数据模型PPT课件.ppt

1 m n 负荷 1 销售订单 MPS 制造技术数据 MRP 采购计划 下达 车间作业计划 n 生成 对应 组成 生成 工序进度计划 RCCP MPS例外信息 计划参数 制造技术数据 MRP例外信息 MRP独立需求 CRP 参照 生成 参照 生成 参照 生成 生成 生成 m 2 小区 楼栋 房号 3 year Books Authors id name birthplace isbn writebook page type type price county city Begindate 4 数据库是数据库系统的核心 而数据库是依据一定的数据模型来建立现实世界中事物及事物之间的联系的 将客观存在的事物以数据的形式存储到计算机中 需要经历对现实生活中事物特性的认识 概念化到计算机数据库里的具体表示的逐级抽象过程 第二章数据模型 5 为什么要建立数据模型 DataModel 象盖大楼的设计图一样 DM可使所有的项目参与者都有一个共同的数据标准 避免出现问题再解决 边干便改的方式 可及早发现问题 加快应用开发速度 6 模型的概念 模型 对客观事物 现象 过程或系统的简化描述 所有的数据库系统都要为它所要描述的世界建立模型 数据建模 描述组织数据的框架结构 如 楼房住户 数据 房间规格 数据模型 数据建模最后发展成为数据的存储方式 数据字典中的定义 业务功能建模 用户的最终需求 业务功能建模最后发展成为应用程序产生高效的应用程序的前提是良好的数据模型 正如10平方米的房间无法成为会议厅一样 一个糟糕的数据模型也无法产生高质量的应用 7 2 1信息的三个世界 一 客观现实世界 存在于人脑之外的客观存在的事物及其相互联系 8 2 1信息的三个世界 二 信息世界 概念世界 现实世界在人脑中的反映 是对客观事物及其联系的一种抽象描述 即用数据来描述 主要概念 1 实体 Entity 现实世界中区别于其他对象的无形事件或有形物体 如 人 数据库课程 正式用的计算机 几何中 点 线 不能严格地定义实体 2 实体集 EntitySet 具有相同类型和相同特征 或属性 的实体集合 9 2 1信息的三个世界 3 实体类型 EntityType 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画的同类实体成为实体类型 4 实体标识符 Identifier 能够唯一地标识每一个实体的属性或属性集 5 属性 Attribute 对实体的特征的描述 6 域 Domain 属性的取值范围 10 2 1信息的三个世界 8 联系 Relation 多个实体之间的关联 三 数据世界 是对信息世界中的有关信息进一步加工 编码及格式化等具体处理 然后以一定的格式存储于计算机中 也是对数据库管理系统 DBMS 中的数据的逻辑描述 概念包括 11 2 1信息的三个世界 1 数据项 dataitem 字段 Field 标记实体属性的可以命名的最小单位 2 记录 record 数据项的集合 也称为元组 tuple 3 文件 File 同一给定类型记录的集合 文件记录的组织和存储方式分为 顺序文件 索引文件 直接文件和倒排文件 4 数据库 比文件更大的数据组织形式 12 5 关键字 Key 唯一标识每一条记录的字段或字段集 也称键码 与实体标志符对应 2 1信息的三个世界 物理数据模型 对数据的物理描述 面向计算机物理表示的模型 指数据在存储设备上的存储方式 物理数据是实际存放在计算机存储设备上的数据 也可称为物理记录 数据描述包括 13 1 位 bit 二进制的一个单位称为位 位上只能为0 1 2 字节 Byte 8个位是一个字节 可以存放对应的ASCII码的一个字符 3 字 word 由若干个字节组成一个字 一个字所包含的二进制的位数称为字长 计算机字长是不一样的 8位 16位 24位 32位 4 块 block 内存储器和外存储器交换信息的最小单位 又称为物理快或物理记录 256字节 512字节 1024字节 5 卷 volume 一台输入输出设备所能装载的全部信息 2 1信息的三个世界 14 2 1信息的三个世界 四 三个世界之间的关系1 概念模型 是按用户的观点来对数据和信息进行建模的 是用户和数据库设计人员之间交流的工具 2 逻辑模型 面向数据库的逻辑结构 也称为逻辑数据模型 是按计算机系统的观点来对数据建模 涉及计算机系统和数据库管理系统 包括 网状模型 层次模型和关系模型 15 