數(shù)據(jù)庫技術(shù)課件

數(shù)據(jù)庫技術(shù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)院闞衛(wèi)華第一章緒論數(shù)據(jù)庫技術(shù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)院闞衛(wèi)華第一章緒論一、教學(xué)目標(biāo)及要求《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》是計算機(及應(yīng)用)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是計算機軟件學(xué)科的一個重要分支。它的主要任務(wù)是研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，有較強的理論性和實用性（主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心DBMS的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和某些實現(xiàn)方法上）。學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》的基本目的：了解和掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)和全局結(jié)構(gòu)；掌握關(guān)系模型的關(guān)系運算理論、關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL語言的使用技術(shù)；了解和掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論和數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法和應(yīng)用技術(shù)，以便在掌握DBMS的內(nèi)在結(jié)構(gòu)后，能編寫出較好的應(yīng)用系統(tǒng)。8/25/20232一、教學(xué)目標(biāo)及要求《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》是計算機(及應(yīng)用二、教學(xué)重點和難點

1.基本點：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念；2.重、難點：如何用規(guī)范化理論設(shè)計、優(yōu)化關(guān)系模式；3.重點：數(shù)據(jù)庫的設(shè)計（包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計和邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計部分）。

8/25/20233二、教學(xué)重點和難點1.基本點：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念；8/三、教材及主要參考書教材：《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》(第四版)王珊、薩師煊編著,高等教育出版社主要參考書：1.《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》王能斌編著，電子工業(yè)出版社2.《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教程》施伯樂、丁寶康等編著，高等教育出版社

8/25/20234三、教材及主要參考書教材：《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》(第四版)8/2第一章緒論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫技術(shù)從20世紀(jì)60年代中期產(chǎn)生到今天,不過才幾十年的發(fā)展歷史。它的發(fā)展速度之快、使用范圍之廣，是其它技術(shù)所不能比的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已從第一代的網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第二代的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，發(fā)展到第三代以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。8/25/20235第一章緒論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述8/2/20235

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計算機科學(xué)的重要分支。今天，信息資源已經(jīng)成為各個部門的重要資源和財富。信息技術(shù)的發(fā)展極大地推動了社會的進(jìn)步和發(fā)展。作為信息技術(shù)主要支柱之一的數(shù)據(jù)庫技術(shù)在各個領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以為各種用戶提供及時的、準(zhǔn)確的、相關(guān)的信息，從而滿足不同的需要。因此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、信息管理專業(yè)重要課程。8/25/20236數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計算數(shù)據(jù)庫技術(shù)的三個發(fā)展階段第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（通常指的是層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)），它們的代表是：（1）1968-1969年,IBM公司研制的層次模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS(InformationManagementSystem)；（2）美國數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)商會CODASYL(ConferenceOnDataSystemLanguage)下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG(DataTaskGroup)對數(shù)據(jù)庫方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究、探討，在20世紀(jì)60年代末70年代初提出了一些報告，稱為DBTG報告。8/25/20237數(shù)據(jù)庫技術(shù)的三個發(fā)展階段第一代數(shù)據(jù)庫系

DBTG報告確定并建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)很多概念、方法和技術(shù)。DBTG所提議的方法是基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的。它是數(shù)據(jù)庫網(wǎng)狀模型的典型代表。可以這樣說，層次型數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的先驅(qū)者，而網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫則是數(shù)據(jù)庫概念、方法和技術(shù)的奠基者。它們都是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中研究得最早的兩種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。8/25/20238DBTG報告確定并建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)很多概念、方法

它們的主要區(qū)分是以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，層次數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是分層結(jié)構(gòu)的，網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是網(wǎng)狀的，它們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以用有向圖來表示。層次數(shù)據(jù)模型對應(yīng)于有根定向有序樹，而網(wǎng)狀模型對應(yīng)的是有向圖。所以，我們稱這兩種數(shù)據(jù)模型為格式化數(shù)據(jù)模型。8/25/20239它們的主要區(qū)分是以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)

上述兩種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有下列共同特點：1．支持三級模式的體系結(jié)構(gòu)三級模式通常指的是外模式、模式、內(nèi)模式。模式之間具有轉(zhuǎn)換（或稱為映射）的功能。層次型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫都支持三級模式的結(jié)構(gòu)，通過外模式和模式、模式和內(nèi)模式之間的映象，從而保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)和程序的物理獨立性和一定的邏輯獨立性。8/25/202310上述兩種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有下列共同特點：8/2/

2．用存取路徑來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系應(yīng)該說，這個特點是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的主要區(qū)別之一。數(shù)據(jù)庫不僅存儲數(shù)據(jù)，而且存儲數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系在層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中是用存取路徑來表示和實現(xiàn)的。3．獨立的數(shù)據(jù)定義語言層次型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有獨立的數(shù)據(jù)定義語言，用來描述數(shù)據(jù)庫的三級模式以及相互映象。這些模式一經(jīng)定義后，則就很難修改了。8/25/2023112．用存取路徑來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系8/2/202311

如果要修改模式的話，首先必須把數(shù)據(jù)全部卸出來，然后再重新定義那些模式，并重新生成它們，最后編寫實用程序把已經(jīng)卸出去的數(shù)據(jù)按新模式的定義裝入到新數(shù)據(jù)庫中。因此，在許多實際運行的層次型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，模式是不輕易去重構(gòu)的。這就要求數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員在建立數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)時，不僅要充分考慮用戶的當(dāng)前需求，還要充分了解以后需求可能的變化和發(fā)展。這對數(shù)據(jù)庫設(shè)計的要求比較高。8/25/202312如果要修改模式的話，首先必須把數(shù)

4．導(dǎo)航的數(shù)據(jù)操縱語言所謂導(dǎo)航，就是指用戶不僅要了解“要干什么”，而且要指出“怎么干”。用戶必須使用某種高級語言去編寫程序，一步一步地“引導(dǎo)”程序按照數(shù)據(jù)庫中某一條預(yù)先定義的存取路徑來訪問數(shù)據(jù)庫，最終達(dá)到訪問數(shù)據(jù)的目標(biāo)。這里需要指出的是，在訪問數(shù)據(jù)庫時，每次只能存取一條記錄值。（若該記錄值不滿足要求，就應(yīng)沿著存取路徑查找下一條記錄值。）

