数据库系统概论(第五版)课件

课程安排课程安排总学时：总学时：3232学时，其中学时，其中2424学时理论，学时理论，8 8学时上机学时上机关于教材关于教材教材教材数据库系统概论数据库系统概论(第五版第五版)，王珊，王珊,萨师煊著萨师煊著 高等教育出版社，高等教育出版社，2014.12 参考书参考书数据库系统导论数据库系统导论(An Introduction to Database Systems)（第（第七版）七版）C.J.Date著著，机械工业出版社，机械工业出版社，数据库领域中的权数据库领域中的权威著作威著作。(剑桥大学剑桥大学)数据库系统概念数据库系统概念(Database System Concepts)（第（第六六版）版）Silberschatz著著，机械工业出版社机械工业出版社。(耶鲁大学耶鲁大学)学习方式及要求学习方式及要求 听课听课 读书读书 独立完成作业独立完成作业 积极答疑积极答疑按时上课按时上课认真完成上机实验认真完成上机实验数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技数据管理的最新技术术，是计算机科学的重要分支。，是计算机科学的重要分支。v数据库技术是数据库技术是信息系统的核心和基础信息系统的核心和基础，它的出现极大，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。地促进了计算机应用向各行各业的渗透。v数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志信息化程度的重要标志。v是学习动态网站课程的必不可少的知识；是学习动态网站课程的必不可少的知识；v在毕业设计和以后的工作中都能用到；在毕业设计和以后的工作中都能用到；第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1.1 四个基本概念四个基本概念v数据数据(Data)v数据库数据库(Database)v数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)v数据库系统数据库系统(DBS)一、数据一、数据v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v数据的定义数据的定义描述事物的符号记录描述事物的符号记录v数据的种类数据的种类文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等运输情况等v数据的特点数据的特点数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的数据举例数据举例v数据的含义称为数据的语义数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。，数据与其语义是不可分的。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：某个年级的学生人数：某个年级的学生人数语义语义4：请同学给出。：请同学给出。数据举例数据举例v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）语义：语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间入学时间解释：解释：李明是个大学生，李明是个大学生，1972年年5月出生，江苏南京市人，月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系年考入计算机系请给出另一个解释和语义请给出另一个解释和语义二、数据库二、数据库v数据库的定义数据库的定义数数据据库库(Database,简简称称DB)是是长长期期储储存存在在计计算算机机内内、有有组织组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。v数据库的基本特征数据库的基本特征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、描述和储存可为各种用户共享可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展三、数据库管理系统三、数据库管理系统v什么是什么是DBMS位于位于用户用户与与操作系统操作系统之间的一层数据管理软件。之间的一层数据管理软件。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 vDBMS的用途的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据DBMS的主要功能的主要功能数据定义功能数据定义功能 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率提供多种存取方法提高存取效率数据操纵功能数据操纵功能 提供数据操纵语言提供数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改查询、插入、删除和修改)DBMS的主要功能的主要功能数据库的事务管理和运行管理数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制统一管理和控制 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序)数据库初始数据装载转换数据库初始数据装载转换 数据库转储数据库转储 介质故障恢复介质故障恢复 数据库的重组织数据库的重组织 性能监视分析等性能监视分析等其它功能其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信与网络中其它软件系统的通信 两个两个DBMS系统的数据转换系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作异构数据库之间的互访和互操作四、数据库系统四、数据库系统v什什么么是是数数据据库库系系统统（Database System，简简称称DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库系统。在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库系统。