数据模型关系数据库系统

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 3 讲 数据模型，关系数据库系统,数据,DBMS,应用,请求,回答,数据库技术,一、数据库系统的特点,数据结构化：,在描述数据时，不但要描述数据本身，还要描述数据之间的关系。,数据独立性高：,数据与程序独立，数据的存取由DBMS负责。,数据由DBMS统一管理和控制：,DBMS提供安全控制，完整性检查，并发控制，数据库恢复等。,二、数据模型,模型的作用：反映现实世界数据特征、DBMS实现的依据。,现实世界 认识抽象 概念模型,数据模型,(机器世界),数据模型的要求：可以比较真实地模拟现实；易于被人理解；便于实现。,数据模型的组成：数据结构+数据操作+约束,常用的数据模型：层次模型，网状模型，关系模型。,面向对象模型是目前发展的方向之一,数据库设计过程,需求分析,概念数据库设计,逻辑数据库设计,确定存储哪些数据，建立哪些应用，常用的操作及对象有哪些等,。,对需求分析所得到数据的更高层的抽象描述。,将概念模型所描述的数据映射为某个特定的DBMS模式数据。,E-R模型,ODL,1、概念模型的表示,1976年，,提出-模型（,Entity-Relationship Model），,用-图来描述概念模型。,观点：世界是由一组称作,实体,的基本对象和这些对象之间的,联系,构成的。,实体,(,Entity)：,客观存在并可相互区分的事物叫实体。,如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。,属性(,Attribute)：,实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来刻画。,例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等组成。,域(,Domain)：,属性的取值范围。,例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的整数。,实体型(,Entity Type)：,实体名与其属性名集合共同构成实体型。,例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）。,注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例。,如(9808100，王平，21，男，计算机系，2)是一个实体。,实体集(,Entity Set)：,同型实体的集合称为实体集。,如全体学生。,联系(,Relationship)：,实体之间的相互关联。,如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班长关系。,联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性。,同类联系的集合称为联系集。,元或度（,Degree）：,参与联系的实体集的个数称为联系的元。,如学生选修课程是二元联系，供应商向工程供应零件则是三元联系。,学生,课程,选修,学号,姓名,系别,课程名,先修课,主讲老师,用矩形表示实体集，在框内写上实体名,用椭圆表示实体的属性,用无向边把实体与其属性连接起来,用菱形表示实体间的联系,将参与联系的实体用线段连接,例：学生选修课程,成绩,码(,Key),：,能唯一标识实体的属性或属性组称作,超码,。,其任意真子集都不能成为超码的最小超码称为,候选码,。,从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实体，称作,主,码,。,一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同。,如学号是学生实体的码。,通讯录（姓名，邮编，地址，电话，,Email，BP）,表示要点：,实体集属性中作为主码的一部分的属性用,下划线,来标明。,学生,课程,选修,学号,姓名,系别,课程名,先修课,主讲老师,E-R,模型设计举例,职工,电话,姓名,职工,电话,联系,电话,姓名,号码,地址,适于一个员工只有一部电话的情况,适于多个员工共有一部电话，一个员工多个电话，电话本身具有多个属性的情况。,2、数据模型,层次模型用树形结构(,Tree,)来表示各类实体及实体之间的关系。,网状模型用图结构(,Graph,)来表示各类实体及实体之间的关系。,举例：有一购销关系由三个实体组成，客户(张、王、李)，付款方式(现金、支票、信用卡)，购买商品(c1,c2,c3,c4,c5),c1 c2 c1 c2 c1 c3 c4 c3 c5 c4 c5,李,张,王,李,王,张,现金,支票,信用卡,c1 c2 c3 c4 c5,李 张 王,现金 支票 信用卡,姓名,C1,C2,C3,C4,C5,李,1,1,2,2,0,张,1,1,0,3,3,王,1,0,2,0,2,代码,付款方式,0,未购,1,现金,2,支票,3,信用卡,层次模型,数据操作：查询、插入、删除和修改。,特点：没有父结点时不能插入子结点；删除父结点时则相应删除子结点；修改时要考虑一致性问题。,存储结构：邻接法，链接法。,网状模型,与层次模型基本相似。,三、关系模型,关系数据库理论建立在严格的数学理论基础之上。其理论奠基人为IBM的高级研究员E.F.Codd。,现在流行的数据库产品大都是关系数据库产品。主要产品有Oracle、DB2、Sybase、Informix、SQL Server等。,关系理论是建立在集合代数理论基础上的，有着坚实的数学基础。,于70年代初提出关系数据理论，他因此获得1981年的,ACM,图灵奖。,早期代表系统,System,：由,IBM,研制。,INGRES：,由加州,Berkeley,分校研制。,关系模型的组成：数据结构+关系操作+完整性约束,表结构 8个运算 三类完整性,关系代数语言,关系演算语言,SQL语言,实体完整性,参照完整性,自定义完整性,概念：关系(Relation)，元组(Tuple)，属性(Attribute)，,主码(Key 同义词：唯一标识符)，,域(Domain 属性的取值范围),关系的数据结构(,数学定义,)：表(,笛卡尔乘积的子集,)。