第二章-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫實用教程（第三版）第二章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容：

數(shù)據(jù)描述：

數(shù)據(jù)模型:

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）各階段中數(shù)據(jù)描述的術(shù)語，概念設(shè)計中實體間聯(lián)系的描述。

數(shù)據(jù)模型，邏輯模型的形式定義，

ER模型，層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及聯(lián)系的實現(xiàn)方式。§1數(shù)據(jù)描述

一、信息的三個領(lǐng)域：從客觀世界事物的特征到計算機中的表示經(jīng)歷了三個領(lǐng)域:

現(xiàn)實世界信息世界機器世界

現(xiàn)實世界：

存在于人們頭腦之外的客觀世界。

現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)就是客觀存在的原始數(shù)據(jù)。

舉例:

信息世界：

現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。

用概念設(shè)計描述數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)描述：實體、屬性、實體集、實體標識符。舉例:實體具有公共性質(zhì)的可相互區(qū)分的現(xiàn)實世界對象的集合?？梢允蔷唧w的事物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系具體的事物：學(xué)生、課程、職工抽象的聯(lián)系：學(xué)生選課實體集性質(zhì)相同的同類實體的集合。舉例：屬性實體所具有的特征或性質(zhì)。身高年齡性別體重……實體標識符能唯一標識實體的屬性或?qū)傩约?，有時也稱關(guān)鍵碼，或者簡稱鍵。外鍵：

機器世界：

信息世界的信息在計算機中以數(shù)據(jù)的形式來表示。

邏輯設(shè)計涉及的概念：字段、記錄、文件、關(guān)鍵碼。

物理設(shè)計描述物理存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)：位、字節(jié)、字、塊、桶、卷。舉例:字段標識實體屬性的命名單位，有時也稱數(shù)據(jù)項，是可以命名的最小信息單位，所以又稱為數(shù)據(jù)元素或初等項。字段的命名往往與屬性名一樣。例如學(xué)號、姓名、年齡、性別等。記錄字段的有序集合用一個記錄描述一個實體能完整描述一個實體的字段集例如：文件同一類記錄的集合用來描述實體集舉例：實體所具有的特征或性質(zhì)。關(guān)鍵碼能唯一確定文件中每個記錄的字段或字段集關(guān)鍵碼，鍵

二、數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述

信息世界中，實體與實體之間有聯(lián)系包括：實體內(nèi)部的聯(lián)系；實體之間的聯(lián)系。聯(lián)系

聯(lián)系是數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)集合，是客觀存在的應(yīng)用語義鏈。實體內(nèi)部的聯(lián)系：一個實體內(nèi)屬性之間的聯(lián)系。職工實體內(nèi)部的職工號和職工的部門號實體之間的聯(lián)系：不同實體之間的聯(lián)系。課程實體和學(xué)生實體之間的選課聯(lián)系。1、二元聯(lián)系：

兩個不同實體集的實體間聯(lián)系：

1：1聯(lián)系1：n聯(lián)系m：n聯(lián)系

如果實體A中的每個實例在實體B中至多有一個（也可以沒有）實例與之關(guān)聯(lián)，反之亦然，則稱實體A與實體B具有一對一聯(lián)系，記作：1:1。一對一聯(lián)系(1:1)一對一聯(lián)系的例子假設(shè)一個部門只有一個正經(jīng)理，一個人只當一個部門的經(jīng)理。？是一對一的聯(lián)系部門和正經(jīng)理。假設(shè)一個系只有一個正主任，一個人只當一個系的主任。？是一對一的聯(lián)系系和正系主任。班級與正班長？學(xué)校里面，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。一對多的聯(lián)系

如果實體A與實體B之間存在聯(lián)系，并且對于實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應(yīng)；而對實體B中的任意一個實例，在實體A中都只有一個實例與之對應(yīng)，則稱實體A到實體B的聯(lián)系是一對多的。

記作：

1:n

有部門和職工兩個實體，并且有語義：一個部門可以有多名職工，但是一個職工只在一個部門工作。

則部門和職工之間的聯(lián)系是一對多的，我們把這種聯(lián)系命名為工作。一對多聯(lián)系的例子班級和學(xué)生？

一個班級中有若干名學(xué)生，而每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習。多對多的聯(lián)系

如果實體A與實體B之間存在聯(lián)系，并且對于實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應(yīng)；而對實體B中的一個實例，在實體A中也有多個實例與之對應(yīng)，則稱實體A到實體B的聯(lián)系是多對多的。記作：m:n

多對多聯(lián)系的例子

有學(xué)生和課程兩個實體，并且有語義：一個學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個學(xué)生修。

那么學(xué)生和課程之間的聯(lián)系就是多對多的，我們把這種聯(lián)系命名為選課。1、二元聯(lián)系：兩個不同實體集的實體間聯(lián)系：

1：1聯(lián)系

1：n聯(lián)系

m：n聯(lián)系學(xué)號和學(xué)生？班級和學(xué)生？座位和乘客？車間和工人？2、其他聯(lián)系:

一元聯(lián)系：

三元聯(lián)系：運動員1:1零件M:N職工1:NP收銀員

商品顧客NM練習：M飛機航行班次駕駛員N1§2數(shù)據(jù)模型對于模型，人們并不陌生。建筑模型飛機模型計算機中的模型是對事物、對象、過程等客觀系統(tǒng)中感興趣的內(nèi)容的模擬和抽象表達，是理解系統(tǒng)的思維工具。數(shù)據(jù)模型(datamodel)也是一種模型，它是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象?！?數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型即要面向現(xiàn)實世界，又要面向機器世界，因此需滿足三個要求:能夠真實地模擬現(xiàn)實世界;容易被人們理解;能夠方便地在計算機上實現(xiàn)?！?數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是怎么建立的？§2數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實世界信息世界：概念模型機器世界：邏輯模型轉(zhuǎn)換人的認識抽象

一、數(shù)據(jù)模型的概念:

表示實體類型及實體間聯(lián)系的模型。

目前廣泛使用的數(shù)據(jù)模型有兩種：概念數(shù)據(jù)模型（實體聯(lián)系模型）邏輯數(shù)據(jù)模型/結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型、面向?qū)ο蟮饶Ｐ停?數(shù)據(jù)模型

在ER模型中有四個基本成分：

矩形框表示實體類型;

菱形框表示聯(lián)系類型（實體間的聯(lián)系）;

橢圓形框表示實體類型和聯(lián)系類型的屬性;

用直線連接：實體與屬性；聯(lián)系與屬性；實體與實體；相應(yīng)的命名均記入各種框中。對于關(guān)鍵碼的屬性，在屬性名下劃一橫線。1、概念數(shù)據(jù)模型--實體聯(lián)系模型(ER模型)

獨立于計算機系統(tǒng)的模型，用于建立信息世界的數(shù)據(jù)模型。實體的表示方式在E-R圖中用矩形框表示實體，把實體名寫在框內(nèi)，比如學(xué)生實體可以表示為：學(xué)生屬性的表示方式

用圓角矩形或橢圓框表示，框內(nèi)寫上屬性名，并用連線連到相應(yīng)實體。學(xué)生學(xué)號姓名性別*36練習實體所具有的特征或性質(zhì)。身高年齡性別體重……職員聯(lián)系的表示方式

實體之間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上聯(lián)系名，并用連線與有關(guān)的實體相連。聯(lián)系名實體1實體2練習：一對一聯(lián)系的例子 部門和正經(jīng)理（假設(shè)一個部門只有一個正經(jīng)理，一個人只當一個部門的經(jīng)理）、系和正系主任（假設(shè)一個系只有一個正主任，一個人只當一個系的主任）都是一對一聯(lián)系。管理經(jīng)理部門11

有部門和職工兩個實體，并且有語義：一個部門可以有多名職工，但是一個職工只在一個部門工作。則部門和職工之間的聯(lián)系是一對多的，我們把這種聯(lián)系命名為工作。練習：一對多聯(lián)系的例子工作部門職工1n練習：多對多聯(lián)系的例子

有學(xué)生和課程兩個實體，并且有語義：一個學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個學(xué)生修。那么學(xué)生和課程之間的聯(lián)系就是多對多的，我們把這種聯(lián)系命名為選課。學(xué)生課程選課mn關(guān)聯(lián)多個實體的聯(lián)系顧客購買商品：每個顧客可以從多個售貨員那里購買商品，并且可以購買多種商品；每個售貨員可以向多名顧客銷售商品，并且可以銷售多種商品；每種商品可由多個售貨員銷售，并且可以銷售給多名顧客。收銀員

商品PN顧客銷售M數(shù)量

三元聯(lián)系：商店

商品倉庫進貨PNM

數(shù)量

三元聯(lián)系：

建立ER模型的步驟如下：確定實體類型和聯(lián)系類型，把實體類型和聯(lián)系類型組合成ER圖;確定實體類型和聯(lián)系類型的屬性，再確定實體類型的鍵，在屬于鍵的屬性名下劃一橫線。練習：1.試畫出3個E-R圖，要求實體型之間具有一對一，一對多和多對多各種不同的聯(lián)系。2.設(shè)計E-R圖，某大學(xué)選課管理中，學(xué)生可根據(jù)自己的情況選修課程，每名學(xué)生可同時選修多門課程，每門課程可由多位教師講授，每位教師可講授多門課程。3.假如你是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員，為某球隊設(shè)計數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄球隊、隊員和球迷的信息，包括以下信息：（1）對于每個球隊，球隊的名字、隊員以及隊服的顏色；（2）對于每個隊員，他們的姓名；（3）對于每個球迷，他們的姓名、喜愛的球隊（對于鐵桿球迷來說，他們只喜愛一個球隊）以及喜愛的隊員。4.為銀行設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫，包括顧客和賬戶的信息。顧客信息包括姓名、地址、電話、社會保險號。賬戶包括編號，類型（例如存款，支票）和金額。5.保存一個家譜，應(yīng)該有一個實體：person，每個人記錄的信息包括姓名和聯(lián)系（父親，母親，孩子）。2.邏輯數(shù)據(jù)模型：面向數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的模型。邏輯數(shù)據(jù)模型包含：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指對實體類型和實體間聯(lián)系的表達和實現(xiàn)；數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫的檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩類操作的實現(xiàn)；數(shù)據(jù)完整性約束給出數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應(yīng)具有的制約和依賴規(guī)則。

邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型網(wǎng)狀模型（網(wǎng)絡(luò)模型）關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ?1)層次模型：

用樹型（層次）結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型。①定義：層次模型是以記錄型為結(jié)點，記錄型之間的聯(lián)系是通過指針來實現(xiàn)的。②層次模型的特點：

只有一個根結(jié)點無父結(jié)點。每個非根結(jié)點只有一個父結(jié)點；上一層記錄類型和下一層記錄類型間聯(lián)系是1：N聯(lián)系。系記錄型教研室記錄型教師簡介記錄型開設(shè)課程記錄型人事記錄型工資記錄型開設(shè)記錄型有向樹

層次模型的優(yōu)點：易于實現(xiàn),查詢效率高。缺點：

M：N聯(lián)系較難實現(xiàn),

編寫應(yīng)用程序也復(fù)雜。舉例⑵網(wǎng)狀模型用有向圖結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的模型稱為網(wǎng)狀模型。①定義：網(wǎng)狀模型是以記錄型為結(jié)點，記錄型之間的聯(lián)系用指針表示。②網(wǎng)狀模型的特點：

允許有一個以上的結(jié)點無雙親；結(jié)點可以有多于一個的雙親；結(jié)點間可有兩種或多種聯(lián)系。教師課程學(xué)生學(xué)習有向圖

網(wǎng)狀模型的優(yōu)點：容易實現(xiàn)M：N聯(lián)系，查詢效率高。缺點：程序員必須熟悉數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)才能編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序。舉例⑶關(guān)系模型

用二維表格結(jié)構(gòu)來表示實體集，

外鍵表示實體間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系模型。關(guān)系模型是由若干個關(guān)系模式組成的集合，關(guān)系模式相當于記錄類型，它的每一個實例稱為關(guān)系。每個關(guān)系實際上就是一張二維表格。關(guān)系模型和層次、網(wǎng)絡(luò)模型的最大差別是用關(guān)鍵碼而不是用指針導(dǎo)航數(shù)據(jù)，表格簡單，用戶易懂，編寫程序是并不涉及存儲結(jié)構(gòu)、訪問技術(shù)等問題。學(xué)生關(guān)系模式

S（SNO，SNAME，AGE，SEX，SDEPT）課程關(guān)系模式

C（CNO，CNAME，CDEPT，TNAME）學(xué)習關(guān)系模式

SC（SNO，CNO，GRADE）SNOSNAMEAGESEXSDEPTS1程宏19男計算機S3劉莎莎18女通訊S4李剛畸20男法學(xué)S6蔣天云19男國際貿(mào)易S9王莉21女計算機

CNOCNAMECDEPTTNAMEC2離散數(shù)學(xué)計算機汪宏偉C3高等數(shù)學(xué)通訊錢紅C4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機馬良C1計算機原理計算機李兵

SNOCNOGRADES3C387S1C288S4C379S9C483S1C376S6C368S1C178S6C188S3C264S1C486S9C278關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及術(shù)語⑷面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ洼^完整地描述了現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能支持各類新的應(yīng)用需求所滿足的數(shù)據(jù)類型、能表達遞歸和嵌套的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

面向?qū)ο竽Ｐ偷幕靖拍钍牵簩ο?、類。類Student

SNOSNAMESEXAGE類COURSE

CNOCNAMETEACHER類SCSNOCNOGRADE§3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）一、DBMS的工作模式應(yīng)用程序DBMSDB數(shù)據(jù)請求低層指令

數(shù)據(jù)（處理結(jié)果）

數(shù)據(jù)（查詢結(jié)果）DBOSDBMS數(shù)據(jù)字典應(yīng)用程序DB的系統(tǒng)緩沖區(qū)外模式模式內(nèi)模式用戶訪問數(shù)據(jù)的過程

:

二、DBMS的主要功能

1．數(shù)據(jù)庫的定義功能

2．數(shù)據(jù)庫的操縱功能

3．數(shù)據(jù)庫的保護功能

4．數(shù)據(jù)庫的維護功能

數(shù)據(jù)庫的恢復(fù);

數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制;

數(shù)據(jù)完整性控制;

數(shù)據(jù)安全性控制;DBMS的其他保護功能還有系統(tǒng)緩沖區(qū)的管理以及數(shù)據(jù)存儲的某些自適應(yīng)調(diào)節(jié)機制等。包括數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)載入、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)儲，數(shù)據(jù)庫的改組以及性能監(jiān)控等功能。

三、DBMS的模塊組成從模塊結(jié)構(gòu)來觀察，DBMS由兩大部分組成：