v数据库系统的构成数据库系统的构成数据库数据库数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）应用系统应用系统数据库管理员数据库管理员 数据库数据库 应用系统应用系统应应用用开开发发工工具具 操操 作作 系系统统 数数据据库库管管理理系系统统 数据库管理员数据库管理员用户用户用户用户用户用户 数据库系统数据库系统1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展v什么是数据管理什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护数据处理的中心问题数据处理的中心问题v数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中)文件系统阶段文件系统阶段(20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中)数据库系统阶段数据库系统阶段(20世纪世纪60年代末年代末-现在现在)一、人工管理阶段一、人工管理阶段v时期时期20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中v产生的背景产生的背景应用需求应用需求科学计算科学计算硬件水平硬件水平无直接存取存储设备无直接存取存储设备软件水平软件水平没有操作系统没有操作系统处理方式处理方式批处理批处理人工管理阶段人工管理阶段(续续)v特点特点数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段人工管理阶段)应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2应用程序应用程序数据集数据集n.人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 二、文件系统阶段二、文件系统阶段v时期时期20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中v产生的背景产生的背景应用需求应用需求科学计算、管理科学计算、管理硬件水平硬件水平磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓软件水平软件水平有文件系统有文件系统处理方式处理方式联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理文件系统阶段文件系统阶段(续续)v特点特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构数据的结构化：记录内有结构,整体无结构整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段文件系统阶段)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构v记录内有结构。记录内有结构。v数据的结构是靠程序定义和解释的。数据的结构是靠程序定义和解释的。v数据只能是定长的。数据只能是定长的。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。v文件间是独立的，因此数据整体无结构。文件间是独立的，因此数据整体无结构。可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系间的联系。v数据的最小存取单位是记录。数据的最小存取单位是记录。三、数据库系统阶段三、数据库系统阶段v时期时期20世纪世纪60年代末以来年代末以来从文件系统到数据库系统标志着数据管理技术的飞从文件系统到数据库系统标志着数据管理技术的飞跃跃v产生的背景产生的背景应用背景应用背景大规模管理大规模管理硬件背景硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列大容量磁盘、磁盘阵列软件背景软件背景有数据库管理系统有数据库管理系统处理方式处理方式联机实时处理联机实时处理,分布处理分布处理,批处理批处理1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点v整体数据结构化整体数据结构化v数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充v数据独立性高数据独立性高v数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制数据结构化数据结构化v整体数据的结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之是数据库的主要特征之一一 v整体结构化整体结构化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，而是面向全组织不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系有联系文件系统的记录示例文件系统的记录示例学生文件的记录结构课程文件的记录结构学生选课文件的记录结构文件中记录内部有结构，但记录间无联系文件中记录内部有结构，但记录间无联系联系电话联系电话住址住址年龄年龄系系性别性别姓名姓名学号学号学时学时课程名课程名课程号课程号成绩成绩课程号课程号学号学号数据库整体数据结构化数据库整体数据结构化学号学号课程号课程号成绩成绩学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄系别系别日期日期学校学校学历名学历名家庭出身家庭出身籍贯籍贯政治面貌政治面貌姓名姓名与本人关系与本人关系详细情况详细情况日期日期奖惩条目奖惩条目数据库系统实现整体数据结构化数据库系统实现整体数据结构化课程号课程号课程名课程名学时学时数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充v数据库系统从整体角度看待和描述数据，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、多个应用共面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。享使用。v数据共享的好处数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间减少数据冗余，节约存储空间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 使系统易于扩充使系统易于扩充数据独立性高数据独立性高v物理独立性物理独立性指用户的指用户的应用程序应用程序与与存储在磁盘上的数据库中数据存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。是相互独立的。当数据的当数据的物理存储物理存储改变了，改变了，应用程序应用程序不用改变。不用改变。v逻辑独立性逻辑独立性指指用用户户的的应应用用程程序序与与数数据据库库的的逻逻辑辑结结构构是是相相互互独独立立的的。数数据据的的逻逻辑结构辑结构改变了，改变了，用户程序用户程序也可以不变。也可以不变。v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数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制vDBMS提供的数据控制功能提供的数据控制功能(1)数据的安全性（数据的安全性（Security）保护）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。