系用图形来表示两个实体型之间的三类联系 53二、两个实体型之间的联系（续）二、两个实体型之间的联系（续） n一对一联系（一对一联系（1:1） q实例实例一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职q定义：定义

33、： 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实中的每一个实体，实体集体集B中至多有一个（也可以没有）实中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，体与之联系，反之亦然，则称实体集则称实体集A与实体集与实体集B具有一对一联系，具有一对一联系，记为记为1:1 班级班级班级班级- -班长班长班长班长1 11 11:11:1联系联系54两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)n一对多联系（一对多联系（1：n）q实例实例一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习q定义：定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体

34、集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实体）与之联系，反之，对于实体集集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中至多只有一个中至多只有一个实体与之联系，则称实体与之联系，则称实体集实体集A与实体集与实体集B有一对有一对多联系，记为多联系，记为1:n班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系55两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)n多对多联系（多对多联系（m:n）q实例实例课程与学生之间的联系：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一个学生可以同时选修多门课程q定义

35、：定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实）与之联系，反之，对于实体集体集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中也有中也有m个实个实体（体（m0）与之联系，则称实体集）与之联系，则称实体集A与实体与实体B具有多对多联系，记为具有多对多联系，记为m:n课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系56三、两个以上实体型之间的联系三、两个以上实体型之间的联系n两个以上实体型之间一对多联系两个以上实体型之间一对多联系q若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实存在联系，对于实体集体集Ej

36、（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中）中的给定实体，最多只和的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联中的一个实体相联系，则我们说系，则我们说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的之间的联系是一对多的57三、两个以上实体型之间的联系三、两个以上实体型之间的联系(续续)n实例实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、教师与参考书三个实体型一门课程可以有若干个教师讲授，一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用每一本参考书只供一门课程使用课程课程讲授讲授教师

37、教师1m两个以上实体型间两个以上实体型间1:n联系联系参考书参考书n58两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系(续续)q实例实例 供应商、项目、零件三个实体型供应商、项目、零件三个实体型一个供应商可以供给多个项目、一个供应商可以供给多个项目、多种零件，每个项目可以使用多多种零件，每个项目可以使用多个供应商供应的多个零件，每种个供应商供应的多个零件，每种零件可由不同供应商供给零件可由不同供应商供给供应商供应商供应供应项目项目mmp两个以上实体型间两个以上实体型间m:nm:n联系联系零件零件n n59四、单个实体型内的联系四、单个实体型内的联系n一对多联系一对多联系q实例实例职工实体型内

38、部具有领导与被领导的联系职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系职工职工领导领导1 1n n单个实体型内部单个实体型内部1:n1:n联系联系60五、五、 概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法n实体联系方法实体联系方法(E-R方法方法)q用用E-R图来描述现实世界的概念模型图来描述现实世界的概念模型qE-R方法也称为方法也称为E-R模型模型61E-R图图n实体型实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生

39、学生教师教师学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名v属性属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来接起来62E-R图图(续续)n联系联系q联系本身联系本身： 用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同用无向边分别与有关实体连接起来，同时时在无向边旁标上联系的类型（在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或或m:n） 63E-R图图(续续)实体间的联系实体间的联系1 1n n公司公司职员职员就职就职 (b) (b)mmn n读者读者图书图书借阅借阅 (c)(c)1 11 1厂长厂长工

40、厂工厂任职任职 (a) (a)64联系的属性联系的属性课程课程选修选修学生学生mmn n成绩成绩v联系的属性联系的属性：联系本身也是一种实体型，联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系性也要用无向边与该联系连接起来连接起来 65一个实例一个实例66E/R图总结图总结n首先要分析题意，看看究竟有哪几个对象需要首先要分析题意，看看究竟有哪几个对象需要作为实体集处理。一般来讲，如果一个对象有作为实体集处理。一般来讲，如果一个对象有多个属性要保存在数据库中，就将它作为实体多个属性要保存在数据库中，就将它作为实

41、体集。集。 n其次为各个实体集选取合适的属性。其次为各个实体集选取合适的属性。 n然后分析题目所要求保存的各实体集之间的联然后分析题目所要求保存的各实体集之间的联系，分析完成后作图。系，分析完成后作图。n最后检查有没有漏掉信息。最后检查有没有漏掉信息。67实体型的联系类型实体型的联系类型n（1 1）两个实体型之间的联系）两个实体型之间的联系 一对一联系（一对一联系（1:11:1） 对多联系（对多联系（1:n1:n） 多对多联系（多对多联系（m:nm:n）n（2 2）多个实体型之间的联系）多个实体型之间的联系n（3 3）单个实体型内的联系类型）单个实体型内的联系类型681.2.3逻辑数据模型的组

