次课数据库系统基本概念.ppt

* * 1 1 第二讲第二讲 数据库系统基本概念数据库系统基本概念 数据描述数据描述 数据模型数据模型 * * 2 2 objectivesobjectives 2.1数据描述 概念设计中的数据描述 逻辑设计中的数据描述 存储介质层次及数据描述 2.2数据模型 语义模型（实体联系模型） 结构模型（层次、网状；关系、面向对象） * * 3 3 数据描述数据描述 从现实世界到计算机世界 三个阶段 概念设计中的数据描述 逻辑设计中的数据描述 物理存储中的数据描述 * * 4 4 数据描述数据描述 在数据处理中，数据描述将涉及到不 同的范畴。从事物的特性到计算机中 的具体表示，经历了三个阶段概 念设计中的数据描述，逻辑设计中的 数据描述和物理存储的数据描述。 * * 5 5 * * 6 6 概念设计中的数据描述概念设计中的数据描述 数据库的概念设计是根据用户的需求 设计数据库的概念结构。 实体（Entity）：客观存在、可以相互区别 的事物称为实体。实体可以是具体的对象， 也可以是抽象的对象。 实体集（Entity Set）：性质相同的同类实 体的集合。 * * 7 7 概念设计中的数据描述概念设计中的数据描述 数据库的概念设计是根据用户的需求 设计数据库的概念结构。 属性（Attribute）：实体的每一个特性就称 为一个属性。每一个属性有一个值域，其类型 可以是整数型、实数型、字符串型等。 实体标识符（Identifier）：能够唯一标识实 体的属性或属性集，成为实体标识符。也称为 关键码（Key），简称键。 * * 8 8 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 逻辑设计是根据概念设计得到的概 念结构来设计的数据库逻辑结构（ 表达方式和实现方法）。典型术语 ： 字段（Field）：标记实体属性的命名单位 称为字段，或数据项。它是可以命名的最小 信息单位，又称为数据元素或初等项。字段 的命名往往和属性名相同。 * * 9 9 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 逻辑设计是根据概念设计得到的概念 结构来设计的数据库逻辑结构（表达 方式和实现方法）。典型术语： 记录（Record）：字段的有序集合称为记录。 一般用一个记录描述一个实体，所以记录又可 以定义为能够完整地描述一个实体的字段集。 例如一个学生记录由有序的字段集组成： 学号，姓名，年龄，性别。 * * 1010 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 逻辑设计是根据概念设计得到的概念 结构来设计的数据库逻辑结构（表达 方式和实现方法）。典型术语： 文件（File）：同一类记录的集合称为文件。 关键码（key）：能唯一标识文件中每个记录 的字段或字段集，称为记录的关键码，简称键 * * 1111 表一概念设计和逻辑设计中两套术语的对应关系 概念设计逻辑设计 实体记录（元组） 属性字段（数据项） 实体集文件（关系） 实体标识符关键码（Key） * * 1212 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 类型（TYPE）Vs. 值（VALUE） 类型是概念的内涵 值是概念的外延 * * 1313 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 物理描述Vs. 逻辑描述 物理数据是实际存放在存储设备上的数据，物 理数据描述指数据在存储设备上的存储方式的 描述。 物理联系 物理结构 物理文件 物理记录等 用来描述存储数据的细节。 * * 1414 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 物理描述Vs. 逻辑描述 逻辑数据是抽象的概念化数据。逻辑数据描述 指程序员或用户用以操作的数据形式的描述： 逻辑联系 逻辑结构 逻辑文件 逻辑记录 是用户观点的数据描述。 * * 1515 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述 数据管理软件的功能之一，就是要把 逻辑数据转换成物理数据；或者把物 理数据转换成逻辑数据。 * * 1616 存储介质层次及其数据描述存储介质层次及其数据描述 物理存储介质层次 高速缓冲存储器（Cache）容量小， 由操作系统直接管理。