(2)数据的完整性（数据的完整性（Integrity）检查）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。(3)并发（并发（Concurrency）控制）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。(4)数据库恢复（数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBMS应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型数据模型数据模型v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、表示和处理抽象、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。v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。v数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界容易容易为人所为人所理解理解便于在计算机上便于在计算机上实现实现 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型v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)概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。据和信息建模，用于数据库设计。(2)逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 逻逻辑辑模模型型主主要要包包括括网网状状模模型型、层层次次模模型型、关关系系模模型型、面面向向对对象象模模型型等等，按按计计算算机机系系统统的的观观点点对对数数据据建建模模，用用于于DBMS实现。实现。物物理理模模型型是是对对数数据据最最底底层层的的抽抽象象，描描述述数数据据在在系系统统内内部部的的表表示示方方式式和和存存取取方方法法，在在磁磁盘盘或或磁磁带带上上的的存存储储方方式式和和存取方法。存取方法。两大类数据模型两大类数据模型(续续)v客观对象的抽象过程客观对象的抽象过程-两步抽象两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。两大类数据模型两大类数据模型(续续)DBMS支持的数据模型支持的数据模型概念模型概念模型认识认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界中客观对象的抽象过程现实世现实世界界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素v数据结构数据结构：描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。v数据操作数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。主要是查询和更新两大类操作。v完整性约束条件：完整性约束条件：一组完整性规则。1.2.3 概念模型概念模型v信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念v两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系v两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系v单个实体型内的联系单个实体型内的联系v概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法v一个实例一个实例一、信息世界中的基本概念一、信息世界中的基本概念(1)实体（实体（Entity）(2)属性（属性（Attribute）(3)码（码（Key）(4)域（域（Domain）(5)实体型（实体型（Entity Type）(6)实体集（实体集（Entity Set）(7)联系（联系（Relationship）二、两个实体型之间的联系二、两个实体型之间的联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名1n1:n联系联系实体型实体型A实体型实体型B联系名联系名mnm:n联系联系实体型实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系用图形来表示两个实体型之间的这三类联系 二、两个实体型之间的联系（续）二、两个实体型之间的联系（续）v一对一联系（一对一联系（1:1）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定义：定义：如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中至至多多有有一一个个（也也可可以以没没有有）实实体体与与之之联联系系，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集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111:1联系联系两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系(续续)v一对多联系（一对多联系（1：n）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定义：定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的中的每一个实体每一个实体，实体集，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中的中的每一个实体每一个实体，实体集，实体集A中中至多只有一个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联系联系两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系(续续)v多对多联系（多对多联系（m:n）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v两个以上的实体型之间也存在着一对一、一对多和多对多的联系。