8/25/2023134．導(dǎo)航的數(shù)據(jù)操縱語言8/2/202313

第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1970年IBM公司的E.F.Codd(科德)發(fā)表了題為“大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型”論文，提出了數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。人們之所以把20世紀(jì)70年代稱之為數(shù)據(jù)庫時代，主要是由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從實驗室走向了社會，在技術(shù)上主要表現(xiàn)為：8/25/202314第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)8/2/202314

（1）奠定了數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型理論基礎(chǔ)，給出了人們一致接受的關(guān)系模型的規(guī)范說明；（關(guān)系模型由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作和數(shù)據(jù)完整性；關(guān)系模型的主要特點：①關(guān)系模型的概念單一，實體以及實體之間的聯(lián)系都用關(guān)系來表示；8/25/202315（1）奠定了數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型理論基礎(chǔ)，給出了人們一致接受

②以關(guān)系代數(shù)為基礎(chǔ)，形式化基礎(chǔ)好；③數(shù)據(jù)獨立性強，數(shù)據(jù)的物理存儲和存取路徑對用戶屏蔽；④關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是非過程化的，把用戶從編程數(shù)據(jù)庫記錄的導(dǎo)航式檢索中解脫出來，大大降低了用戶編程的難度）。8/25/2023168/2/202316

（2）研究了關(guān)系數(shù)據(jù)語言，這些描述性的語言有關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算、SQL和QBE等。它們以其易學(xué)易懂的優(yōu)點為最終用戶所喜愛（這主要是改變了過去程序設(shè)計語言和網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的語言風(fēng)格），從而為20世紀(jì)80年代數(shù)據(jù)庫語言標(biāo)準(zhǔn)化打下了基礎(chǔ)。8/25/202317（2）研究了關(guān)系數(shù)據(jù)語言，這些描述性的語言有關(guān)系代數(shù)、

（3）研制了大量的RDBMS的原型，攻克了系統(tǒng)實現(xiàn)中的查詢優(yōu)化、并發(fā)控制、故障恢復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。不僅極大地豐富了DBMS實現(xiàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型理論，更為重要的是促進(jìn)了RDBMS的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。因此，20世紀(jì)80年開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大多為關(guān)系的，特別是微機RDBMS的使用，使得數(shù)據(jù)庫技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用到企業(yè)管理、情報檢索、輔助決策等各個方面，成為實現(xiàn)和優(yōu)化信息系統(tǒng)的基本技術(shù)。8/25/202318（3）研制了大量的RDBMS的原型，攻克了系統(tǒng)實現(xiàn)中的

新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和發(fā)展新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和發(fā)展，導(dǎo)致了眾多的不同于第一、第二代數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)的誕生，構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的大家族。新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出百花齊放的局面，歸納起來，有如下特點：1．面向?qū)ο蟮姆椒ê图夹g(shù)對數(shù)據(jù)庫發(fā)展的影響；2．?dāng)?shù)據(jù)庫技術(shù)與多學(xué)科技術(shù)的有機結(jié)合；8/25/202319新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和發(fā)展8/2/202319

3．面向應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究（經(jīng)過多年的研究和討論，人們對第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特征有了如下的認(rèn)識：第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該支持?jǐn)?shù)據(jù)管理、對象管理和知識管理；第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須保持或繼承第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)；第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須對其它系統(tǒng)開放）。8/25/2023203．面向應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究（經(jīng)過多年的研究和討1.1.1數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

一、數(shù)據(jù)（Data）

數(shù)據(jù)：描述事物的符號記錄稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的概念包括兩個方面：1.數(shù)據(jù)內(nèi)容是事物特性的反映或描述；2.數(shù)據(jù)是符號的集合?；蛘呷缤ǔＫf的：數(shù)據(jù)是指用符號記錄下來的、可加以鑒別的信息?！胺枴笔敲枋鍪挛锾匦缘臄?shù)據(jù)形式，它不僅僅是指數(shù)字、字母、文字和其它特殊字符，而且還包括圖形、圖象、聲音等多媒體數(shù)據(jù)；8/25/2023211.1.1數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)8/2

所謂“記錄下來”也不僅是指印在紙上，而且包括記錄在其它磁介質(zhì)上、光介質(zhì)上和半導(dǎo)體存儲器里。數(shù)據(jù)的形式還不能完全表達(dá)其內(nèi)容，需要經(jīng)過解釋。所以數(shù)據(jù)和關(guān)于數(shù)據(jù)的解釋是不可分的，數(shù)據(jù)的解釋是指對數(shù)據(jù)含義的說明，數(shù)據(jù)的含義稱為數(shù)據(jù)的語義，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的。需要指出的是：數(shù)據(jù)的概念在數(shù)據(jù)處理中比在科學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)大大地拓寬了。數(shù)據(jù)在空間上的傳遞稱為通信，在時間上的傳遞稱為存儲。8/25/202322所謂“記錄下來”也不僅是指印在紙上，而且包括記錄在

數(shù)據(jù)舉例（見《P4.李明的學(xué)生記錄》）學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄:（李明，男，21，1972，江蘇，計算機系，1990）數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容;數(shù)據(jù)的解釋:[數(shù)據(jù)是有一定的格式的，例如，學(xué)生姓名欄允許4個漢字，性別欄為1個漢字或為邏輯真假值]語義：學(xué)生姓名、性別、年齡、出生年月、出生地、所在系別、入學(xué)時間；解釋：李明是個大學(xué)生，1972年出生，江蘇省人，1990年考入計算機系。8/25/202323數(shù)據(jù)舉例（見《P4.李明的學(xué)生記錄》）8/2/202323二、數(shù)據(jù)庫(DataBase，簡稱DB)

人們收集并抽取出一個應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進(jìn)一步加工處理，進(jìn)一步抽取有用的信息。數(shù)據(jù)庫的定義：數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合。

（數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。）

8/25/202324二、數(shù)據(jù)庫(DataBase，簡稱DB)

數(shù)據(jù)庫的特征：數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存；可為各種用戶共享；冗余度較??；數(shù)據(jù)獨立性較高；易擴展。

8/25/202325數(shù)據(jù)庫的特征：8/2/202325三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的作用：科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)。什么是DBMS？數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。它的主要功能包括以下幾個方面（DBMS的主要功能）：8/25/202326三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的作用：科學(xué)地組織和