数据库技术通常 不研究Cache的存储管理。 主存储器（main memory） 闪存 Flash * * 1717 存储介质层次及其数据描述存储介质层次及其数据描述 物理存储介质层次 磁盘 Magnetic Disk 光盘 Optical Storage 磁带 Tape storage * * 1818 附图 存储介质的层次 * * 1919 物理存储中的数据描述物理存储中的数据描述 位bit 字节 byte 字 word 块 block 卷 volume 一个二进制位称为“位”。一位只能取0或1状态。 8个二进制位称为一个字节，可以存放一个字符对应 的ASCII码。 若干个字节组成一个字。一个字所含的二进制位的位 数称为字长。各种计算机的字长是不一样的，例如有 8位、16位、24位、32位等。 又称物理块或物理记录。块是内存和外存交换信息的 最小单位，每块的大小通常为28 212字节。内、外存 信息交换由操作系统的文件系统管理。 一台输入输出设备所能装载的全部有用信息。例如 磁带机的一盘磁带就是一卷，磁盘设备的一个盘组 也是一卷。 * * 2020 数据联系的描述数据联系的描述 定义2.1联系 联系是实体之间的相互关系。 与一个联系有关的实体集的个数称为联 系的元数 * * 2121 数据联系的描述数据联系的描述 定义2.2二元联系的类型 二元联系有以下三种类型：一对一，一 对多，多对多 一对一联系：如果实体集E1中每个实体可以与 实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么 实体集E1和E2 的联系称为“一对一联系”记为“1： 1” * * 2222 数据联系的描述数据联系的描述 定义2.2二元联系有以下三种类型 ：一对一，一对多，多对多 一对多联系：如果实体集E1中每个实体最多和 实体集E2中的任意个实体有联系，而E2中每个 实体至多和E1中的一个实体有联系，那么称实 体集E1和E2 的联系称为“一对多联系”记为“1： N” * * 2323 数据联系的描述数据联系的描述 定义2.2二元联系有以下三种类型 ：一对一，一对多，多对多 多对多联系：如果实体集E1中每个实体可以与 实体集E2中任一个实体有联系，反之亦然，那 么称E1和E2的联系是“多对多联系”，记为“M：N” * * 2424 实实 例例 飞机座位与乘客之间的联系是？ 教室和学生之间的联系是？ 学校里学生和课程之间的联系是？ 类似地，可以定义三元联系或一元联 系。 某航班的班次、飞机和驾驶员的相互联系是？ * * 2525 数据模型数据模型 数据模型的定义 模型是对现实世界的抽象。 描述数据库的结构与语义，对现实世界进行抽象。 表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模型” （数据库结构的基础是数据模型） * * 2626 数据模型数据模型 数据模型的定义 目前被广泛使用的数据模型可以分为两种 语义模型 结构模型 * * 2727 概念数据模型概念数据模型 “概念数据模型”（语义模型）： 描述某个特定组织所关心的信息结构，独立于计算机 系统的数据模型，不涉及信息在计算机中的表示 概念模型是按照用户的观点对数据建模，强调其语义 表达能力，概念应该简单、清晰、容易理解，是对现 实世界的第一层抽象，是用户和数据库设计人员之间 进行交流的工具。 最著名-“实体联系模型”。 * * 2828 结构数据模型结构数据模型 结构数据模型： “逻辑数据模型” 直接面向数据库的逻辑结构，是对现实世界的 第二层抽象，直接与DBMS有关 有严格的形式化定义一组严格定义的无二 义性语法和语义的数据库语言，人们可以用这 种语言来定义、操纵数据库中的数据 常见的结构数据模型为：层次、网状、关系、 面向对象等模型。 * * 2929 结构数据模型结构数据模型 定义2.3结构数据模型：包含数 据结构、数据操作和数据完整性约 束三个部分的数据模型 数据结构：对实体类型和实体间联系的表达 和实现。 * * 3030 结构数据模型结构数据模型 定义2.3结构数据模型：包含数据 结构、数据操作和数据完整性约束三 个部分的数据模型 数据操作：对数据库的检索和更新（包括插入 、删除和修改）两类操作。 * * 3131 结构数据模型结构数据模型 定义2.3结构数据模型：包含数据 结构、数据操作和数据完整性约束三 个部分的数据模型 数据完整性约束：给出数据及其联系应具有的 制约和依赖规则。 * * 3232 概念数据模型的描述概念数据模型的描述 实体联系模型 概念：实体联系模型（Entity Relationship Model,简称ER模型）直接从现实世界中抽象 出实体类型及实体间联系，然后用实体联系 图（ER图）表示数据模型。 该模型设计ER图的方法称为ER方法。ER图是 直接表示概念模型的有力工具 * * 3333 实体联系模型实体联系模型 ER图中四个基本成分 矩形框：表示实体类型（问题的对象） 菱形框：表示联系类型（实体间的联系） * * 3434 实体联系模型实体联系模型 ER图中四个基本成分 椭圆形框：表示实体类型和联系类型的属性 【相应的命名均记入各种框中。对于码的属性， 在属性名下划一条横线】 连线：实体与属性之间，联系与属性之间用线 段连接；联系类型与其涉及的实体类型之间也以 线段相连，用来表示它们之间的联系，并在线段 端部标注联系的类型 （ 1 ：1 1 ：N M：N） * * 3535 实体联系模型实例实体联系模型实例仓储管理仓储管理ERER模型模型 题目 某仓库管理零件的采购和供应等事项。仓库 根据需要向外面供应商定购零件，而许多工 程项目需要仓库提供零件。建立相关的ER图 。 * * 3636 实体联系模型实例实体联系模型实例仓储管理仓储管理ERER模型模型 解答： 确定实体类型： 零件PART， 工程项目PROJECT 零件供应商SUPPLIER 确定联系类型： PROPAR：M：N,命名为P_P PARSUP：M：N ,命名为P_S 组合:（连线） * * 3737 * * 3838 例例 题题 确定实体类型的属性： PART：编号PNO，名称PNAME，颜色COLOR，重量 WEIGH PROJECT：编号JNO，名称JNAME，开工日期DATE。 SUPPLIER：编号SNO，名称SNAME，地址SADDR * * 3939 例例 题题 * * 4040 例例 题题 联系类型的属性： P_P：TOTAL（某项目需要某零件的数量） P_S：QUANTITY（某供应商供应某种零件的数量） 注： 联系类型的数据在数据库技术中称为“相交数据” 联系类型中的属性是实体发生联系时产生的属性， 不应该包括实体的属性或标识符。 确定实体类型的键： 在ER图中属于码的属性名称下画一条横线。 bingo * * 4141 例题例题 * * 4242 实体联系模型实体联系模型 联系类型也可以发生在三个实体类型 之间，也就是三元联系。 上例中，如果规定某个工程项目指定需要某个 供应商的零件，则ER图为 * * 4343 实体联系模型实体联系模型三元联系三元联系 * * 4444 实体联系模型实体联系模型 同一个实体类型的实体之间也可以发 生联系，这种联系是一元联系。有时 亦称为递归联系。 例如零件之间的组合关系，一种零件可以是其 他部件的子零件，也可以由其他零件组合而成 。其ER图为： * * 4545 实体联系模型实体联系模型递归联系递归联系 * * 4646 实体联系模型实体联系模型 ER模型的两个明显优点 简单，容易理解，真实地反映用户的需求 与计算机无关，用户容易接受。（因此ER模 型称为软件工程的一个重要设计方法） * * 4747 实体联系模型实体联系模型 缺点： ER模型只能说明实体间语义的联系，还不能进 一步说明详细的数据结构。（离形式化尚有一 段距离） 应用： 在数据库设计时，遇到实际问题总是先设计一 个ER模型，然后再把ER模型转换成计算机能够 实现的数据模型，譬如关系模型。 * * 4848 结构数据模型结构数据模型层次模型（略层次模型（略 ） 定义： 用树形结构表示实体类型及其实体间联系的数 据模型称为层次模型（Hierarchical Model） 。 树的结点是记录类型 每个非根结点有且只有一个父结点 上一层记录类型和下一层记录路线之间的联系是1： N的联系。 * * 4949 基础知识基础知识树的递归定义树的递归定义 一个节点（结点）是树。 N个节点中，有一个节点被特别标出，称之 为树的根root（T）。 剩下来节点（除开根以外）被分成m0个不 相交的集合T1，Tm，而且这些集合的 每一个又都是树。树T1， ，Tm被称为根 root（T）的子树。 * * 5050 层次模型层次模型 实例：将前面的ER图转换成层次模型 解答： 每种零件（PART）有若干个项目（PROJECT）需要，而 且每种零件有若干个供应商（SUPPLIER）供应。 