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)v实例 一对多 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n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)v两个以上实体型间的多对多联系两个以上实体型间的多对多联系实例实例 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多种零件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个供应商供应的零件每个项目可以使用多个供应商供应的零件每种零件可由不同供应商供给每种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mp两个以上实体型间两个以上实体型间m:n联系联系零件零件n四、单个实体型内的联系四、单个实体型内的联系v一对多联系一对多联系实例实例 职工实体型内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v一对一联系一对一联系 请举例请举例职工职工领导领导1n单个实体型内部单个实体型内部1:n联系联系五、五、概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法v实体联系方法实体联系方法(E-R方法方法)用用E-R图图来描述现实世界的概念模型来描述现实世界的概念模型E-R方法方法也称为也称为E-R模型模型E-R图图v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。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接起来用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生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E-R图图(续续)v联系联系v联系的本身联系的本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别用菱形表示，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，同时在无向边旁标上联系的类与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（型（1:1、1:n或或m:n）联系的表示方法示例联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系联系的属性联系的属性课程课程选修选修学生学生mn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，也联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来向边与该联系连接起来 六、一个实例六、一个实例用用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型图表示某个工厂物资管理的概念模型v实体实体仓库：仓库：仓库号、面积、电话号码仓库号、面积、电话号码零件零件：零件号、名称、规格、单价、描述：零件号、名称、规格、单价、描述供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号项目：项目号、预算、开工日期项目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职称职工：职工号、姓名、年龄、职称 一个实例一个实例v实体之间的联系如下：实体之间的联系如下：(1)一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。仓库和零件具有库中。仓库和零件具有多对多多对多的联系。用的联系。用库存量库存量来表示某来表示某种零件在某个仓库中的数量。种零件在某个仓库中的数量。(2)一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，仓库和职工之间是仓库工作，仓库和职工之间是一对多一对多的联系。的联系。(3)职工之间具有领导职工之间具有领导-被领导关系，即仓库主任领导若干保管被领导关系，即仓库主任领导若干保管员。职工实体型中具有员。职工实体型中具有一对多一对多的联系的联系(4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系联系属联系属性性一个实例一个实例 例题例题某企业集团某企业集团有若干工厂，每个工厂生产多种产品，且每有若干工厂，每个工厂生产多种产品，且每一种产品可以在多个工厂生产，每个工厂按照固定的计划数一种产品可以在多个工厂生产，每个工厂按照固定的计划数量生产产品；每个工厂聘用多名职工，且每名职工只能在一量生产产品；每个工厂聘用多名职工，且每名职工只能在一个工厂工作，工厂聘用职工有聘期和工资。工厂的属性有工个工厂工作，工厂聘用职工有聘期和工资。工厂的属性有工厂编号、厂名、地址，产品的属性有产品编号、产品名、规厂编号、厂名、地址，产品的属性有产品编号、产品名、规格，职工的属性有职工号、姓名。根据上述语义画出格，职工的属性有职工号、姓名。根据上述语义画出ER图，图，在在ER图中需注明实体的属性、联系的类型及实体的标识符。图中需注明实体的属性、联系的类型及实体的标识符。聘用聘用N聘期聘期工资工资1工厂工厂工厂编号工厂编号厂名厂名地址地址职工职工职工号职工号姓名姓名产品产品产品编号产品编号产品名产品名规格规格数量数量N生产生产M学生成绩学生成绩E-R图，找找其中的问题图，找找其中的问题 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型v非关系模型非关系模型层次模型层次模型(Hierarchical Model)网状模型网状模型(Network Model)v关系模型关系模型(Relational Model)v面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model）v对象关系模型对象关系模型(Object Relational Model)v半结构化数据模型（半结构化数据模型（Semistructure Data model）1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型1.2.7 关系模型关系模型v关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 v1970年美国年美国IBM公司公司San Jose研究室的研究员研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型首次提出了数据库系统的关系模型 v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 一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 v在在用用户户观观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二二维维表表，它它由由行行和和列列组成。