三个世界之间的关系 16 2 2概念模型 概念 数据 模型 ConceptualDataModel 面向现实世界建模 主要用来描述现实世界的概念化结构 与具体的DBMS无关 现实世界的事物经过人脑的抽象 提取出对用户有用的信息 经过组织 整理和加工形成现实世界和计算机世界之间的中间模型 CDM只关心现实世界中的事物 事物特征 联系 完全没有与具体计算机及其相关的任何概念 17 2 2概念模型 CDM是系统分析员 程序设计员 维护人员 用户之间相互理解的共同语言 CDM能让数据库的设计人员在设计的初始阶段摆脱计算机系统及DBMS的具体技术问题 集中精力分析数据 数据之间的联系 概念模型必须转换成逻辑模型 才能在DBMS中实现 最常用的概念模型是E R模型 18 2 2概念模型 一 实体 属性及联系 实体 实体集 实体类型 属性 1 简单属性和复合属性2 单值属性和多值属性3 NULL属性 实体在某个属性上没有值 4 派生属性 取值可以从别的相关属性或实体中派生出来 19 二 实体间的联系1 联系的类型 2 2概念模型 20 2 2概念模型 2 联系集 联系是指多个实体间的关联 同类联系的集合称为联系集 二元联系集 三元联系集以及多元联系集 21 2 2概念模型 3 联系集中的角色 实体在联系中的作用 4 联系集中的属性 22 2 2概念模型 建立方法 三 实体联系方法 1976年由PeterPin ShanChen提出用实体 联系方法来对现实世界的信息结构描述 简称E R方法 ER图是一种语义模型 它使用图形模型来表达客观现实世界中的实体和实体之间的联系 客观性 反应客观现实和用户的需求 相对性 与观察者本身的目的和状态有关系 23 2 2概念模型 1 实体 联系的建立过程 1 确定所有实体集合用矩形方框表示实体集合 方框内标明实体集合名称 2 选择实体集应包含的属性用椭圆框表示属性 通过无向边连接到实体集 只有一个属性的实体集可用属性代替 附加到它参加的联系上 3 确定实体集之间的联系用菱形框表示 框内标明联系的名称 通过无向边 或有向边 连接到参加联系的每个实体集合 24 2 2概念模型 4 确定实体集的关键字用下划线在属性上标明关键字的属性集合 5 确定联系的类型在用无向边连接联系集到实体集时 在边上注明1或n 多 来指名联系的类型 在用有向边连接联系集到实体集时 让边的箭头指向1的实体集的一方 多对多因为都是多方 故无箭头 25 2 2概念模型 2 ER图设计原则 1 真实性原则ER图必须真实地反映客观世界的状况 实体的真实性 属性的真实性 联系集的真实性 2 避免冗余原则对客观现实的一个事物进行设计时只能出现在一个地方 3 简单性原则概念模型既是对客观现实的反映 又是对客观现实的简化 26 2 2概念模型 4 合适性原则 用实体集还是属性 如果某个事物具有比它的名称更多的信息 用实体集 否则用属性 5 合适性原则 用实体集还是联系集 描述实体集间的行为时用联系集 27 2 2概念模型 3 对约束建模 1 键码约束 实体集中的键码 联系集中的键码A 多对多关系 联系集的主键码由参与该联系集的所有实体集的主键码共同组成 B 多对一或一对多关系 联系集的主键码由 多 方实体集的主键码组成 C 一对一关系 联系集的主键码由任意一方 28 2 参照完整性约束 2 2概念模型 存在依赖约束 29 2 2概念模型 练习 设计一个银行数据库 包括顾客和账户信息 顾客包括姓名 地址 电话 身份证号码 账户信息包括流水号 类型和余额 记录拥有账户的顾客 回答下列问题 1 绘制ER图 一个账户只能由一个顾客拥有 2 进一步修改ER图 使一个顾客只能有一个账户 3 修改 1 使顾客可以有一个地址集合和一个电话集合 地址由城市 街道 楼号组成 30 1 31 2 3逻辑模型 上节讨论的概念数据模型是 概念上 的 是抽象的 它与具体的数据库管理系统无关 这节要讨论的数据模型将与具体的DBMS有关 与DBMS支持的数据和联系的表示及存储有关 前面提到过 数据库中不仅要存放数据本身 还要存放数据间的联系 可用不同的方法表示数据与数据之间的联系 把表示数据与数据之间联系的方法称为逻辑 数据 模型 32 逻辑模型的三要素 1 数据结构 描述数据的静态特征 包括对数据结构和数据间联系的描述 通常按照数据结构的类型来命名数据模型 层次结构 层次模型网状结构 网状模型关系结构 关系模型2 数据操作 描述数据的动态特征 一组定义在数据上的操作 包括操作的含义 操作符 