42、成逻辑数据模型的组成n逻辑数据模型是现实世界逻辑数据模型是现实世界第二层次第二层次的抽象，的抽象，按按计算机系统的观点计算机系统的观点对概念数据模型进行转对概念数据模型进行转换换n逻辑数据模型是一组严格定义的概念的集合，逻辑数据模型是一组严格定义的概念的集合，主要由主要由数据结构、数据操作和数据完整性约数据结构、数据操作和数据完整性约束束三部分组成，通常称为三部分组成，通常称为逻辑数据模型三要逻辑数据模型三要素素，简称，简称数据模型三要素数据模型三要素。69 一、一、 数据结构数据结构n什么是数据结构什么是数据结构q描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系描述数据库的组成对象，以及对象之间的联

43、系n描述的内容描述的内容q与数据类型、内容、性质有关的对象与数据类型、内容、性质有关的对象q与数据之间联系有关的对象与数据之间联系有关的对象n数据结构是对系统数据结构是对系统静态特性静态特性的描述的描述70 二、数据操作二、数据操作 n数据操作数据操作q对数据库中各种对象对数据库中各种对象(型型)的实例的实例(值值)允许执行的允许执行的 操作操作及有关的及有关的操作规则操作规则n数据操作的类型数据操作的类型q查询查询q更新更新(包括插入、删除、修改包括插入、删除、修改)71 二、数据操作二、数据操作(续续) n数据模型对操作的定义数据模型对操作的定义q操作的确切含义操作的确切含义q操作符号操作

44、符号q操作规则（如优先级）操作规则（如优先级）q实现操作的语言实现操作的语言n数据操作是对数据操作是对系统动态特性系统动态特性的描述的描述72三、数据的完整性约束条件三、数据的完整性约束条件 n数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件q一组完整性规则的集合。一组完整性规则的集合。q完整性规则：给定的数据模型中数据及其联完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则系所具有的制约和依存规则q限定数据状态以及状态的变化，以保证数据限定数据状态以及状态的变化，以保证数据的的正确、有效、相容正确、有效、相容。73 1.2.4 常用的逻辑数据模型常用的逻辑数据模型n非关系模型非关系模型q

45、层次模型层次模型(Hierarchical Model)q网状模型网状模型(Network Model)n关系模型关系模型(Relational Model) n面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model）n对象关系模型对象关系模型(Object Relational Model)741、 层次模型层次模型n层次数据库系统的典型代表是层次数据库系统的典型代表是IBM公司的公司的IMS（Information Management System）数据库管理）数据库管理系统系统n层次模型用层次模型用树形结构树形结构来表示各类实体以及实来表示各类实体以及实体间的联系体间的联

46、系 75（1） 层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构满足下面两个条件：满足下面两个条件：1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点根结点2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点根以外的其它结点有且只有一个双亲结点n层次模型中的几个术语层次模型中的几个术语q根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点76（1）层次数据模型的数据结构）层次数据模型的数据结构(续续) 1 1 根结点根结点 2 2 兄弟结点兄弟结点 3 3 叶结点叶结点 4 4 兄弟结点兄弟结点 5 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点图图1.16 1

47、.16 一个层次模型的示例一个层次模型的示例77（1）层次数据模型的数据结构）层次数据模型的数据结构(续续)图图1.17 教员学生层次数据库模型教员学生层次数据库模型 根结点根结点记录型系的子女结点记录型系的子女结点记录型教员的双亲结记录型教员的双亲结点点叶结点叶结点叶结点叶结点字段字段78（1）层次数据模型的数据结构）层次数据模型的数据结构(续续)层次数据库层次数据库79(2)(2)层次模型的数据操纵与完整性约束层次模型的数据操纵与完整性约束 n层次模型的数据操纵层次模型的数据操纵q查询查询q插入插入q删除删除q更新更新 80（2)层次模型的数据操纵与完整性约束层次模型的数据操纵与完整性约束

48、n层次模型的完整性约束条件层次模型的完整性约束条件 q无相应的双亲结点值就不能无相应的双亲结点值就不能插入插入子女结点值子女结点值q如果如果删除删除双亲结点值，则相应的子女结点值双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除也被同时删除q更新更新操作时，应更新所有相应记录，以保证操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性数据的一致性81多对多联系在层次模型中的表示多对多联系在层次模型中的表示n多对多联系在层次模型中的表示多对多联系在层次模型中的表示q用层次模型用层次模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系q方法方法将多对多联系将多对多联系分解分解成一对多联系成一对多联系q分解方法分解方法n冗余

49、结点法冗余结点法n虚拟结点法虚拟结点法82(3)层次数据模型的存储结构层次数据模型的存储结构n邻接法邻接法 按照层次树按照层次树前序遍历前序遍历的顺序把所有的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过记录值依次邻接存放，即通过物理空物理空间的位置相邻间的位置相邻来实现层次顺序来实现层次顺序83层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）图图1.20 1.20 层次数据库及其实例层次数据库及其实例 A1A2C8C6C4B6C9C2B4C14C7C5C3B1A1图图1.21 1.21 邻接法邻接法 按邻接法存放图按邻接法存放图1.201.20（b b）中以根记录中以根记录A1A1为首的层为首