把PART与PROJECT间的M：N联系转换成只表示1：N的联 系，而联系类型P_P合并到记录类型PROJECT中。 PART与SUPPILER间的M：N联系只表示出1：N联系，联 系类型P_S单独成为一个记录类型。 * * 5151 PART(PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT) PROJECT(JNO,JNAME,DATE,PNO,TOTAL) P_S(PNO,SNO,QUANTITY) SUPPLIER(SNO,SNAME,SADDR) PART PROJECTP_S SUPPLIER 层次模型的例子 * * 5252 层次模型层次模型 优点： 记录之间的联系通过指针来实现，查询效率较 高。 与文件系统的数据管理方式相比，层次模型是 一个飞跃，用户和设计者面对的是逻辑数据而不 是物理数据，用户不必花费大量的精力考虑数据 的物理细节。 逻辑数据与物理数据之间的转换由DBMS完成。 * * 5353 层次模型层次模型 缺点： 只能表示1：N联系，虽然系统有多种辅助手段实现M： N联系，但复杂而不易掌握； 由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新 操作很麻烦，故应用程序的编写较繁琐。 产品： 1968年，美国IBM公司推出的IMS系统是典型的层次模 型系统，20世纪70年代在商业上得到了广泛的应用。 * * 5454 网状模型（略）网状模型（略） 概念：用有向图表示实体类型及实体 间联系的数据模型称为网状模型（ Network Model）。 有向图中的结点是记录类型 箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型 之间的联系是1：N联系 * * 5555 网状模型网状模型 优点： 记录之间的联系通过指针实现，M：N联系也容 易实现（一个M：N联系可拆分成两个1：N联系 ），查询效率高 缺点： 数据结构复杂，编程复杂。 * * 5656 网状模型网状模型 实例： PROJECT PART SUPPLIER P_P P_S S1 S2 S3 S4 网状模型实例 * * 5757 网状模型网状模型 产品： 1969年，CODASYL组织提出的DBTG报告中的数 据模型是网状模型的主要代表。 20世纪70年代的DBMS产品大部分是网状系统 * * 5858 关系模型（关系模型（Relational ModelRelational Model） 概念 关系模型是由若干个关系模式组成的集合 关系模式相当于记录类型，其实例称为关系， 每个关系实际上是一张二维表格。 关系模型的主要特征是用二维表格来描述实体 集及其相互关系。 * * 5959 关系模型（关系模型（Relational ModelRelational Model） 特点 （相比较而言）在层次和网状模型中联系是用 指针实现的，而在关系模型中基本的数据结构 是表格，记录之间的联系是通过模式的码体现 的。 * * 6060 关系模型（关系模型（Relational ModelRelational Model） 特点 关系模型和层次、网状模型的最大差别是用码 而不是用指针来导航（引导、寻找）数据，其 表格简单易懂，用户只需要用简单的查询语句 就可以对数据库进行操作，并且不涉及存储结 构、访问技术等细节。 * * 6161 关系模型（关系模型（Relational ModelRelational Model） 特点 关系模型是数学化的模型。由于把表格看成一 个集合，因此集合论、数理逻辑等数学知识可 以引入到关系模型中来。 SQL语言是关系数据库的代表性语言，已经得 到了广泛的应用。 * * 6262 关系模型（关系模型（Relational ModelRelational Model） 特点： 缺点：还不能表达现实世界中存在的许多复 杂的数据结构，如：CAD数据、图形数据、 嵌套递归数据。 产品： 典型的关系数据库产品有（本地数据库） Paradox, dBASE, FoxPro, Access和（远程 数据库）Oracle, Sybase, SQL Server, DB2等。 * * 6363 关系模型的实例关系模型的实例 将ER图转换成关系模型的方法： 将ER图中的实体类型和M：N的联系类型分别转 换成关系模式。 在属性名下加一横线表示关系模式的键 相应于联系类型的关系模