《信息系统分析与设计》第4章：数据库系统与数据模型.ppt

2,第4章数据库系统与数据模型,【学习目标】通过本章学习，你将能够：理解文件组织技术分析数据库管理系统的意义理解数据库管理系统的抽象层次掌握数据模型建立的一般步骤,3,4.1引言,在信息时代，信息是一种资源。信息的原料是数据，只有对数据进行有效组织，才能加工出有价值的信息。许多组织由于缺乏关于企业内部运作和外部环境的有效数据，而导致在竞争中失败。因此，企业必须应用信息技术和管理工具对数据进行有效的管理，而数据库管理系统正是为解决数据管理问题而提出的。有效应用数据库管理系统的前提是必须首先对企业的运作进行数据建模，并理解数据的逻辑模式和物理模式的关系。,4,4.2传统的文件系统,4.2.1文件的概念如图4-1所示是一个基于纸质的文件记录。而在计算机系统中往往是以最基本的形式存储数据：二进制数(又称位或比特)。,5,4.2.1文件的概念,由位构成字节，由字节构成数据项，由数据项构成记录，由记录构成文件，如图4-2所示。一个数据项或域，是由字符组成的逻辑集合。一个记录是若干数据项按一定逻辑关系组合在一起的集合，同一类型的记录组成一个文件。,6,4.2.2文件的结构,文件的结构是指在磁盘上存储记录的方式。通常包括以下方面的文件结构。1)顺序文件结构2)直接文件结构3)索引文件结构,7,4.2.3文件系统,每个文件中的记录往往被设计成只适合某个应用程序，从而不能被其他应用程序读取。显然，这给程序设计以及修改造成了很大的障碍。如图4-4所示，某公司运行了一个给员工发放薪水的程序，这个程序使用一个薪水主文件来存储员工个人数据。,8,4.2.3文件系统,这种设计模式所存在的主要问题有以下方面。1)数据的独立性2)数据的冗余性3)数据的一致性,9,4.3数据库管理系统,4.3.1数据库管理系统的概念在数据库管理系统中，数据不再仅仅是服务于某个应用程序或用户，而成为一个组织甚至组织之间的共享资源，由数据库管理系统统一管理，实现了数据与程序的真正独立，并且最大限度地降低了数据冗余，充分做到了数据为多个用户共享，提高了数据的一致性，并且允许多个用户同时访问某一数据，也就是实现数据的并发使用，对数据的安全保密和完整性也有了保证措施，如图4-5所示。,10,4.3.2数据库管理系统的抽象层次,如图4-6所示，数据库管理系统中的数据被描述为三级抽象：概念模式、物理模式和外模式。,11,4.3.3数据库的优势,由前面的论述可知，使用数据库的优势包括以下方面。1)减少数据冗余2)保持数据的一致性3)数据和程序可以保持独立4)面向用户或者用户程序提供逻辑视图5)应用程序的开发能力得到提高6)安全措施易于执行,12,4.3.4数据库的劣势,虽然数据库的使用日益普遍，但是也存在局限性。1)数据库设计需要花费更多的时间和成本2)需要考虑数据库硬件和软件的成本3)数据库访问比直接的文件访问速度要慢,13,4.4数据库模型,数据库模型反映了数据库管理系统关于数据组织的逻辑思路。先后出现了三种数据模型：层次模型、网状模型及关系模型。文件系统和数据库系统的主要区别之一就在于前者仅仅是相同类型记录的一个简单集合，而后者则包括：不同类型的记录集合；各记录集合间的关系。,14,4.4.1层次数据模型,层次模型是早期数据库管理系统中常用的一种模型。层次模型没有关于多个对象之间直接关系的表示。图4-7描述了某所大学数据库的部分层次结构。,15,4.4.2网状数据模型,网状数据模型是层次数据模型的变形。图4-9中的学生与课程之间的关系就是典型的多对多的关系，一个学生可选修多门课程，而一门课程可有多个学生选修。同层次模型类似，网状模型一般也只在较老的数据库系统中使用，如今一般不选择这种数据库模型。,16,4.5关系数据库模型,关系数据库模型的发展在很大程度上得益于E.F.Codd在20世纪70年代的理论探讨。关系模型的数据库管理系统相对网状和层次模型有着固有的优势，是目前开发信息系统使用的主流数据库模型。,17,4.5.1关系,一个关系数据库可以看作是由一系列相互关联的二维表的集合，如图4-10所示。网状模型和层次模型通过联接来表示各种各样的关系，关系模型通过关系或者表来表示各个对象之间的联系。,18,4.5.2关系的键,1)主键和候选键2)组合键3)外键,19,4.5.3关系的完整性规则,关系的完整性规则是对关系的某种约束。一般包括两个方面实体完整性规则和参照完整性规则。