第二章-數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)用教程（第三版）第二章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）各階段中數(shù)據(jù)描述的術(shù)語(yǔ)，概念設(shè)計(jì)中實(shí)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(shí)現(xiàn)方式?！?數(shù)據(jù)描述

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

現(xiàn)實(shí)世界信息世界機(jī)器世界

現(xiàn)實(shí)世界：

存在于人們頭腦之外的客觀世界。

現(xiàn)實(shí)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(shí)世界在人們頭腦中的反映。

用概念設(shè)計(jì)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)描述：實(shí)體、屬性、實(shí)體集、實(shí)體標(biāo)識(shí)符。舉例:實(shí)體具有公共性質(zhì)的可相互區(qū)分的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的集合。可以是具體的事物，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(shí)體集性質(zhì)相同的同類實(shí)體的集合。舉例：屬性實(shí)體所具有的特征或性質(zhì)。身高年齡性別體重……實(shí)體標(biāo)識(shí)符能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性或?qū)傩约袝r(shí)也稱關(guān)鍵碼，或者簡(jiǎn)稱鍵。外鍵：

機(jī)器世界：

信息世界的信息在計(jì)算機(jī)中以數(shù)據(jù)的形式來(lái)表示。

邏輯設(shè)計(jì)涉及的概念：字段、記錄、文件、關(guān)鍵碼。

物理設(shè)計(jì)描述物理存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)：位、字節(jié)、字、塊、桶、卷。舉例:字段標(biāo)識(shí)實(shí)體屬性的命名單位，有時(shí)也稱數(shù)據(jù)項(xiàng)，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(xiàng)。字段的命名往往與屬性名一樣。例如學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別等。記錄字段的有序集合用一個(gè)記錄描述一個(gè)實(shí)體能完整描述一個(gè)實(shí)體的字段集例如：文件同一類記錄的集合用來(lái)描述實(shí)體集舉例：實(shí)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(gè)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(shí)體與實(shí)體之間有聯(lián)系包括：實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系；實(shí)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(yǔ)義鏈。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系：一個(gè)實(shí)體內(nèi)屬性之間的聯(lián)系。職工實(shí)體內(nèi)部的職工號(hào)和職工的部門號(hào)實(shí)體之間的聯(lián)系：不同實(shí)體之間的聯(lián)系。課程實(shí)體和學(xué)生實(shí)體之間的選課聯(lián)系。1、二元聯(lián)系：

兩個(gè)不同實(shí)體集的實(shí)體間聯(lián)系：

1：1聯(lián)系1：n聯(lián)系m：n聯(lián)系

如果實(shí)體A中的每個(gè)實(shí)例在實(shí)體B中至多有一個(gè)（也可以沒(méi)有）實(shí)例與之關(guān)聯(lián)，反之亦然，則稱實(shí)體A與實(shí)體B具有一對(duì)一聯(lián)系，記作：1:1。一對(duì)一聯(lián)系(1:1)一對(duì)一聯(lián)系的例子假設(shè)一個(gè)部門只有一個(gè)正經(jīng)理，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)部門的經(jīng)理。？是一對(duì)一的聯(lián)系部門和正經(jīng)理。假設(shè)一個(gè)系只有一個(gè)正主任，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)系的主任。？是一對(duì)一的聯(lián)系系和正系主任。班級(jí)與正班長(zhǎng)？學(xué)校里面，一個(gè)班級(jí)只有一個(gè)正班長(zhǎng)，而一個(gè)班長(zhǎng)也只在一個(gè)班中任職。一對(duì)多的聯(lián)系

如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的任意一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中都只有一個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是一對(duì)多的。

記作：

1:n

有部門和職工兩個(gè)實(shí)體，并且有語(yǔ)義：一個(gè)部門可以有多名職工，但是一個(gè)職工只在一個(gè)部門工作。

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

一個(gè)班級(jí)中有若干名學(xué)生，而每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級(jí)中學(xué)習(xí)。多對(duì)多的聯(lián)系

如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中也有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是多對(duì)多的。記作：m:n

多對(duì)多聯(lián)系的例子

有學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體，并且有語(yǔ)義：一個(gè)學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生修。

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

1：1聯(lián)系

1：n聯(lián)系

m：n聯(lián)系學(xué)號(hào)和學(xué)生？班級(jí)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(yùn)動(dòng)員1:1零件M:N職工1:NP收銀員

商品顧客NM練習(xí)：M飛機(jī)航行班次駕駛員N1§2數(shù)據(jù)模型對(duì)于模型，人們并不陌生。建筑模型飛機(jī)模型計(jì)算機(jī)中的模型是對(duì)事物、對(duì)象、過(guò)程等客觀系統(tǒng)中感興趣的內(nèi)容的模擬和抽象表達(dá)，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(duì)現(xiàn)實(shí)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(shí)世界，又要面向機(jī)器世界，因此需滿足三個(gè)要求:能夠真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界;容易被人們理解;能夠方便地在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。§2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(shí)世界信息世界：概念模型機(jī)器世界：邏輯模型轉(zhuǎn)換人的認(rèn)識(shí)抽象

一、數(shù)據(jù)模型的概念:

表示實(shí)體類型及實(shí)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(shí)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(gè)基本成分：

矩形框表示實(shí)體類型;

菱形框表示聯(lián)系類型（實(shí)體間的聯(lián)系）;

