大学计算机础ppt课件

1、第四章 计算机网络大学计算机基础大学计算机基础太原理工大学理学院计算机基础教学部太原理工大学理学院计算机基础教学部大学计算机基础21.1 数据库系统的应用数据库系统的应用1.2 数据库管理技术的产生和发展数据库管理技术的产生和发展1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成第第1节节 数据库系统概述数据库系统概述大学计算机基础3超市信息管理系统超市信息管理系统在超市的数据库中存储所有关于进、销、存的信息，其中包括供应在超市的数据库中存储所有关于进、销、存的信息，其中包括供应商、商品、库存、销售、现金账和人员等超市运营管理的信息。商、商品、库存、销售、现金账和人员等超市运营管理的信息。这些信息以表的

2、方式存储，表与表之间存在一定的联系。这些信息以表的方式存储，表与表之间存在一定的联系。 银行信息管理系统银行信息管理系统 电子商务网站电子商务网站1.1 数据库系统的应用数据库系统的应用大学计算机基础4 数据处理的中心问题是数据管理。数据处理的中心问题是数据管理。 数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护。维护。 随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了人工管理、人工管理、文件系统和数据库系统文件系统和数据库系统三个发展阶段。三个发展阶段。1.2 数据库管理技术的产生和发展数据库管理技术

3、的产生和发展大学计算机基础5产生的背景（产生的背景（20世纪世纪50年代中以前）年代中以前）应用需求应用需求 科学计算科学计算硬件水平硬件水平 无直接存取存储设备无直接存取存储设备软件水平软件水平 没有操作系统没有操作系统处理方式处理方式 批处理批处理1011010111010111011100011001001101、人工管理阶段（程序管理）、人工管理阶段（程序管理）大学计算机基础6特点特点数据的管理者：应用程序，数据不保存。数据的管理者：应用程序，数据不保存。数据面向的对象：某一应用程序，程序和数据不可分数据面向的对象：某一应用程序，程序和数据不可分 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据

4、的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序，无结构。数据的独立性：不独立，完全依赖于程序，无结构。.应用程序n数据集n数据集2数据集应用程序2应用程序1应用程序与数据集合的关系应用程序与数据集合的关系1、人工管理阶段、人工管理阶段大学计算机基础7产生的背景（产生的背景（20世纪世纪50年代后年代后60年代中）年代中）应用需求应用需求 科学计算、管理科学计算、管理硬件水平硬件水平 磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓软件水平软件水平 有文件系统有文件系统处理方式处理方式 联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理在文件系统中，应用程序从数据文件中存取数据，产生各种报在文件系统中，应用程序从

5、数据文件中存取数据，产生各种报表和实现各种事务处理。表和实现各种事务处理。文件管理是指将有关数据组织成一个独立的文件，叫做数据文文件管理是指将有关数据组织成一个独立的文件，叫做数据文件。件。 2、文件管理阶段、文件管理阶段大学计算机基础8特点特点数据的管理者：文件系统，数数据的管理者：文件系统，数据可长期保存据可长期保存数据面向的对象：某一应用程数据面向的对象：某一应用程序序 数据的共享程度：共享性差、数据的共享程度：共享性差、冗余度大冗余度大数据的结构化：记录内有结构数据的结构化：记录内有结构,整体无结构整体无结构数据的独立性：独立性差，数数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应

6、据的逻辑结构改变必须修改应用程序用程序数据控制能力：应用程序自己数据控制能力：应用程序自己控制控制应用程应用程序序文件文件应用程应用程序序文件文件2应用程应用程序序文件文件n存存取取方方法法.应用程序与数据集合的关系应用程序与数据集合的关系2、文件管理阶段、文件管理阶段大学计算机基础9产生的背景（产生的背景（20世纪世纪60年代）年代）应用背景应用背景 大规模管理大规模管理硬件背景硬件背景 大容量磁盘大容量磁盘软件背景软件背景 有数据库管理系统有数据库管理系统处理方式处理方式 联机实时处理联机实时处理,分布处理分布处理,批处理批处理指导思想是将所有的数据实行统一的、集中的、独立的管指导思想是将