1.數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL：DataDefinitionLanguage,簡稱DDL)定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象。2.數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML：DatamanipulationLanguage，簡稱DML)操縱數(shù)據(jù),實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作（查詢、插入、刪除和修改等）。3．?dāng)?shù)據(jù)庫的運行管理： 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用以及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)。8/25/2023271.數(shù)據(jù)定義功能：8/2/202327

4.數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能：它包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、介質(zhì)故障恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等（這些功能通常是由一些實用程序來完成的）。8/25/2023284.數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能：8/2/202328四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡稱DBS）是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。以教材P.5圖1.1和1.2簡單介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其在整個計算機系統(tǒng)中的地位。

8/25/202329四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？8/2/202329

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成：（參看教材P.5圖1.1）

8/25/202330數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成：（參看教材P.5圖1.1）8/2/20圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶用戶用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具DBMS操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫DBA返回轉(zhuǎn)下頁8/25/202331圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶用戶用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具D

由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的位置圖示（參看教材P.5圖1.2）此處見幻燈片下一頁P32

繼續(xù)1.1.2內(nèi)容P338/25/202332由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、

應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具圖1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位DBMSOS編譯系統(tǒng)硬件返回8/25/202333應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具圖1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

什么是數(shù)據(jù)管理？數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的中心問題，數(shù)據(jù)的處理是指對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總和。而數(shù)據(jù)管理主要是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)等，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程：數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段。8/25/2023341.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理？8/2/

人工管理階段(20世紀(jì)40年代中~20世紀(jì)50年代中)文件系統(tǒng)階段(20世紀(jì)50年代末~20世紀(jì)60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代末~現(xiàn)在)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展動力：1、應(yīng)用需求的推動2、計算機技術(shù)的發(fā)展（包括計算機硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展）

8/25/202335人工管理階段(20世紀(jì)40年代中~20世紀(jì)5一、人工管理階段

時期：40年代中~50年代中產(chǎn)生的背景：應(yīng)用需求：科學(xué)計算 硬件水平：沒有直接存取存儲設(shè)備 軟件狀況：沒有操作系統(tǒng) 處理方式：批處理8/25/202336一、人工管理階段時期：40年代中~50年代中8/2/202

20世紀(jì)50年代中期以前，計算機主要用于科學(xué)計算。當(dāng)時的硬件狀況是，外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取的存儲設(shè)備[外存儲設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r：20世紀(jì)50年代中期以前外存只有紙帶、卡片、磁帶；1967年，IBM推出32英寸軟盤，后又縮小為16英寸軟盤；1973年，IBM推出溫徹斯特技術(shù)（Wenchester）的溫氏盤，1976年，iCom推出的8英寸軟盤，售價為1200美元；8/25/20233720世紀(jì)50年代中期以前，計算機主要用于科學(xué)計算。當(dāng)

1980年，希捷（SeagateTechnologies）推出了5.25英寸溫氏驅(qū)動盤，同年8月，日本的索尼（Sony）推出了3.5英寸的雙面軟盤，其容量為875KB；到了1983年，3.5英寸的軟盤容量已達(dá)到1MB；1980年的溫氏硬盤的容量為5~10MB；到了1983年，飛利浦和索尼公司開發(fā)出了容量已達(dá)640MB~650MB的CD－ROM

]；軟件狀況是，沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件；數(shù)據(jù)處理方式是批處理。

8/25/2023381980年，希捷（SeagateTechnolo人工管理數(shù)據(jù)具有如下特點：數(shù)據(jù)的管理者：用戶(程序員)。數(shù)據(jù)面向的對象：某一應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大。數(shù)據(jù)的獨立性：完全依賴于程序（不獨立）。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制。8/25/202339人工管理數(shù)據(jù)具有如下特點：數(shù)據(jù)的管理者：用戶(程序員)。

⑴數(shù)據(jù)不（需要）保存。⑵應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計物理結(jié)構(gòu)，包括存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。⑶數(shù)據(jù)不共享：一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程序。當(dāng)多個應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時，由于必須各自定義，無法互相利用、互相參照，因此程序與程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)。8/25/202340⑴數(shù)據(jù)不（需要）保存。8/2/202340

⑷數(shù)據(jù)不具有獨立性：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如圖1.3。此處見下一頁幻燈片P41

繼續(xù)課程P428/25/202341⑷數(shù)據(jù)不具有獨立性：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變圖1.3人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

圖1.3人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集n……返回8/25/202342圖1.3人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系二、文件系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，這時硬件方面已有了磁盤、磁鼓等直接存取存儲設(shè)備；軟件方面，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng)；處理方式上不僅有了批處理，而且能夠聯(lián)機實時處理。

8/25/202343二、文件系統(tǒng)階段20世紀(jì)50年代后期到60年代

時期：20世紀(jì)50年代末~20世紀(jì)60年代中產(chǎn)生的背景：應(yīng)用需求：科學(xué)計算、管理 硬件水平：磁盤、磁鼓 軟件水平：有文件系統(tǒng) 處理方式：聯(lián)機實時處理、批處理

8/25/202344時期：20世紀(jì)50年代末~20世紀(jì)60年代中8/2/202文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)有如下特點：數(shù)據(jù)的管理者:文件系統(tǒng)(可以長期保存)。文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨立的數(shù)據(jù)文件，可以對文件進(jìn)行增刪改的操作。數(shù)據(jù)面向的對象：某一應(yīng)用(數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序)。

數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大。數(shù)據(jù)的獨立性：獨立性差。程序和數(shù)據(jù)之間由文件系統(tǒng)提供存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間有了一定的獨立性。但文件系統(tǒng)仍存在數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大和數(shù)據(jù)獨立性差的缺點。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制。8/25/202345文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)有如下特點：數(shù)據(jù)的管理者:文件系統(tǒng)(可

文件系統(tǒng)中，一個文件基本上對應(yīng)一個應(yīng)用程序，不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)的冗余度大，浪費存儲空間。容易造成數(shù)據(jù)的不一致性，給數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)帶來了困難。一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)的定義。應(yīng)用程序的改變，例如應(yīng)用程序改用不同的高級語言等，也將引起文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變。因此數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨立性。程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖1.4。HdpP.46

8/25/202346文件系統(tǒng)中，一個文件基本上對應(yīng)一個應(yīng)用程序，不同的應(yīng)用圖1.4文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