50、的层次次记录实例集记录实例集按邻接法存放图按邻接法存放图1.201.20（b b）中以根记录）中以根记录A1A1为首的层次记录实例集为首的层次记录实例集 84层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）n链接法链接法用用指针指针来反映数据之间的层次联系来反映数据之间的层次联系q子女兄弟链接法子女兄弟链接法q层次序列链接法层次序列链接法85层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）n子女子女- -兄弟链接法兄弟链接法每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女（每个记录每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女（每个记录型对应一个）和最近的兄弟型对应一个）和最近的兄弟86层次

51、数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）n层次序列链接法层次序列链接法按树的前序穿越顺序链接各记录值按树的前序穿越顺序链接各记录值87（4）层次模型的优缺点）层次模型的优缺点n优点优点q层次模型的数据结构比较简单清晰层次模型的数据结构比较简单清晰 q查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型q层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持n缺点缺点q多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然q对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂复杂 q查询子女结点必须通过双亲结

52、点查询子女结点必须通过双亲结点q由于结构严密，层次命令趋于程序化由于结构严密，层次命令趋于程序化 882、 网状模型网状模型n网状数据库系统采用网状数据库系统采用网状模型网状模型作为数据的作为数据的组织方式组织方式 n典型代表是典型代表是DBTG（Database Task Group）n亦称亦称CODASYL系统系统89(1)网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构满足下面两个条件：满足下面两个条件：1. 允许一个以上的结点无双亲；允许一个以上的结点无双亲；2. 一个结点可以有多于一个的双亲。一个结点可以有多于一个的双亲。90（1）网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）

53、网状模型的例子网状模型的例子 91（1）网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）n表示方法表示方法(与层次数据模型相同与层次数据模型相同)实体型实体型：用记录类型描述：用记录类型描述 每个结点表示一个记录类型（实体）每个结点表示一个记录类型（实体）属性属性：用字段描述：用字段描述 每个记录类型可包含若干个字段每个记录类型可包含若干个字段联系联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一一对多的父子联系对多的父子联系92网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程例如：一个学生可

54、以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系系n引进一个学生选课的记录，由引进一个学生选课的记录，由3个数据项组成个数据项组成学号学号课程号课程号成绩成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩 93网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）图图1.24 学生学生/选课选课/课程的网状数据模型课程的网状数据模型 94网状数据模型的数据结构（续网状数据模型的数据结构（续）多对多联系在网状模型中的表示多对多联系在网状模型中的表示q用网状模型用网状模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系

55、q方法：方法： 将多对多联系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系95（2）网状模型的数据操作和完整性约束）网状模型的数据操作和完整性约束支持记录码（记录键）的概念，记录码是支持记录码（记录键）的概念，记录码是唯一标识每个记录的字段或字段组合。唯一标识每个记录的字段或字段组合。保证一个联系中双亲记录和子女记录之间保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多联系。是一对多联系。支持双亲记录与子女记录之间的某些约束支持双亲记录与子女记录之间的某些约束条件条件96网状数据模型的存储结构（续）网状数据模型的存储结构（续）图图1.25 学生学生/选课选课/课程的网状数据库实例课程的网状数据

56、库实例 学生记录学生记录课程记录课程记录选课记录选课记录97（3）网状数据模型的存储结构）网状数据模型的存储结构n关键关键q实现记录之间的联系实现记录之间的联系n常用方法常用方法q单向链接单向链接q双向链接双向链接q环状链接环状链接q向首链接向首链接98（4）网状数据模型的优缺点）网状数据模型的优缺点n优点优点q能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲以有多个双亲q具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高n缺点缺点q结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利

57、于最终用据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握户掌握qDDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用993 3、 关系模型关系模型n关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式方式 n19701970年美国年美国IBMIBM公司公司E.F.CoddE.F.Codd首次提出了数首次提出了数据库系统的关系模型据库系统的关系模型 n计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型持关系模型 100（1 1）关系模型常用术语）关系模型常用术语 n在在用户观点用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是下

58、，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。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 别别系系 名名年年 级级2005004王小明王小明19女女社会学社会学20052005006黄大鹏黄大鹏20男男商品学商品学20052005008张文斌张文斌18女女法律法律2005学生登记表学生登记表属性属性元组元组101（1 1）关系模型常用术语）关系模型常用术语q关系（关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表一个关系对应通常说的一张表q元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组表中的一行即为一个元组q属性（属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，