,关系操作：选择,Select,、投影,Project,、连接,Join,、除,Divide,、并,Union,、交,Intersection,、差,Difference,表示方法：关系代数、关系演算、SQL,关系,笛卡尔积,D,1,D,2,D,n,的子集叫做在域,D,1,D,2,D,n,上的,关系，用,R(D,1,D,2,D,n,),表示。,R,是关系的名字，,n,是关系的度或目。,关系是笛卡尔积中有意义的子集。,关系也可以表示为二维表。,关系,TEACH(T,S,C),T,S,C,t,1,s,1,c,1,t,1,s,1,c,2,t,1,s,2,c,1,t,2,s,3,c,2,元组,属性,关系的性质,列是同质的。,即每一列中的分量来自同一域，是同一类型的数据。,如,TEACH(T,S,C)=(t,1,s,1,c,1,),(t,1,t,2,c,1,),是错误的。,不同的列可来自同一域，每列必须有不同的属性名,。,如,P=t,1,，t,2,，,s,1,，s,2,，s,3,，C=c,1,，c,2,，,则,TEACH,不能写成,TEACH(P,P,C)，,还应写成,TEACH(T,S,C)。,行列的顺序无关紧要。,任意两个元组不能完全相同。,集合内不能有相同的两个元素。,每一分量必须是不可再分的数据。,满足这一条件的关系称作满足第一范式（1,NF）,的。,数据结构,单一的数据结构关系,实体集、联系都表示成关系。,学生,课程,选修,属于,系,教师,讲授,工作,DEPT(系编号,名称,主任),S(学号,姓名,性别,系编号),C(课程编号,名称,学分),SC(学号,课程编号,成绩),PROF(教师编号,姓名,系编号,职称),TEACH(教师编号,课程编号),候选码（,Candidate Key）,关系中的一个属性组，其值能唯一标识一个元组。若从该属性组中去掉任何一个属性，它就不具有这一性质了，这样的属性组称作候选码。,任何一个候选码中的属性称作主属性。,如,SC,中的,S#，C#。,主码（,Primary Key）,进行数据库设计时，从一个关系的多个候选码中选定一个作为主码。,外部码（,Foreign Key）,关系,R,中的一个属性组，它不是,R,的码，但它与另一个关系,S,的码相对应，则称这个属性组为,R,的外部码。,编号,姓名,年龄,职称,医生记录,病员记录,编号,姓名,主治医生姓名,外键,唯一性约束,关系操作,关系操作是集合操作，操作的对象及结果都是集合，是一次一集合（,Set-at-a-time）,的方式。,而非关系型的数据操作方式是一次一记录（,Record-at-a-time）。,关系操作可以用关系代数和关系演算两种方式来表示，它们是相互等价的。,如用关系代数来表示关系的操作，可以有选择、投影、连接、除、交、差、并等。,关系模式的完整性,实体完整性,关系的主码中的属性值不能为空值。,参照完整性,用户定义的完整性,用户针对具体的应用环境定义的完整性约束条件。,系统支持,实体完整性和参照完整性由系统自动支持。,系统应提供定义和检验用户定义的完整性的机制。,抽象的查询语言,关系代数：用对关系的运算来表达查询，需要指明所用操作。,关系演算：用谓词来表达查询，只需描述所需信息的特性。,元组关系演算：谓词变元的基本对象是元组变量。,域关系演算：谓词变元的基本对象是域变量。,具体系统中的实际语言,SQL：,介于关系代数和关系演算之间，由,IBM,公司在研制,System R,时提出的。,QUEL：,基于,Codd,提出的元组关系演算语言,ALPHA，,在,INGRES,上实现。,QBE：,基于域关系演算，由,IBM,公司研制。,关系数据语言的特点,一体化,一般关系系统的数据语言都同时具有数据定义、数据操纵和数据控制语言，而不是分为几个语言。,非过程化,用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做”，存取路径的选择和操作过程由系统自动完成。,面向集合的存取方式,操作对象是一个或多个关系，结果是一个新的关系（一次一关系）。非关系系统是一次一记录的方式。,四、数据库系统的模式结构,模式：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。,数据库系统的三级模式,数据,内模式,模式,外模式,五、数据库系统组成,硬件：网络平台+服务器,软件：操作系统+DBMS,DBA（数据库管理员）,100M Switch,工作站,Win 98/me/2000/XP,数据库服务器,Win 2000 Server,Oracle/SQL Server 2000,完全关系系统的12条准则：,DBMS应该遵循Codd提出的十二条法则，才能被分类到完全关系系统。,1)信息法则。关系型DBMS的所有信息都应在逻辑一级上用一种方法即表中的值显式地表示。,2)授权存取法则。每一个数据项必须通过一个“表名+主键+列名”的组合形式访问。,例如，如果你能用数组或指针访问一个列，就违反这条规则。,3)必须以一致的方式使用空值。如果由于缺少数字值，空值(Nul1)被当作0来处理，或者由于缺少字符值而被当作一个空格处理，那么它就违反了这条规则。空值仅仅是指缺少数据而且没有任何数值。如果缺少的数据需要值，软件提供商通常提供使用缺省值的能力满足这一目的。,4)一个活跃的、在线数据字典应作为关系型表被存储，并且该字典应该可以通过常规的数据存取语言访问。如果数据字典的任何部分贮存在操作系统文件里，就违反了这条规则。,5)除了可能的低级存取例程外，数据存取语言必须提供所有的存取方式，并且是存取的仅有方式。如果你能通过一个实用程序而不是一个SQL接口来存取支持一个表的文件，就有可能违反了本规则。参见规则12。,6)所有能被更新的视图应当是可更新的。例如，如果你能将三个表连结起来，作为一个视图的基础，但却不能更新这个视图，则违反本规则。,7)必须有集合级的插入、更新和删除。目前，大多数RDBMS提供商都在某种程度上提供了这种能力。,8)物理数据的独立性。应用不能依赖于物理结构，如果一个支持某表的文件从一张盘移动到其他盘上或重新命名，不应该对应用产生影响。,9)逻辑数据的独立性。应用不应依赖于逻辑结构。如果一个表必须被分成两个部分，那么应该提供一个视图，以把两段连接在一起，以便不会对应用产生影响。,10)完整性的独立性。完整性规则应该贮存在数据字典中。主键约束、外键约束、检查约束