應(yīng)用程序1存取方法...文件1…圖1.4文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n返回轉(zhuǎn)下頁8/25/202347圖1.4文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

應(yīng)

文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是靠程序定義和解釋的。盡管記錄內(nèi)部已有了某些結(jié)構(gòu)(整體無結(jié)構(gòu))，但記錄之間沒有聯(lián)系；雖然可以間接實現(xiàn)數(shù)據(jù)整體有結(jié)構(gòu)化，但必須在應(yīng)用程序中增加對數(shù)據(jù)間的聯(lián)系的描述。數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄；數(shù)據(jù)只能是定長的；雖然可以間接實現(xiàn)數(shù)據(jù)變長要求，但訪問相應(yīng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序變得復(fù)雜了。文件間是獨立的，因此數(shù)據(jù)整體無結(jié)構(gòu)。

8/25/202348文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：8/2/202348三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后期以來，計算機應(yīng)用規(guī)模越來越大，數(shù)據(jù)量急劇增長。這時硬件已有大容量硬盤，硬件價格下降；軟件則價格上升，為編制和維護(hù)系統(tǒng)軟件及應(yīng)用程序所需的成本相對增加，在各個應(yīng)用領(lǐng)域，如果一旦改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則都要修改應(yīng)用程序，代價無法計算；在處理方式上，聯(lián)機實時處理要求更多，并開始提出和考慮分布處理。文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的需求，于是為了解決多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的要求，使數(shù)據(jù)為盡可能多的應(yīng)用服務(wù)，于是數(shù)據(jù)庫技術(shù)便應(yīng)運而生，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

8/25/202349三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀(jì)60年代后期以來，計算

時期：20世紀(jì)60年代末以來產(chǎn)生的背景(如上所述)：應(yīng)用背景：大規(guī)模管理 硬件背景：大容量磁盤 軟件背景：有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式：聯(lián)機實時處理；分布處理；批處理8/25/202350時期：20世紀(jì)60年代末以來8/2/202350

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的出現(xiàn)，使信息系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程序為中心轉(zhuǎn)向圍繞共享的數(shù)據(jù)庫為中心的新階段。這樣既便于數(shù)據(jù)的集中管理，又有利于應(yīng)用程序的研制和維護(hù)，從而提高了數(shù)據(jù)的利用率和相容性，提高了決策的可靠性。8/25/202351數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的出現(xiàn)，使信息系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程序為中心1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)的管理者：DBMS數(shù)據(jù)面向的對象：現(xiàn)實世界 數(shù)據(jù)的共享程度：共享性高，冗余度小。數(shù)據(jù)的獨立性：高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化（用數(shù)據(jù)模型描述）數(shù)據(jù)控制能力：由DBMS統(tǒng)一管理和控制（提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力）8/25/2023521.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)的管理者：DBMS8/2/一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化在文件系統(tǒng)中，相互獨立的文件的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，但記錄之間沒有聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型來描述，不需要程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項。8/25/202353一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化在文件系統(tǒng)中，相互獨立的文件的記錄內(nèi)部

（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)不再針對某一應(yīng)用，而是面向全組織，具有整體的結(jié)構(gòu)化。不僅數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，而且存取數(shù)據(jù)的方式也很靈活，可以存取數(shù)據(jù)庫中的某一個數(shù)據(jù)項、一組數(shù)據(jù)項、一個記錄或一組記錄。）

8/25/202354（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，

二、數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充數(shù)據(jù)的共享性高降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲空間避免數(shù)據(jù)間的不一致性使系統(tǒng)易于擴充8/25/202355二、數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充8/2/202

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享可以減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間；數(shù)據(jù)共享還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性（所謂數(shù)據(jù)的不一致性是指同一數(shù)據(jù)不同拷貝的值不一樣。人工管理和文件管理由于數(shù)據(jù)被重復(fù)存儲，當(dāng)不同的應(yīng)用使用和修改不同的拷貝時就很容易造成數(shù)據(jù)的不一致性）。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，易于擴充。8/25/202356數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，三、數(shù)據(jù)獨立性高

數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中一個常用的術(shù)語，包括數(shù)據(jù)的物理獨立性和邏輯獨立性。數(shù)據(jù)獨立性是由DBMS的二級映象功能來保證的。物理獨立性：是指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應(yīng)用程序不用改變。也就是說，數(shù)據(jù)在（磁盤上的）數(shù)據(jù)庫中怎樣存儲是由DBMS管理的，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應(yīng)用程序不用改變。

邏輯獨立性：邏輯獨立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。8/25/202357三、數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域四、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

數(shù)據(jù)庫的共享是并發(fā)的共享，即多個用戶可以同時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)甚至可以同時存取數(shù)據(jù)庫中同一數(shù)據(jù)。為此，DBMS還必須提供以下幾方面的數(shù)據(jù)控制功能：（1）數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)

數(shù)據(jù)的安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和損壞。使每個用戶只能按規(guī)定，對某些數(shù)據(jù)以某些方式進(jìn)行使用和處理。（2）數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查

數(shù)據(jù)的完整性指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。數(shù)據(jù)的完整性檢查，是將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。

8/25/202358四、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)

（3）并發(fā)（Concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果。

（當(dāng)多個用戶的并發(fā)進(jìn)程同時存取、修改數(shù)據(jù)庫時，可能會發(fā)生相互干擾而得到錯誤的結(jié)果或使得數(shù)據(jù)庫的完整性遭到破壞，因此必須對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)。）

8/25/202359（3）并發(fā)（Concurrency）控制8/2/2

例如，對于一個定票系統(tǒng)，如果只剩下一張票，但同時有兩個用戶要定票。由于同時操作，那么這兩個進(jìn)程都將看到還剩下一張票，會產(chǎn)生錯誤。因此，必須對并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)。并發(fā)控制的種類和涉及到的概念很多，在這里不作詳細(xì)介紹，在第八章將詳細(xì)介紹。（4）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）

將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。

8/25/202360例如，對于一個定票系統(tǒng)，如果只剩下一張

應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))：

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)庫…應(yīng)用程序2圖1.8數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系返回8/25/202361應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))：

總的來說，數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)有組織的、大量的、共享的數(shù)據(jù)集合。它可以供各種用戶共享，具有最小冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS在數(shù)據(jù)庫的建立、運用和維護(hù)時對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一控制，從而保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，并在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時進(jìn)行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。