1)实体完整性规则2)参照完整性规则总之，完整性规则是定义关系模式时的约束条件，过滤不合法的数据，只允许合法的数据存储于数据库中。,20,4.5.4关系的规范化,1)函数依赖2)关系的规范化具体来讲，关系规范化步骤如下。(1)确认关系的所有候选键。(2)确认关系中的函数依赖关系。(3)检查函数依赖关系的决定因子。如果任何一个决定因子都不是候选键，则关系就存在规范化问题。(4)根据需要，多次重复步骤，直至每个关系的决定因子都是候选键。,21,4.6创建自己的关系数据模型,具体的创建过程可以参照下面的步骤。(1)定义实体类和主键。(2)定义每个实体类之间的关联。(3)为每个关系定义字段(信息)。(4)用数据描述语言创建数据库。,22,4.6.1定义实体类和主键,所谓实体，就是系统用户希望跟踪的对象。实体集反映了相同类型的实体实例的集合，如图4-13所示。,23,4.6.2定义每个实体类之间的关联,实体之间必须建立关联，我们用实体-关联图(Entity_RelationshipDiagram，E-R图)来反映实体间的关联。E-R模型可以有多种形式或变体。如图4-14所示是传统的E-R图的符号组成，所有的数据库专业人员都理解传统的E-R模型。,24,4.6.3为每个关系定义字段,关系中的字段是我们所关心的该实体的某方面的信息。在设计字段时，应该时刻注意关系的规范化原则，即确保关系中每个字段都只依赖于主键。另外为了尽量减少冗余，要确保关系中没有衍生字段。,25,4.7分布式数据库,4.7.1分布式处理分布式处理可以定义为：计算机设备和数据在一个以上的地点出现，应用程序在一个以上的地点的系统上运行。如图4-20所示是一个轮胎制造商为在全国范围内购买原材料并销售产品而建立的分布式处理系统。,26,4.7.1分布式处理,总结以上，我们可以看出，采用分布式系统的优点包括以下方面。1)系统发展的灵活性增强2)较低的通信费用3)容错能力4)跨国界数据流动5)减少反应时间6)用户满意度提高,27,4.7.2有效的分布式处理系统,有效的分布式处理系统应该是容易使用的。另外，有效的分布式处理系统也应该避免数据的不一致性。软件和程序应该能提供自动的全系统范围内的修改。组织的性质是规划分布式处理时要考虑的一个问题。以分布式处理的形式组织信息系统对于在其他方面也较分散的组织来说可能会很有效。,28,4.7.3分布式数据库,1.数据库的复制和分解2.分布式数据库系统的体系结构1)C/S结构2)B/S结构3)C/S结构与B/S结构的分析比较,29,4.8数据库管理系统的分类,桌面数据库管理系统主要是在单机环境下运行的数据库管理系统，无须网络操作系统的支持，如Foxpro、Access等，这类系统主要作为支持一般事务处理需要的数据库环境，是为满足日常小型办公的需要，强调使用的方便性和操作的简便性。由于桌面数据库侧重于可操作性、易开发和简单管理等方面，所以提供的是较弱的数据库管理和较强的前端开发工具，同时充当了应用开发和数据库管理系统的角色，图4-25所示。,30,4.9面向对象数据库系统,人们对面向对象的数据库具有强烈需求的原因在于：将来的数据库不再仅需要用来存储字符，而且要存储图形、声音、视频等非文本数据，传统的数据库管理系统很难实现这些处理。关系模型将信息理解为：实体、属性和各个实体之间的关系。在关系模型中，对那些数据的处理是隐含的。面向对象数据库的倡导者认为，关系模型将数据和处理分开将会导致系统设计存在缺陷。具备相同属性及方法的对象被称为一个类。,31,4.10小结,信息的原料是数据，只有对数据进行有效组织，才能加工出有价值的信息。数据库管理系统的概念正是针对以上问题而提出的。数据据管理系统中的数据被描述为三级抽象：概念模式、物理模式和外模式。其中概念模式是全局的数据逻辑结构的描述，外模式是每个用户的局部描述，物理模式则是数据在物理存储介质上实际的组织形式和结构。关系数据库将数据组织成二维表的形式。一个关系就是一个二维表格。关系之间通过外键建立关联。关系的完整性规则是对关系的某种约束。一般包括两个方面：实体完整性规则和参照完整性规则。,32,4.10小结,关系的规范化是对所建立的关系进行优化的过程。在创建关系时一般遵循下面的步骤：(1)定义实体类和主键；(2)定义每个实体类之间的关联；(3)为每个关系定义字段(信息)；(4)用数据描述语言创建数据库。我们把分散放置数据库的系统称为分布式数据库系统。对数据进行分布式处理的主要方式包括复制和分解。目前，分