橢圓形框表示實(shí)體類型和聯(lián)系類型的屬性;

用直線連接：實(shí)體與屬性；聯(lián)系與屬性；實(shí)體與實(shí)體；相應(yīng)的命名均記入各種框中。對(duì)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(shí)體聯(lián)系模型(ER模型)

獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模型，用于建立信息世界的數(shù)據(jù)模型。實(shí)體的表示方式在E-R圖中用矩形框表示實(shí)體，把實(shí)體名寫在框內(nèi)，比如學(xué)生實(shí)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(shí)體。學(xué)生學(xué)號(hào)姓名性別*36練習(xí)實(shí)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(shí)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(shí)體相連。聯(lián)系名實(shí)體1實(shí)體2練習(xí)：一對(duì)一聯(lián)系的例子 部門和正經(jīng)理（假設(shè)一個(gè)部門只有一個(gè)正經(jīng)理，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)部門的經(jīng)理）、系和正系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一個(gè)正主任，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)系的主任）都是一對(duì)一聯(lián)系。管理經(jīng)理部門11

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

有學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體，并且有語(yǔ)義：一個(gè)學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生修。那么學(xué)生和課程之間的聯(lián)系就是多對(duì)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(gè)實(shí)體的聯(lián)系顧客購(gòu)買商品：每個(gè)顧客可以從多個(gè)售貨員那里購(gòu)買商品，并且可以購(gòu)買多種商品；每個(gè)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(gè)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(cāng)庫(kù)進(jìn)貨PNM

數(shù)量

三元聯(lián)系：

建立ER模型的步驟如下：確定實(shí)體類型和聯(lián)系類型，把實(shí)體類型和聯(lián)系類型組合成ER圖;確定實(shí)體類型和聯(lián)系類型的屬性，再確定實(shí)體類型的鍵，在屬于鍵的屬性名下劃一橫線。練習(xí)：1.試畫出3個(gè)E-R圖，要求實(shí)體型之間具有一對(duì)一，一對(duì)多和多對(duì)多各種不同的聯(lián)系。2.設(shè)計(jì)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(shí)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(kù)設(shè)計(jì)人員，為某球隊(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)記錄球隊(duì)、隊(duì)員和球迷的信息，包括以下信息：（1）對(duì)于每個(gè)球隊(duì)，球隊(duì)的名字、隊(duì)員以及隊(duì)服的顏色；（2）對(duì)于每個(gè)隊(duì)員，他們的姓名；（3）對(duì)于每個(gè)球迷，他們的姓名、喜愛的球隊(duì)（對(duì)于鐵桿球迷來(lái)說(shuō)，他們只喜愛一個(gè)球隊(duì)）以及喜愛的隊(duì)員。4.為銀行設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括顧客和賬戶的信息。顧客信息包括姓名、地址、電話、社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)。賬戶包括編號(hào)，類型（例如存款，支票）和金額。5.保存一個(gè)家譜，應(yīng)該有一個(gè)實(shí)體：person，每個(gè)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(kù)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(duì)實(shí)體類型和實(shí)體間聯(lián)系的表達(dá)和實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)操作是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩類操作的實(shí)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(shí)體類型及實(shí)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(diǎn)，記錄型之間的聯(lián)系是通過(guò)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)的。②層次模型的特點(diǎn)：

只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)。每個(gè)非根結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)；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(jiǎn)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(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn),查詢效率高。缺點(diǎn)：

M：N聯(lián)系較難實(shí)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(shí)體類型及實(shí)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(diǎn)，記錄型之間的聯(lián)系用指針表示。②網(wǎng)狀模型的特點(diǎn)：

允許有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親；結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親；結(jié)點(diǎn)間可有兩種或多種聯(lián)系。教師課程學(xué)生學(xué)習(xí)有向圖

網(wǎng)狀模型的優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)M：N聯(lián)系，查詢效率高。缺點(diǎn)：程序員必須熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)表示實(shí)體集，

外鍵表示實(shí)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(gè)關(guān)系模式組成的集合，關(guān)系模式相當(dāng)于記錄類型，它的每一個(gè)實(shí)例稱為關(guān)系。每個(gè)關(guān)系實(shí)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(jiǎn)單，用戶易懂，編寫程序是并不涉及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、訪問(wèn)技術(shù)等問(wèn)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(xí)關(guān)系模式

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

CNOCNAMECDEPTTNAMEC2離散數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)汪宏偉C3高等數(shù)學(xué)通訊錢紅C4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)馬良C1計(jì)算機(jī)原理計(jì)算機(jī)李兵

SNOCNOGRADES3C387S1C288S4C379S9C483S1C376S6C368S1C178S6C188S3C264S1C486S9C278關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及術(shù)語(yǔ)⑷面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ洼^完整地描述了現(xiàn)實(shí)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(dá)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?duì)象、類。類Student

SNOSNAMESEXAGE類COURSE

CNOCNAMETEACHER類SCSNOCNOGRADE§3數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）一、DBMS的工作模式應(yīng)用程序DBMSDB數(shù)據(jù)請(qǐng)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(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程

:

二、DBMS的主要功能

1．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的定義功能

2．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的操縱功能

3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)功能

4．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)功能

數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù);

數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)功能還有系統(tǒng)緩沖區(qū)的管理以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的某些自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制等。包括數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)載入、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)觀察，DBMS由兩大部分組成：