8/25/202362總的來說，數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)有組織的、

目前，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。具有數(shù)億字節(jié)信息的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)普遍應(yīng)用于各行各業(yè)；由于在微機上也配置了DBMS，使數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用和普及。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計算機領(lǐng)域中發(fā)展最快的技術(shù)之一。數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線來展開的。下面我們來討論數(shù)據(jù)模型。8/25/202363目前，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要1.2數(shù)據(jù)模型

模型是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象。在數(shù)據(jù)庫中，人們用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。

數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：一是能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；二是容易為人所理解；三是便于在計算機上實現(xiàn)。8/25/2023641.2數(shù)據(jù)模型模型是現(xiàn)實世界

事實上，一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足這三方面的要求是很困難的。一般是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中針對不同的使用對象和應(yīng)用目的，采用不同的數(shù)據(jù)模型。

8/25/202365事實上，一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足這三方面的要求

數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次(1)概念模型：也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模。(2)數(shù)據(jù)模型：主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模。

8/25/202366數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次8/2/202366

不同的數(shù)據(jù)模型，實際上是提供給我們模型化數(shù)據(jù)和信息的不同工具。根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，可以將模型劃分為兩類（兩個層次）：第一類模型是概念模型，也稱信息模型。它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。另一類模型是數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的實現(xiàn)。

8/25/202367不同的數(shù)據(jù)模型，實際上是提供給我們模型化數(shù)據(jù)和

現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型；概念模型是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。

現(xiàn)實世界人們的認(rèn)識抽象信息世界（概念模型）機器世界（DBMS支持的數(shù)據(jù)模型）現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程：說明見下頁8/25/202368現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型；概念模型是現(xiàn)實世

（對于上圖：）把概念模型轉(zhuǎn)換為某一種DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。各種機器上實現(xiàn)的DBMS軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。

8/25/202369（對于上圖：）把概念模型轉(zhuǎn)換為某一種DBMS所支持

計算機不可能直接處理現(xiàn)實世界中的具體事物，所以人們必須實現(xiàn)把具體事物轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。我們無論處理任何數(shù)據(jù)，都要先對此數(shù)據(jù)建立模型，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行處理。下面我們先討論數(shù)據(jù)模型的共性：數(shù)據(jù)模型的組成要素。8/25/202370計算機不可能直接處理現(xiàn)實世界中的具體事物，所以1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素

數(shù)據(jù)模型通常由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束。

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，人們通常按其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。

兩類對象

：與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象；與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。

8/25/2023711.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)二、數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)操作的類型：檢索、更新（包括插入、刪除、修改）。數(shù)據(jù)模型必須定義對這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實現(xiàn)操作的語言。

8/25/202372二、數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各三、數(shù)據(jù)的約束條件

數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，從而保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定該數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的、通用的完整性約束條件。例如：（后面將要討論的）在關(guān)系模型中，任何關(guān)系必須滿足實體完整性和參照完整性這兩個條件。此外，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件

。例如：在學(xué)校的數(shù)據(jù)庫中規(guī)定，學(xué)生的成績累計不及格的課程不能超過三門。

8/25/202373三、數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件1.2.2概念模型

概念模型的用途：概念模型用于信息世界的建模。（概念模型是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次；是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具；是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言。）

對概念模型的基本要求：一方面應(yīng)該具有較強的語義表達(dá)能力，能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識；另一方面應(yīng)該具有簡單、清晰、易于用戶理解。

8/25/2023741.2.2概念模型概念模型的用一、信息世界中的基本概念

信息世界涉及的概念主要有：（1）實體（Entity）：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。一個實體可以由若干個屬性來刻畫?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。（2）屬性（Attribute）：實體所具有的某一特性稱為屬性。例如，學(xué)生的學(xué)號、姓名。（3）碼（Key）：唯一標(biāo)識實體的屬性集稱為碼。例如，學(xué)號是學(xué)生實體的碼。（4）域（Domain）：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如，學(xué)號的域為8位整數(shù)，姓名的域為字符串集合，性別的域為（男，女）等等。

8/25/202375一、信息世界中的基本概念信息世界涉及的

（5）實體型（EntityType）：具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質(zhì)。我們用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。即同類實體稱為實體型。例如，學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生年份，系，入學(xué)時間）就是一個實體型。（6）實體集（EntitySet）：同型實體的集合稱為實體集。例如，全體學(xué)生就是一個實體集。

8/25/202376（5）實體型（EntityType）：8/2/20

（7）聯(lián)系（Relationship）：在現(xiàn)實世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映為實體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實體（型）之間的聯(lián)系。實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系；實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系。

8/25/202377（7）聯(lián)系（Relationship）：8/2/20兩個實體型之間的聯(lián)系可以分為三類：

①一對一聯(lián)系（1:1）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與B具有一對一聯(lián)系，記為1:1。

例如，一個班級只有一個正班長，而一個班長也只在一個班中任職。則班級與班長之間具有一對一聯(lián)系。8/25/202378兩個實體型之間的聯(lián)系可以分為三類：①一對一聯(lián)系（

②一對多聯(lián)系（1:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與B有一對多聯(lián)系，記為1:n。

例如，一個班級中可以有若干名學(xué)生，而每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí)。則班級與學(xué)生之間具有一對多聯(lián)系。

8/25/202379②一對多聯(lián)系（1:n）8/2/202379

多對多聯(lián)系（m:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。

例如，一門課程同時有若干個學(xué)生選修，而一個學(xué)生可以同時選修多門課程，則課程與學(xué)生之間具有多對多聯(lián)系。詳細(xì)介紹三種聯(lián)系的實例：hdp83~84（見教材P17~P18）。

8/25/202380多對多聯(lián)系（m:n）8/2/202380教材P18:圖1.10

實體型A聯(lián)系名11（a）1:1聯(lián)系實體型B（b）1:n聯(lián)系實體型A聯(lián)系名1n實體型B（c）m:n聯(lián)系實體型A聯(lián)系名mn實體型B圖1.10兩個實體型之間的三類聯(lián)系圖示8/25/202381教材P18:圖1.10

多個實體型間的聯(lián)系(略)：多個實體型間的一對多聯(lián)系若實體集E1，E2，…，En存在聯(lián)系，對于實體集Ej（j=1，2，…，i-1，i+1，…，n）中的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯(lián)系，則我們說Ei與E1，E2，…，Ei-1，Ei+1，…，En之間的聯(lián)系是一對多的。[注1：多個實體型間的一對一聯(lián)系(略)；注2：多個實體型間的多對多聯(lián)系(略)]