7、所有的数据实行统一的、集中的、独立的管理，形成一个所谓的理，形成一个所谓的数据仓库数据仓库，使数据的存储完全独立于应，使数据的存储完全独立于应用程序，由数据库管理系统（用程序，由数据库管理系统（dbms）来对数据库进行管）来对数据库进行管理。理。 3、数据库系统管理阶段、数据库系统管理阶段大学计算机基础10 用户用户1 1用户用户2 2用户用户m m应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序3 3应用程序应用程序n n数数据据库库管管理理系系统统数据库数据库数据字典数据字典记录记录dbs阶段数据与程序的关系阶段数据与程序的关系大学计算机基础11在数据字典中存储数据结构（元数据

8、）和数据之间的联系。在数据字典中存储数据结构（元数据）和数据之间的联系。数据字典数据字典：是：是dbms自动建立和管理的一个文件，用于自动建立和管理的一个文件，用于存放数据结构（元数据）和数据之间的联系。存放数据结构（元数据）和数据之间的联系。所有应用程序都通过所有应用程序都通过dbms访问数据库。访问数据库。bms能够根据能够根据数据库的任何变动自动地修改数据字典。数据库的任何变动自动地修改数据字典。避免了文件系统编写、修改存取程序的麻烦，避免了文件系统编写、修改存取程序的麻烦，dbms可可以消除文件系统中数据依赖于程序的弱点，提供较好的以消除文件系统中数据依赖于程序的弱点，提供较好的数据独

9、立性。数据独立性。3、数据库系统管理阶段特点、数据库系统管理阶段特点大学计算机基础12在建立数据库时，只需要简单地定义数据的逻辑结构，不必在建立数据库时，只需要简单地定义数据的逻辑结构，不必花费大量的精力定义数据的物理结构和编写程序。花费大量的精力定义数据的物理结构和编写程序。例如，定义一个学生表。只要用以下命令就可以建立数据库例如，定义一个学生表。只要用以下命令就可以建立数据库的表结构。的表结构。 create table学生（学号学生（学号 smallint， 学号是短整型数学号是短整型数 姓名姓名 char（8）；）； 姓名是字符型、长度是姓名是字符型、长度是8个字符个字符3、数据库系统

10、管理阶段特点、数据库系统管理阶段特点大学计算机基础13可以自动地将用户输入的逻辑数据转换成物理数据。逻辑数可以自动地将用户输入的逻辑数据转换成物理数据。逻辑数据与物理数据之间的变换由据与物理数据之间的变换由dbms来完成。来完成。“逻辑数据逻辑数据”是指存在于人们头脑中有具体含义的数据，是指存在于人们头脑中有具体含义的数据， 例如年龄、性别等；例如年龄、性别等；“物理数据物理数据”是指实际存储在计算机中的二进制数据。是指实际存储在计算机中的二进制数据。 dbms能够把用户的逻辑请求转换成内部命令，由能够把用户的逻辑请求转换成内部命令，由dbms确确定数据的物理地址。定数据的物理地址。dbms将

11、查询的结果按照用户要求的格式输出。将查询的结果按照用户要求的格式输出。3、数据库系统管理阶段特点、数据库系统管理阶段特点大学计算机基础14dbms中通过封锁和授权机制，确保数据库的安全性和保密中通过封锁和授权机制，确保数据库的安全性和保密性。性。能够实现数据共享，支持多个用户的数据存取。能够实现数据共享，支持多个用户的数据存取。具有数据备份和数据恢复的能力，保证数据的可靠性。具有数据备份和数据恢复的能力，保证数据的可靠性。提供完整性约束功能，可以控制数据冗余和消除潜在的数据提供完整性约束功能，可以控制数据冗余和消除潜在的数据不一致问题。不一致问题。提供功能强大的结构化查询语言（提供功能强大的结