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关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）关系（关系（Relation）元组（元组（Tuple）属性（属性（Attribute）主码（主码（Key）域（域（Domain）分量分量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）关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）例例1学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学生（学号学号，姓名，年龄，性别，姓名，年龄，性别，系号系号，年级），年级）系系(系号系号，系名，办公地点，系名，办公地点)例例2学生、课程、学生与课程之间的多对多联系：学生、课程、学生与课程之间的多对多联系：学生（学生（学号学号，姓名，年龄，性别，系号，年级），姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程（课程号课程号，课程名，学分），课程名，学分）选修（选修（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩）关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）v关系必须是规范化的，满足一定的规范条件关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：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,不允许表中还有表不允许表中还有表 图图1.27中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号职工号姓名姓名职职 称称工工 资资扣扣 除除实 发基基 本本津津 贴贴职务职务房房 租租水水 电电86051陈陈 平平讲讲 师师13051200501601122283图图1.27 一个工资表一个工资表(表中有表表中有表)实例实例 关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）关系术语关系术语一般表格的术语一般表格的术语关系名关系名表名表名关系模式关系模式表头（表格的描述）表头（表格的描述）关系关系（一张）二维表（一张）二维表元组元组记录或行记录或行属性属性列列属性名属性名列名列名属性值属性值列值列值分量分量一条记录中的一个列值一条记录中的一个列值非规范关系非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表中有表（大表中嵌有小表）表表1.2 术语对比术语对比 二、关系数据模型的操纵与完整性约束二、关系数据模型的操纵与完整性约束v数数据据操操作作是是集集合合操操作作，操操作作对对象象和和操操作作结结果果都都是是关系，即若干元组的集合关系，即若干元组的集合查询查询插入插入删除删除更新更新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）v关系的完整性约束条件关系的完整性约束条件 实体完整性实体完整性参照完整性参照完整性用户定义的完整性用户定义的完整性三、关系数据模型的存储结构三、关系数据模型的存储结构v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v表以文件形式存储表以文件形式存储有的有的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有的有的DBMS自己设计文件结构自己设计文件结构四、关系数据模型的优缺点四、关系数据模型的优缺点v优点优点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概念单一概念单一关系模型的存取路径对用户透明关系模型的存取路径对用户透明关系数据模型的优缺点（续）关系数据模型的优缺点（续）v缺点缺点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的难度的难度第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结1.3 数据库系统结构数据库系统结构v数据库管理系统角度数据库管理系统角度v数据库最终数据库最终用户角度用户角度1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v“型型”和和“值值”的概念的概念型型(Type)值值(Value)例如例如学生记录型：学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：一个记录值：（900201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）数据库系统模式的概念（续）数据库系统模式的概念（续）v模式（模式（Schema）v实例（实例（Instance）数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念（续）（续）例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录和学生选课记录 2003年的一个学生数据库实例，包含：年的一个学生数据库实例，包含：2003年学校中所有学生的记录年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录所有学生选课的记录 2002年度学生数据库模式对应的实例与年度学生数据库模式对应的实例与 2003年度学生数据库模式对应的实例是年度学生数据库模式对应的实例是不同不同的的 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构v模式（模式（Schema）v外模式（外模式（External Schema）v内模式（内模式（Internal Schema）一、模式（一、模式（Schema）v模式（也称逻辑模式）模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求v一个数据库一个数据库只有一个模式只有一个模式v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与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关二、外模式（二、外模式（External