8/25/202382多個實體型間的聯(lián)系(略)：8/2/202382

實例1課程、教師與參考書三個實體型如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用，則課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的(見圖1.11a)。

實例2三個實體型：供應(yīng)商、項目、零件一個供應(yīng)商可以供給多個項目多種零件，而每個項目可以使用多個供應(yīng)商供給的零件，每種零件可由不同供應(yīng)商供給，由此可以看出：三個實體型供應(yīng)商、項目、零件之間是多對多的聯(lián)系(見圖1.11b)。

繼續(xù)講課8/25/202383實例1課程、教師與參考書三個實體型8/2/2023圖1.11a三個實體型間的1:n聯(lián)系

圖1.11a三個實體型間的1:n聯(lián)系課程講授教師1m參考書n圖1.11b返回8/25/202384圖1.11a三個實體型間的1:n聯(lián)系圖1.11a三個圖1.11b三個實體型間的m:n聯(lián)系

圖1.11b三個實體型間的m:n聯(lián)系供應(yīng)商供應(yīng)項目m零件np供應(yīng)量返回8/25/202385圖1.11b三個實體型間的m:n聯(lián)系

同一實體集內(nèi)各實體間的聯(lián)系：一對一聯(lián)系、一對多聯(lián)系和多對多聯(lián)系實例同一實體集內(nèi)的一對多聯(lián)系職工實體集內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系,即某一職工（管理者）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，而一個職工僅被另外一個職工直接領(lǐng)導(dǎo)，這是一對多的聯(lián)系(見圖1.12)

繼續(xù)課程8/25/202386同一實體集內(nèi)各實體間的聯(lián)系：一對一聯(lián)同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系

職工領(lǐng)導(dǎo)圖1.12同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系1n返回8/25/202387同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系

二、概念模型的表示方法

實體－聯(lián)系方法(E-R方法)：E-R方法也稱為E-R模型；用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型。概念模型是對信息世界建模，所以概念模型應(yīng)該能夠方便、準(zhǔn)確地表示出上述信息世界中的常用概念。概念模型的表示方法很多，其中最為著名的是P.P.S.Chen于1976年提出的實體－聯(lián)系方法（Entity-RelationshipApproach）。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型。

8/25/202388二、概念模型的表示方法實體－聯(lián)系方

E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法：實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1;1:n;m:n）。

8/25/202389E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)

需要注意的是：如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來。課后閱讀：E-R圖實例[結(jié)合教材上的例子（P19~P20），詳細(xì)了解“某工廠物資管理”E-R圖]是如何用E-R圖來描述現(xiàn)實世界中的實體及其之間的聯(lián)系。

8/25/202390需要注意的是：如果一個聯(lián)系具有屬性1.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型

回顧：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束條件，這三個方面的內(nèi)容完整地描述了一個數(shù)據(jù)模型，其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻劃模型性質(zhì)的最基本的方面。目前，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中最常用的數(shù)據(jù)模型有四種：非關(guān)系模型：層次模型（HierarchicalModel）、網(wǎng)狀模型(NetworkModel)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為基本單位。

8/25/2023911.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型回顧：數(shù)

關(guān)系模型(RelationalModel)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對象注意：這里所討論的數(shù)據(jù)模型都是邏輯上的，也就是說，是用戶所看到的數(shù)據(jù)范圍；同時，它們又都能用某種語言描述，使計算機系統(tǒng)能夠理解，被數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)視圖。這些數(shù)據(jù)模型將以一定的方式存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。這是DBMS的功能，是DBMS中的存儲模型。

8/25/202392關(guān)系模型(RelationalModel)8/2/2

在非關(guān)系模型中，實體用記錄表示，實體的屬性對應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)項（或字段）。實體之間的聯(lián)系在非關(guān)系模型中轉(zhuǎn)換成記錄之間的兩兩聯(lián)系。非關(guān)系模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單位是基本層次聯(lián)系。

所謂基本層次聯(lián)系是指兩個記錄以及它們之間的一對多（包括一對一）的聯(lián)系。

繼續(xù)課程8/25/202393在非關(guān)系模型中，實體用記錄表示，實基本層次聯(lián)系圖

Ri

Rj雙親結(jié)點子女結(jié)點1:n(包括1:1)的聯(lián)系名Lij

圖1.16基本層次聯(lián)系返回8/25/202394基本層次聯(lián)系圖RiRj雙親1.2.4層次模型

一、層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的。層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IMS[1968-1969年,IBM公司研制的層次模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS(InformationManagementSystem)]，這是一個大型的商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，曾經(jīng)得到廣泛的使用。8/25/2023951.2.4層次模型一、層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)8/2/2

在數(shù)據(jù)庫中定義滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系。⑴有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根結(jié)點。⑵根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點。8/25/202396在數(shù)據(jù)庫中定義滿足下面兩個條件的基本一個層次模型的示例

R1R2R3R4R5R1：根結(jié)點R2與R3：兄弟結(jié)點R4與R5：兄弟結(jié)點R4：樹葉結(jié)點R5：樹葉結(jié)點圖1.17一個層次模型的示例轉(zhuǎn)下頁8/25/202397一個層次模型的示例

層次模型中的幾個術(shù)語（見上頁）：

根結(jié)點，雙親結(jié)點，兄弟結(jié)點，葉結(jié)點。根據(jù)層次模型的定義我們可以看到，這是一個典型的樹狀結(jié)構(gòu)。在層次模型中，每個結(jié)點表示一個記錄類型，記錄（類型）之間的聯(lián)系用結(jié)點之間的連線（有向邊）表示，這種聯(lián)系是父子之間的一對多的聯(lián)系?，F(xiàn)實世界中的聯(lián)系靠父子之間的一對多聯(lián)系來體現(xiàn)。這就使得層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能處理一對多的實體聯(lián)系。

8/25/202398

層次模型中的幾個術(shù)語（見上頁）：8/2/20239

層次模型的一個基本特點是：任何一個給定的記錄值只有按其路徑查看時，才能顯示出它的全部意義，沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在?？蓞⒁娊滩腜22~P23的例子及圖1.18和1.19介紹層次模型。8/25/202399層次模型的一個基本特點是：任何一個給定的記錄值只有按