12、构化查询语言（sql）。）。sql属于一种非属于一种非过程性语言，只需用户指出做什么，不必说明怎么做。同过程性语言，只需用户指出做什么，不必说明怎么做。同时，时，dbms还提供了第三代语言存取数据的接口，如还提供了第三代语言存取数据的接口，如cobol、c、pascal等语言。等语言。 3、数据库系统管理阶段特点、数据库系统管理阶段特点大学计算机基础15 数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。它可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较数据集合。它可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。高的数据独立性。 dbms在数据库

13、建立、运用和维护时对数据库进行统在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。复。 3、数据库系统管理阶段、数据库系统管理阶段大学计算机基础16文件文件桌面数据库桌面数据库大型商业数据库大型商业数据库开源数据库开源数据库新型新型java数据库数据库国产数据库国产数据库数据库系统平台简介大学计算机基础17文本文件文本文件 文件保存在操作系统中的目录中。有不同类文件保存在操作系统中的目录中。有不同类型的

14、文件，例如型的文件，例如,可执行文件（可执行文件（.exe）、数据文件）、数据文件（.dat）和文本文件（）和文本文件（.txt）等。数据库也是以文件）等。数据库也是以文件形式由操作系统管理并存放在磁盘上的。形式由操作系统管理并存放在磁盘上的。excel文件文件 微软公司提供的处理电子表格的软件，适微软公司提供的处理电子表格的软件，适合日常工作中的表格管理、财务报表处理或报表打合日常工作中的表格管理、财务报表处理或报表打印。印。1、文件、文件大学计算机基础18access 是微软提供的一种小型桌面关系数据库管理系统。它具有关是微软提供的一种小型桌面关系数据库管理系统。它具有关系数据库管理系统的

15、基本功能。另外，还可以编写用户使用界面和可系数据库管理系统的基本功能。另外，还可以编写用户使用界面和可供打印的报表，很容易制作一个小型的供打印的报表，很容易制作一个小型的mis系统。系统。xbase 作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系统，作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系统，具有方便、廉价、简单易用等优势，并向下兼容具有方便、廉价、简单易用等优势，并向下兼容dbase、foxbase等等早期的数据库管理系统。它有良好的普及性，在小型企业数据库管理早期的数据库管理系统。它有良好的普及性，在小型企业数据库管理与与www结合等方面具有一定优势，但它难于管理大型数据库。结合

16、等方面具有一定优势，但它难于管理大型数据库。2、桌面数据库、桌面数据库大学计算机基础19oracle是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有移植性是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有移植性好、使用方便、功能强大、性能强大等特点，适用于各类大、中、小、好、使用方便、功能强大、性能强大等特点，适用于各类大、中、小、微机和专用服务器环境。微机和专用服务器环境。oracle适合大中型企业使用，在电子政务，电信、证券和银行企业中使适合大中型企业使用，在电子政务，电信、证券和银行企业中使用比较广泛。用比较广泛。oracle 1.0于于1979年推出，目前最新版本为年推出，目前最新版本为

17、oracle 10i。sql server 、ibm的的db2，sybase和和informix等。等。 3、大型商业数据库、大型商业数据库大学计算机基础20开源数据库是指开放源代码的数据库，开源数据库是指开放源代码的数据库，linux系统下最受系统下最受程序员喜爱的三种程序员喜爱的三种db是是mysql、postgresql和和oracle。其中。其中mysql、postgresql是开源数据库的优是开源数据库的优秀代表。秀代表。开源数据库具有速度快、易用性好、支持开源数据库具有速度快、易用性好、支持sql语言、支语言、支持各种网络环境、可移植性、开放和价格低廉（甚至免持各种网络环境、可移植

18、性、开放和价格低廉（甚至免费）等特点。费）等特点。4、开源数据库、开源数据库大学计算机基础21伴随着互联网的发展，使用伴随着互联网的发展，使用java语言编写的面向语言编写的面向对象数据库管理系统也应运而生。对象数据库管理系统也应运而生。jdatastore是是borland公司推出的纯公司推出的纯java数据数据库，主要用于库，主要用于j2ee平台，具有跨平台的移植性，平台，具有跨平台的移植性，与与borland新一代新一代java开发工具开发工具jbuilder配合使配合使用。用。 5、新型、新型java数据库数据库大学计算机基础22据中国软件评测中心对国内、外数据库的调查结果显示，以东软