运算规则及其语言等 主要操作 检索与更新 插入 删除 修改 33 数据模型的三要素 3 数据的约束条件 完整性规则的集合 数据库中的数据必须满足这组规则 约束条件的主要目的是使数据库与它所描述的现实系统相符合 设计时 数据模型正确 真实 有效地反映现实 运行时 保证数据库中的数据值真实地体现现实世界的状态 34 2 3逻辑模型 逻辑 数据 模型 LogicalDataModel 面向用户建模 是一组向用户提供的规则 用户从数据库所看到的数据模型 是具体的DBMS所支持的数据模型 网状 层次 关系 面向对象 既要面向用户 也要面向系统 LDM表示数据间联系的方法 一般的DBMS支持一种LDM 35 2 3逻辑模型 层次模型 一 层次模型 HierarchicalModel 用树型结构来表示实体之间联系的模型 支持层次模型的典型系统诞生于1970年前后 是IBM公司的IMS InformationManagementSystem 系统 1 层次模型的数据结构 1 层次模型的基本结构层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系 每一结点表示一个记录类型 实体类型 每个记录类型包含若干个字段 实体的属性 36 限制 只有一个结点没有双亲结点 称之为根结点 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点因此层次数据库系统只能处理一对多的实体关系 2 3逻辑模型 层次模型 37 逻辑结构 具体数据 2020 3 19 38 39 2 3逻辑模型 层次模型 2 多对多联系在层次模型中的表示用层次模型表示多对多联系 必须首先将其分解成一对多联系 分解方法有两种 冗余结点法和虚拟结点法 例 实体集 学生 和 课程 具有多对多的联系 m n 采用冗余结点法增设冗余结点 将多对多的联系 m n 转换为一对多的联系 1 n 40 层次模型 处理 1 M 41 2 3逻辑模型 层次模型 2 层次模型的数据操纵与完整性约束 层次数据模型的操纵主要有查询 插入 删除和更新 从根结点入手 按层次顺序访问 进行插入 删除 更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件 进行插入操作时 如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 进行删除操作时 如果删除双亲结点值 则相应的子女结点值也被同时删除 进行更新操作时 应更新所有相应记录 以保证数据的一致性 42 2 3逻辑模型 层次模型 3 层次模型的存储结构如何反映数据之间的联系 A B C三个记录类型 43 2 3逻辑模型 层次模型 1 邻接法 按照层次树前序穿越的顺序把所有记录值依次邻接存放 即通过物理空间的位置相邻自顶向下 自左向右来实现层次顺序 2 链接法 用指针来反映数据之间的联系 一个指向最左边的子女 一个指向逻辑上最近的兄弟 44 2 3逻辑模型 层次模型 4 层次模型的优缺点优点 数据模型比较简单 操作简单 对于实体间联系是固定的 且预先定义好的应用系统 性能较高 提供良好的完整性支持 对具有一对多的层次关系的部门进行描述非常自然 直观 容易理解 45 2 3逻辑模型 层次模型 缺点 不适合于表示非层次性的联系 对插入和删除操作的限制比较多 查询子女结点必须通过双亲结点 由于结构严密 层次命令趋于程序化 树结点中任何记录的属性只能是不可再分的简单数据类型 46 2 3逻辑模型 二 网状模型 NetworkModel 典型代表 DBTG DataBaseTaskGroup 数据库任务组1 网状模型的数据结构网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构 它去掉了层次模型的两个限制 允许多个结点没有双亲结点 允许结点有多个双亲结点 此外它还允许两个结点之间有多种联系 称之为复合联系 47 2 3逻辑模型 网状模型 48 网状模型 实例 49 2 3逻辑模型 2 网状模型的数据操纵与完整性约束网状数据模型的操纵主要包括查询 插入 删除和更新数据 插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值 删除操作允许只删除双亲结点值 更新操作时只需更新指定记录即可 50 2 3逻辑模型 3 网状模型的存储结构网状数据模型的存储结构依具体系统不同而不同 