表示方法：實體型：用記錄類型描述。每個結(jié)點表示一個記錄類型。屬性：用字段描述。每個記錄類型可包含若干個字段。聯(lián)系：用結(jié)點之間的連線表示記錄（類）型之間的一對多的聯(lián)系。課后閱讀：實例：教員-學(xué)生數(shù)據(jù)模型（P23）

8/25/2023100表示方法：8/2/2023100

特點：結(jié)點的雙親是唯一的；只能直接處理一對多的實體聯(lián)系；每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段。任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義，沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在。

8/25/2023101特點：8/2/2023101二、多對多聯(lián)系在層次模型中的表示

多對多聯(lián)系在層次模型中的表示:用層次模型間接表示多對多聯(lián)系；將多對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系；分解方法:冗余結(jié)點法和虛擬結(jié)點法。

層次數(shù)據(jù)模型只能直接表示一對多（包括一對一）的聯(lián)系，那么另一種常見聯(lián)系：多對多聯(lián)系如何表示呢？層次模型表示多對多聯(lián)系必須首先將其分解成一對多聯(lián)系。分解方法有兩種：冗余結(jié)點法和虛擬結(jié)點法。課后閱讀：結(jié)合教材P.24圖1.20介紹這兩種分解方法。

8/25/2023102二、多對多聯(lián)系在層次模型中的表示多對多聯(lián)系在層次模型

＊冗余結(jié)點法的特點：冗余結(jié)點法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰，允許結(jié)點改變存儲位置；缺點是需要額外占用存儲空間，有潛在的不一致性。＊虛擬結(jié)點法的特點：

虛擬結(jié)點法的優(yōu)點是減少對存儲空間的浪費，避免產(chǎn)生潛在的不一致性；缺點是結(jié)點改變存儲位置可能引起虛擬結(jié)點中指針的修改。

8/25/2023103＊冗余結(jié)點法的特點：8/2/2023103三、層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束

層次模型的數(shù)據(jù)操縱主要有：查詢、插入、刪除和更新。層次模型的數(shù)據(jù)操縱將產(chǎn)生如下的約束：無相應(yīng)的雙親結(jié)點值就不能插入子女結(jié)點值；如果刪除雙親結(jié)點值，則相應(yīng)的子女結(jié)點值也被同時刪除；更新操作時，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。8/25/2023104三、層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束層次模型的數(shù)據(jù)操縱

進(jìn)行插入操作時，如果沒有相應(yīng)的雙親結(jié)點值就不能插入子女節(jié)點值。例如，在層次數(shù)據(jù)庫中，如果新調(diào)入一名教師，但該教師尚未分配到某個教研室，這時就不能將新教師插入到數(shù)據(jù)庫中。這樣對于一些不明確父結(jié)點值的結(jié)點將無法完成插入操作。

8/25/2023105進(jìn)行插入操作時，如果沒有相應(yīng)的雙親結(jié)點值就不能

進(jìn)行刪除操作時，如果刪除雙親結(jié)點值，則相應(yīng)的子女結(jié)點值也被同時刪除。現(xiàn)實應(yīng)用中，有時我們刪除父結(jié)點，但并不希望其所有子結(jié)點都被刪除。例如，撤銷了一個系或?qū)I(yè)，成立一個新的系或?qū)I(yè)，但原來教師的記錄并不希望被刪除。

8/25/2023106進(jìn)行刪除操作時，如果刪除雙親結(jié)點值，則相應(yīng)的子

進(jìn)行修改操作（更新）時，應(yīng)修改所有相應(yīng)記錄，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。例如，在層次數(shù)據(jù)庫中，如果一條記錄中的某一項被修改，則相關(guān)的記錄值都要修改。

8/25/2023107進(jìn)行修改操作（更新）時，應(yīng)修

四、層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)1.鄰接法按照層次樹前序遍歷的順序把所有記錄值依次鄰接存放，即通過物理空間的位置相鄰來體現(xiàn)(或隱含)層次順序。2.鏈接法用指引元(每個記錄設(shè)一類或兩類)來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。＊（1）子女－兄弟鏈接法：每個記錄設(shè)兩類指引元，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟。課后閱讀：P.26＊（2）層次序列鏈接法：按照層次樹前序遍歷的順序鏈接各記錄值。課后閱讀：P.268/25/2023108

四、層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)1.鄰接法8/2/2

五、層次模型的優(yōu)缺點層次模型的優(yōu)點主要有：層次數(shù)據(jù)模型簡單；對于實體間聯(lián)系是固定的，且預(yù)先定義好的應(yīng)用系統(tǒng)，采用層次模型來實現(xiàn)，性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型；對具有一對多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解（這是層次數(shù)據(jù)庫的突出優(yōu)點)；層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持。

8/25/2023109

五、層次模型的優(yōu)缺點層次模型的優(yōu)點主要有：8/2/2023層次模型的缺點:層次模型對于表現(xiàn)多對多的聯(lián)系不自然[現(xiàn)實世界中很多聯(lián)系是非層次的，如多對多聯(lián)系、一個結(jié)點具有多個雙親等，層次模型表示這類聯(lián)系的方法很笨拙，只能通過引入冗余數(shù)據(jù)（易產(chǎn)生不一致性）或創(chuàng)建非自然的數(shù)據(jù)組織（引入虛擬結(jié)點）來加以解決。]對插入和刪除操作的限制比較多；查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點；由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨于程序化。

8/25/2023110層次模型的缺點:層次模型對于表現(xiàn)多對1.2.5網(wǎng)狀模型在現(xiàn)實世界中事物之間的聯(lián)系更多的是非層的關(guān)系的，用層次模型表示非樹形結(jié)構(gòu)是很不直接的，但網(wǎng)狀模型則可以克服這一弊病。在20世紀(jì)60年代末70年代初，美國數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)商會CODASYL(ConferenceOnDataSystemLanguage)下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG(DataTaskGroup)對數(shù)據(jù)庫方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究、探討，提出了稱為DBTG的報告。DBTG報告確定并建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)很多概念、方法和技術(shù)。(轉(zhuǎn)下頁)

