第02章数据模型

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 数据模型,1,*,数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来,抽象、表示和处理,现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是对现实世界的模拟,数据模型应满足三方面要求,能比较,真实,地模拟现实世界,容,易,为人所,理解,便于在计算机上,实现,2,*,数据模型,(续),数据模型分成两个不同的层次,(1),概念模型,也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。,(2),逻辑,模型和物理模型,逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模；物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在介质上的存储方式和存取方法。,3,*,数据模型,(续),客观对象的抽象过程,-,两步抽象,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,DBMS,支持的数据模型。,概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。,4,*,信息世界中的基本概念,(1),实体（,Entity）,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,。,(2),属性（,Attribute）,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。,(3),码（,Key）,唯一标识实体的属性集称为码。,5,*,数据模型的组成要素,数据结构,数据操作,完整性约束,6,*,1.,数据结构,什么是数据结构,对象类型的集合,两类对象,与数据类型、内容、性质有关的对象,与数据之间联系有关的对象,数据结构是对系统静态特性的描述,7,*,2.,数据操作,数据操作,对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的,操作,及有关的,操作规则,数据操作的类型,检索,更新（包括插入、删除、修改）,8,*,数据操作,(续),数据模型对操作的定义,操作的确切含义,操作符号,操作规则（如优先级）,实现操作的语言,数据操作是对系统动态特性的描述。,9,*,3.,完整性约束,数据的约束条件,一组完整性规则的集合。,完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,。,10,*,数据的约束条件,(续),数据模型对约束条件的定义,反映和规定本,数据模型,必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。,提供定义完整性约束条件的机制，以反映,具体应用,所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件,。,11,*,主要的逻辑数据模型,非关系模型,层次模型（,Hierarchical Model）,网状模型,(,Network Model ),数据结构：以基本层次联系为基本单位,基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一,),的联系,12,*,主要的逻辑数据模型,(续),关系模型,(,Relational Model),数据结构：表,面向对象模型,(,Object Oriented Model）,数据结构：对象,13,*,1.,层次数据模型的数据结构,层次模型,满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。,1.,有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根,结点,2.,根以外的其它结点有且只有一个双亲结点,层次模型中的几个术语,根结点，双亲结点，兄弟结点,，,叶结点,14,*,层次数据模型的数据结构,(,续）,1,根结点,2,兄弟结点,3,叶结点,4,兄弟结点,5,叶结点,叶结点,15,*,层次数据模型的数据结构,(,续）,表示方法,实体型,：用记录类型描述。,每个结点表示一个记录类型。,属性,：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。,联系,：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的,一对多的联系,实例：,教员,-,学生数据模型（,P28）,16,*,层次数据模型的数据结构,(,续）,特点,结点的双亲是唯一的,只能直接处理一对多的实体联系,每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段,任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在,17,*,2.,层次模型的数据操纵,查询,插入,删除,更新,18,*,3.,层次模型的完整性约束,无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值,如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除,更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性,19,*,4.,层次模型的优缺点,优点,层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解,性能优于关系模型，不低于网状模型,层次数据模型提供了良好的完整性支持,缺点,多对多联系表示不自然,对插入和删除操作的限制多,查询子女结点必须通过双亲结点,层次命令趋于程序化,20,*,5.,典型的层次数据库系统,IMS,数据库管理系统,Information Management System,第一个大型商用,DBMS,1968,年推出,IBM,公司研制,21,*,1.,网状数据模型的数据结构,网状模型,满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。,1.,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,。,22,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,1,2,R3,L1 L2,R1,R2,L3,L1 L2,R3,L4,R4,R5,23,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,表示方法（与层次数据模型相同）,实体型,：用记录类型描述。,每个结点表示一个记录类型。,属性,：用字段描述。,每个记录类型可包含若干个字段。,联系,：用结点之间的连线表示记录（类）型之,间的,一对多的父子联系,。,24,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,特点,能直接处理一对多的实体联系,每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段,任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,25,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,网状模型与层次模型的区别,网状模型允许多个结点没有双亲结点,网状模型允许结点有多个双亲结点,网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）,网状模型可以更直接地去描述现实世界,层次模型实际上是网状模型的一个特例,26,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,1,L1 L2,R2,27,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,学生宿舍,学生,教研室,系,教师,28,*,网状数据模型的数据结构,(,续）,父母,人,子女,树,种植,砍伐,养育,赡养,29,*,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,用网状模型,间接,表示多对多联系,方法,将多对多联系,直接,分解成一对多联系,30,*,2.,网状模型的数据操纵,查询,插入,删除,更新,31,*,3.,网状数据模型的完整性约束,网状数据库系统（如,DBTG）,对数据操纵加,了一些限制，提供了一定的完整性约束,码,双亲结点与子女结点之间是一对多联系,属籍类别,加入类别,(,自动的，手工的,),移出类别,(,固定的，必须 的，随意的,),32,*,3.,网状数据模型的完整性约束,完整性约束条件,允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值,允许只删除双亲结点值,33,*,4.,网状模型的优缺点,优点,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,具有良好的性能，存取效率较高,缺点,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，不利于最终用户掌握,DDL、DML,语言复杂，用户不容易使用,34,*,5.,典型的网状数据库系统,DBTG,系统，亦称,CODASYL,系统,由,DBTG,提出的一个系统方案,奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术,70,年代推出,实际系统,Cullinet,Software Inc.,公司的,IDMS,Univac,公司的,DMS1100,Honeywell,公司的,IDS/2,HP,公司的,IMAGE,35,*,关系模型,1.,关系数据模型的数据结构,2.,关系数据模型的操纵,3.,关系数据模型的完整性约束,4.,关系数据模型的存储结构,5.,关系数据模型的优缺点,6.,典型的关系数据库系统,36,*,关系模型,最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型,1970,年由美国,IBM,公司,San Jose,研究室的研究员,E.F.,Codd,提出,本课程的重点,37,*,关系数据模型的数据结构,在,用户观点,下，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。,38,*,关系模型的基本概念,关系（,Relation）,一个关系对应通常说的一张表。,元组（,Tuple,）,表中的一行即为一个元组。,属性（,Attribute）,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。,39,*,关系模型的基本概念,主码（,Key）,表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。,域（,Domain）,属性的取值范围。,分量,元组中的一个属性值。,关系模式,对关系的描述,关系名（属性,1,，属性,2，,，属性,n）,学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,40,*,关系数据模型的数据结构,(,续）,例,学生、课程、学生与课程之间的多对多联系：,学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）,课程（课程号，课程名，学分）,选修（学号，课程号，成绩）,41,*,关系数据模型的数据结构,(,续）,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。,42,*,2.,关系模型的数据操纵,查询、插入、删除、更新,数据操作是集合操作，,操作对象和操作结果都是关系，,即若干元组的集合,存取路径对用户隐蔽,(,透明,),，用户只要指出“干什么”，,不必详细说明“怎么干”,43,*,3.,关系模型的完整性约束,实体完整性,参照完整性,用户定义的完整性,44,*,4.,关系模型的优缺点,优点,建立在严格的数学概念的基础上,概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用,实体和各类联系都用关系来表示。,对数据的检索结果也是关系。,关系模型的存取路径对用户透明,具有更高的数据独立性，更好的安全保密性,简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作,45,*,关系模型的优缺点（续）,缺点,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,为提高性能，必须对用户的,查询请求进行优化,增加了开发数据库管理系统的难度,46,*,5.,典型的关系数据库系统,ORACLE,SYBASE,INFORMIX,DB/2,SQL Server,47,*,