59、给每一个属性起一个名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称即属性名102（1 1）关系模型常用术语）关系模型常用术语q键（键（Key） 表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。q域（域（Domain） 属性的取值范围。属性的取值范围。q分量分量 元组中的一个属性值。元组中的一个属性值。q关系模式关系模式对关系的描述对关系的描述关系名（属性关系名（属性1，属性，属性2，属性，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）103（2）关系模型的数据结构）关系模型的数据结构104105（2）关系模

60、型的数据结构）关系模型的数据结构n关系模型关系模型数据结构具有如下特征：数据结构具有如下特征：在关系模型中，在关系模型中，基本的数据结构是表格基本的数据结构是表格，表格由，表格由行和列组成，简单直观；行和列组成，简单直观；关系模型与非关系模型的最大区别在于关系模型关系模型与非关系模型的最大区别在于关系模型用用键键而不是用指针来导航数据；而不是用指针来导航数据；由于表格可以看成是一个集合，因此集合论、数由于表格可以看成是一个集合，因此集合论、数理逻辑等知识可以引入到关系模型中来，关系模型理逻辑等知识可以引入到关系模型中来，关系模型是一种是一种数学化的模型数学化的模型。106（2）关系模型的数据结

61、构）关系模型的数据结构n关系模型要求关系必须是规范化的关系模型要求关系必须是规范化的n最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项可分的数据项, 不允许表中还有表不允许表中还有表 107复复 习习1、数据模型的组成要素？、数据模型的组成要素？2、关键字（键）、关键字（键）3、实体型、实体型4、实体集、实体集108学校学校系系班级班级学生学生课程课程教研室教研室教师教师设置设置设置设置拥有拥有设置设置学习学习选修选修工作工作指导指导1 1n n1 1n n1 1n nn n1 1mmn n1 1n n1 1n n课后作业课后作业1.13

62、109（3 3）关系数据模型的操纵与完整性约束）关系数据模型的操纵与完整性约束 关系模型的数据操作主要有数据查询、插入、关系模型的数据操作主要有数据查询、插入、删除和修改。删除和修改。n数据操作是集合操作，操作对象和操作数据操作是集合操作，操作对象和操作结果结果都是都是关系关系，即若干元组的集合，即若干元组的集合n存取路径对用户隐蔽存取路径对用户隐蔽，用户只要指出，用户只要指出“干什么干什么”，不必详细说明不必详细说明“怎么干怎么干”110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）n关系的完整性约束条件关系的完整性约束条件 q实体完整性实体完整性q参照完整性参照完

63、整性q用户定义的完整性用户定义的完整性111（4）关系数据模型的存储结构）关系数据模型的存储结构n实体及实体间的联系都用表来表示实体及实体间的联系都用表来表示n表以文件形式存储表以文件形式存储q有的有的DBMS一个表对应一个操作系统文件一个表对应一个操作系统文件q有的有的DBMS自己设计文件结构自己设计文件结构112（5）关系数据模型的优缺点）关系数据模型的优缺点n优点优点q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q概念单一概念单一n实体和各类联系都用关系来表示实体和各类联系都用关系来表示n对数据的检索结果也是关系对数据的检索结果也是关系q关系模型的存取路径对用户关系模型的存取

64、路径对用户透明透明n具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性n简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作113关系数据模型的优缺点（续）关系数据模型的优缺点（续）n缺点缺点q存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非 关系数据模型关系数据模型q为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化 增加了开发增加了开发DBMS的难度的难度1141.3 数据库系统模式结构数据库系统模式结构n1.3.1 1.3.1 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结

65、构n1.3.2 1.3.2 数据库系统的二级映像与数据独数据库系统的二级映像与数据独立性立性115 为了有效地组织、管理数据，提为了有效地组织、管理数据，提高数据库的高数据库的逻辑独立性逻辑独立性和和物理独立物理独立性性，人们为数据库设计了三级模式结，人们为数据库设计了三级模式结构，它包括构，它包括外模式、模式和内模式外模式、模式和内模式 。数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构1161.3.1 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构1171模式（模式（Schema）n模式（也称逻辑或概念模式）模式（也称逻辑或概念模式）q数据库中数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述全体数

66、据的逻辑结构和特征的描述q所有用户的公共数据视图，综合了所有用户所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求的需求n一个数据库只有一个模式一个数据库只有一个模式n模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层q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q与具体的应用程序、开发工具及高级程序设与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关计语言无关118n模式的定义模式的定义q数据的逻辑结构（数据项的名字、类数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）型、取值范围等）q数据之间的联系数据之间的联系q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1模式（模式（Schema）1192. 外模式（外模式（External Schema）n外模式（也称子模式或用户模式）外模式（也称子模式或用户模式）q数据库用户（包括应用程序员和最终用户）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的使用的局部局部数据的逻辑结构和特征的描述数据的逻辑结构和特征的描述q数据库用户的数据视图，是与某一应用有数据库用户的数据视图，是与某一应用有关