8/25/20231111.2.5網(wǎng)狀模型在現(xiàn)實世界中事物之間的聯(lián)系

（續(xù)上頁）DBTG所提議的方法是基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的。它是數(shù)據(jù)庫網(wǎng)狀模型的典型代表。網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫概念、方法和技術(shù)的奠基者。網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是網(wǎng)狀的，它對于網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研制和發(fā)展起了重大的影響，后來的不少系統(tǒng)都采用了DBTG模型或簡化的DBTG模型。8/25/2023112（續(xù)上頁）DBTG所提議的方法是基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的。它一、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫中，把滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)系集合稱為網(wǎng)狀模型：⑴

允許一個以上的結(jié)點無雙親；⑵一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。

例見下頁繼續(xù)課程8/25/2023113一、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫圖1.24網(wǎng)狀模型的例子

R1R1R3R1R2R1R1R1R1R1(b)（a）L1L2L1L2L1L2L3L4（c）圖1.24網(wǎng)狀模型的例子返回上頁8/25/2023114圖1.24網(wǎng)狀模型的例子

從定義可以看出，層次模型中子女結(jié)點與雙親結(jié)點的聯(lián)系是唯一的，而在網(wǎng)狀模型中這種聯(lián)系可以不唯一。因此，要為每個聯(lián)系命名，并指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記錄和子女記錄。

8/25/2023115從定義可以看出，層次模型中子女結(jié)點與雙

表示方法（與層次數(shù)據(jù)模型相同）：實體型：用記錄類型描述；

每個結(jié)點表示一個記錄類型（實體）。屬性：用字段描述。每個記錄類型可包含若干個字段（實體的屬性）。聯(lián)系：用結(jié)點之間的連線表示記錄（類）型之間的一對多的父子聯(lián)系。8/25/2023116表示方法（與層次數(shù)據(jù)模型相同）：8/2/2023

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型是一種比層次模型更具有普遍性的結(jié)構(gòu)，它去掉了層次模型的兩個限制，允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點；此外，它還允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）。因此，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界。而層次模型實際上是網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的一個特例。8/25/2023117網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型是一種比層次模型更具有普遍性的結(jié)構(gòu)

特點：只能直接處理一對多的實體聯(lián)系；每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段；任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義。

多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示：用網(wǎng)狀模型間接表示多對多聯(lián)系。方法：將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系。8/25/2023118特點：8/2/2023118

＊[課后閱讀：P.28]以學(xué)生選課為例，看網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型如何組織數(shù)據(jù)。一個學(xué)生可以選修若干門課程，某一課程可以被多個學(xué)生選修，因此學(xué)生與課程之間是多對多的聯(lián)系。這樣的實體聯(lián)系圖不能直接用網(wǎng)狀模型來表示，因為網(wǎng)狀模型不能直接表示記錄之間的多對多的聯(lián)系。為此我們可以把聯(lián)系也作為一個結(jié)點來表示，引入學(xué)生選課記錄，由三個數(shù)據(jù)項組成，即學(xué)號、課程號、成績，表示某個學(xué)生選修某一門課程及其成績。利用學(xué)生到選課的一對多聯(lián)系和課程到選課的一對多聯(lián)系表示學(xué)生和課程之間的多對多的聯(lián)系。（課后閱讀：P.28圖1.25）

8/25/2023119＊[課后閱讀：P.28]以學(xué)生選課為例，

網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別：網(wǎng)狀模型允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點；

網(wǎng)狀模型允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點；網(wǎng)狀模型允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）；網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界；層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例。

8/25/2023120網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別：8/2/20231二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束

完整性約束條件允許插入尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值；允許只刪除雙親結(jié)點值；

DBTG在模式DDL中提供了定義DBTG數(shù)據(jù)庫完整性的若干概念和語句，主要有：

8/25/2023121二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束完整性約束條件8/2/2

⑴支持記錄碼的概念，碼即唯一標(biāo)志記錄的數(shù)據(jù)項的集合。⑵保證一個聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對多的聯(lián)系。⑶可以支持雙親記錄和子女記錄之間的某些約束條件。

例如，有些子女記錄要求雙親記錄存在才能插入，雙親記錄刪除時也連同刪除。8/25/2023122⑴支持記錄碼的概念，碼即唯一標(biāo)志記三、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。常用的方法是鏈接法（包括單向鏈接、雙向鏈接、環(huán)狀鏈接等）。

8/25/2023123三、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)四、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點主要有：能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有多個雙親。具有良好的性能，存取效率較高。

8/25/2023124四、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點主要有：8/2/網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的缺點主要有：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用。由于記錄之間聯(lián)系時通過存取路徑實現(xiàn)的，應(yīng)用程序在訪問數(shù)據(jù)時必須選擇合適的存取路徑，因此，用戶必須了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，加重了編寫應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)。

8/25/2023125網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的缺點主要有：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜1.2.6關(guān)系模型關(guān)系模型是本課程的重點，關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)庫的組織方式。

1970年，IBM公司的E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。人們之所以把20世紀(jì)70年代稱之為數(shù)據(jù)庫時代，主要是由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從實驗室走向了社會。由于E.F.Codd的杰出工作，他于1981年獲得了計算機界的最高獎:ACM圖靈獎。(轉(zhuǎn)下頁)

8/25/20231261.2.6關(guān)系模型關(guān)系模型是本課程的重點，關(guān)

(接上頁)20世紀(jì)80年代以來，計算機廠商推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關(guān)系模型，而非關(guān)系系統(tǒng)的產(chǎn)品也大多加上了關(guān)系接口。由于數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域當(dāng)前的研究工作多以關(guān)系方法為基礎(chǔ)，是目前主要采用的數(shù)據(jù)模型。因此，關(guān)系模型成了最重要的一種數(shù)據(jù)模型，關(guān)系數(shù)據(jù)庫也就成了本書的重點。[典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):

ORACLE、SYBASE、INFORMIX、DB/2、COBASE、PBASE、EasyBase、DM/2、OpenBase等]8/25/2023127(接上頁)20世紀(jì)80年代以來，計算機廠商推出一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在用戶觀點下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。如下圖1.27所示：

8/25/2023128一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在用圖1.27關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

學(xué)生登記表學(xué)號姓名年齡性別系名年級95004王小明19女社會學(xué)9595006黃大鵬20男商品學(xué)9595008張文斌18女法律學(xué)95………………返回127繼續(xù)1298/25/2023129圖1.27關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)生登記表

關(guān)系模型與以往的模型不同，它是建立在嚴(yán)格的