常用的方法是链接法 包括单向链接 双向链接 环状链接 向首链拉等 此外还有其它实现方法 如指引元阵列法 二进制阵列法 索引法等 51 52 2 3逻辑模型 4 网状模型的优缺点优点 能够更为直接地描述现实世界 具有良好的性能 存取效率较高 缺点 其DDL语言极其复杂 数据独立性较差 由于实体间的联系本质上通过存取路径指示的 因此应用程序在访问数据时要指定存取路径 53 2 3逻辑模型 关系 三 关系模型 RelationalModel 1970s IBM Edgar F Codd关系模型源于数学 它把数据看成是二维表 关系 中的元素 用关系 不需用指针 表示实体和实体之间联系的模型称为关系模型 对于用户 关系方法应该是很简单的 但RDBMS很复杂 因为将大量工作都转嫁给了RDBMS 54 2 3逻辑模型 关系 1 关系模型的数据结构在关系模型中 信息被组织成若干张二维表的结构 每一张二维表称为一个关系 relation 或表 table 每个表中的信息只用来描述客观世界中的一件事情 例如 在学校中 为了表达学生与专业的 所属 关系 学生与课程的 选修 关系 教师与课程的 任教 关系 可以制成如下表格 55 2 3逻辑模型 关系 关系模型中的基本概念 1 表 Table 也称关系 由表名 列名及若干行组成 表的结构或框架有时也称关系模式 schema 仅仅是对表的特性的描述 上例的关系模式为 学生选课登记表 学号 姓名 专业 选修课程 任课教师 2 列 Field 也称字段或属性 由名称 类型 长度构成 表中的每个列都包含同一类的信息 表中列的顺序与要表达的信息无必要的联系 因此列是无序的 56 2 3逻辑模型 关系 3 行 Row 也称元组 Tuple 或记录 表中每个行由若干个字段值组成 用来描述一个实体的信息 每个字段值描述该对象的某种性质或属性 行的次序也是不重要的 一般可以互换 但在一张表中 一般不能出现完全相同的两个行 4 键码 Key 也称关键字 对表中的某个属性或属性组 若它们的值唯一地标识一个元组 则它就是键码 如学生选课模式中 属性组 学号 选修课程 就是键码 它可决定整个元组的性质 换言之 如果有两个元组它们的学号和选修课程字段的值完全相同 那么 它们的姓名 专业和任课教师字段的值肯定相同 即它们只能是一个元组 57 2 3逻辑模型 关系 5 值域 Domain 属性的取值范围 在表中每个列都以某个值域为基础从某个域中取得数据 例如 学号的值域是六位整数等 在关系模型中允许多个列从同一值域中取值 6 表名和列名的命名规定 表名在整个数据库中必须唯一 列名在一个表中必须唯一 但在不同的表中可以出现相同的名字 表名和列名应尽可能带有一定的意义并尽量简单 58 2 3逻辑模型 关系 2 关系模型的操作关系数据模型的操作主要包括查询 插入 删除和更新数据 关系操作方式的特点是集合操作 即操作的对象和结果是集合 也称为一次一集合的方式 非关系型的数据操作方式则为一次一记录的方式 操作类型可分为两类 传统的集合操作 并集 差集 交集和笛卡尔积专门的关系运算 选择 投影和连接 59 2 3逻辑模型 关系 3 关系模型的约束关系模型的数据操作要满足完整性约束条件 包括实体完整性 参照完整性和用户定义的完整性 l 实体完整性 在任何关系的任何一个元组中 主键码值的任一分量都不允许为空值 NULL 60 2 3逻辑模型 关系 2 参照完整性 引用完整性 若某个属性或属性组不是A表的主键码 但它是另一张B表的主键码 则该属性或属性组称为A表的外键码 在关系模型中 外键码或者取空值或者等于B中某个元组的主键码值 61 2 3逻辑模型 关系 姓名 学号 陈兵 0004 刘军 0003 李四 0002 张三 0001 A4 0003 A3 0002 A2 0001 A1 0001 课程 学号 62 2 3逻辑模型 关系 3 用户定义完整性 由用户针对某一具体数据库的约束条件来定义完整性 它由应用环境决定 反映了某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求 4 关系模型的存储结构在关系模型中 无论是实体还是实体之间的联系均由单一的结构类型即关系来表示 也就是说 任何一个关系数据库都是由若干张互相关联的表组成 63 2 3逻辑模型 关系 5 关系模型的优缺点优点 能够以简单 灵活的方式表达现实世界中各种实体及其相互间关系 即规范化的关系 具有严密的数学基础 数据间的关系是对称性的 关系