Schema）v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）数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）使使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数数据据库库用用户户的的数数据据视视图图，是是与与某某一一应应用用有有关关的的数据的逻辑表示数据的逻辑表示三、内模式（三、内模式（Internal Schema）v内模式（也称存储模式）内模式（也称存储模式）是是数据物理结构和存储方式数据物理结构和存储方式的描述的描述是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，树结构存储，按按hash方法存储）方法存储）索引的组织方式索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否压缩存储数据是否加密数据是否加密数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定v一个数据库只有一个内模式一个数据库只有一个内模式数据库系统的三级模式结构（续）数据库系统的三级模式结构（续）图图 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性v三级模式是对数据的三个抽象级别三级模式是对数据的三个抽象级别v二二级级映映象象在在DBMS内内部部实实现现这这三三个个抽抽象象层层次次的的联联系和转换系和转换外模式模式映像外模式模式映像模式内模式映像模式内模式映像 一、外模式模式映象一、外模式模式映象v模式：描述的是数据的全局逻辑结构模式：描述的是数据的全局逻辑结构v外模式：描述的是数据的局部逻辑结构外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 v同一个模式可以有任意多个外模式同一个模式可以有任意多个外模式 v每每一一个个外外模模式式，数数据据库库系系统统都都有有一一个个外外模模式式模模式式映映象，定义外模式与模式之间的对应关系象，定义外模式与模式之间的对应关系v映象定义通常包含在各自外模式的描述中映象定义通常包含在各自外模式的描述中外模式模式映象（续）外模式模式映象（续）保证数据的逻辑独立性保证数据的逻辑独立性二、模式内模式映象二、模式内模式映象v模模式式内内模模式式映映象象定定义义了了数数据据全全局局逻逻辑辑结结构构与与存存储储结结构之间的对应关系。构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的v数据库中模式内模式映象是唯一的数据库中模式内模式映象是唯一的v该映象定义通常包含在模式描述中该映象定义通常包含在模式描述中模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）保证数据的物理独立性保证数据的物理独立性数据库系统的三级模式结构（续）数据库系统的三级模式结构（续）图图1.28 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成v数据库数据库v数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）v应用系统应用系统v数据库管理员数据库管理员1.4数据库系统的组成数据库系统的组成v硬件平台及数据库硬件平台及数据库 v软件软件 v人员人员 人人 员（续）员（续）图1.30 各种人员的数据视图 v不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示下图所示人人 员（续）员（续）1.数据库管理员(DBA)具体职责：具体职责：v1.决定数据库中的信息内容和结构决定数据库中的信息内容和结构v2.决定数据库的存储结构和存取策略决定数据库的存储结构和存取策略v3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件定义数据的安全性要求和完整性约束条件v4.4.监控数据库的使用和运行监控数据库的使用和运行v5.数据库的改进和重组数据库的改进和重组s人员（续）人员（续）v2.系统分析员和数据库设计人员:v系统分析员系统分析员 负责应用系统的需求分析和规范说明负责应用系统的需求分析和规范说明与用户及与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置协商，确定系统的硬软件配置参与数据库系统的概要设计参与数据库系统的概要设计人员（续）人员（续）v2.系统分析员和数据库设计人员 v数据库设计人员数据库设计人员参加用户需求调查和系统分析参加用户需求调查和系统分析确定数据库中的数据确定数据库中的数据设计数据库各级模式设计数据库各级模式人员（续）人员（续）v3.应用程序员设计设计和编写应用系统的程序模块和编写应用系统的程序模块进行调试和安装进行调试和安装人员（续）人员（续）4.用用户户是是指指最最终终用用户户（End User）。最最终终用用户户通通过过应应用用系统的用户接口使用数据库。系统的用户接口使用数据库。v1)偶然用户偶然用户不不经经常常访访问问数数据据库库，但但每每次次访访问问数数据据库库时时往往往往需需要要不不同同的的数数据库信息据库信息 企业或组织机构的高中级管理人员企业或组织机构的高中级管理人员人员（续）人员（续）v2)简单用户简单用户主要工作是查询和更新数据库主要工作是查询和更新数据库 银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员v3)复杂用户复杂用户工程师、科学家、经济学家、科技工作者等工程师、科学家、经济学家、科技工作者等直直接接使使用用数数据据库库语语言言访访问问数数据据库库，甚甚至至能能够够基基于于数数据据库库管管理理系系统统的的API编制自己的应用程序编制自己的应用程序第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结1.5 1.5 小结小结v数据库系统概述数据库系统概述数据库的基本概念数据库的基本概念数据管理的发展过程数据管理的发展过程v数据模型数据模型数据模型的三要素数据模型的三要素概念模型，概念模型，E-R 模型模型三种主要数据库模型三种主要数据库模型小结小结(续续)v数据库系统的结构数据库系统的结构数据库系统三级模式结构数据库系统三级模式结构数据库系统两层映像系统结构数据库系统两层映像系统结构v数据库系统的组成数据库系统的组成课堂练习：图书馆系统课堂练习：图书馆系统计划为图书馆建立一个关于图书、读者、书计划为图书馆建立一个关于图书、读者、书架的数据库系统。相同的书要放在同一个书架上，架的数据库系统。相同的书要放在同一个书架上，一个书架可以放多种书，一个读者可以借多种书，一个书架可以放多种书，一个读者可以借多种书，一种书可以被多个读者借阅。图书的属性有：书一种书可以被多个读者借阅。图书的属性有：书号、图书名、作者、出版社、单价；书架的属性号、图书名、作者、出版社、单价；书架的属性有：架号、容量；读者的属性有：读者编号、姓有：架号、容量；读者的属性有：读者编号、姓名、出生日期、工作单位。名、出生日期、工作单位。请画出此图书馆的请画出此图书馆的E-RE-R图。图。