19、据中国软件评测中心对国内、外数据库的调查结果显示，以东软openbase等为代表的国产数据库除了具有自主版权外，在技术方面已经等为代表的国产数据库除了具有自主版权外，在技术方面已经接近国外先进水平。接近国外先进水平。国产数据库有价格低和实施周期短等优势。目前，已经获得实际应用的国产国产数据库有价格低和实施周期短等优势。目前，已经获得实际应用的国产数据库主要包括：数据库主要包括：1东软公司开发的东软东软公司开发的东软openbase；2九江华易软件有限公司开发的华易数据库管理系统九江华易软件有限公司开发的华易数据库管理系统hysql；3人大金仓公司开发的人大金仓公司开发的kingbase es金

20、鼎金鼎dbms；4武汉华工达梦数据库有限公司研制的武汉华工达梦数据库有限公司研制的dm3；5北京国信贝斯软件有限公司推出的北京国信贝斯软件有限公司推出的ibase数据库。数据库。6、国产数据库、国产数据库大学计算机基础23近年来，在计算机领域出现了许多新技术，例如分布式处理技术、并行近年来，在计算机领域出现了许多新技术，例如分布式处理技术、并行处理技术、人工智能、多媒体处理技术、模糊技术和面向对象技术等。处理技术、人工智能、多媒体处理技术、模糊技术和面向对象技术等。随着与其他学科内容的结合，数据库技术的应用范围越来越广，出现了随着与其他学科内容的结合，数据库技术的应用范围越来越广，出现了一些更

21、适合特定领域的新型数据库技术，例如一些更适合特定领域的新型数据库技术，例如工程数据库、模糊数据工程数据库、模糊数据库、统计数据库、时态数据库和演绎数据库等。库、统计数据库、时态数据库和演绎数据库等。从发展上也出现了一些引人瞩目的趋势，其主要趋势包括从发展上也出现了一些引人瞩目的趋势，其主要趋势包括分布式数据分布式数据库、面向对象数据库、多媒体数据库和并行数据库库、面向对象数据库、多媒体数据库和并行数据库等。等。数据库应用及发展趋势数据库应用及发展趋势大学计算机基础24数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统数据库应用数据库应用数据库管理员数据库管理员用户用户用户应用系统应用开发工具 数据库管理

22、系统 操作系统数据库管理员 数据库用户用户1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成大学计算机基础25从用户使用数据库的观点，定义从用户使用数据库的观点，定义数据库是长期存储在计算机数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。内、有组织的、可共享的数据集合。数据库不仅需要数据库不仅需要存储用户的数据存储用户的数据，还，还存储有关数据的结构描存储有关数据的结构描述信息（元数据）述信息（元数据）。 数据库技术是数据处理最有效的手段。数据库中的数据按一数据库技术是数据处理最有效的手段。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高定的数据模型组织、描述和存储，具有较

23、小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为各种用户共享。的数据独立性和易扩展性，可为各种用户共享。数据库数据库(db, database)大学计算机基础26db大学计算机基础27dbms是一个系统软件，是用户与数据库间的接口。是一个系统软件，是用户与数据库间的接口。 对内，数据库复杂的结构描述信息由对内，数据库复杂的结构描述信息由dbms直接管理，直接管理，终端用户不必了解数据库内部复杂的结构。终端用户不必了解数据库内部复杂的结构。对外，它向用户提供一整套命令，用于合法用户对数据对外，它向用户提供一整套命令，用于合法用户对数据库的各种操作；包括创建库的各种操作；包括创建db、定义数据、增、删

24、、改、定义数据、增、删、改db记录、统计计算等。当用户读取数据时，记录、统计计算等。当用户读取数据时，dbms自动地自动地将用户的请求转换成复杂的机器代码，实现用户对数据将用户的请求转换成复杂的机器代码，实现用户对数据库的操作。库的操作。 dbms是在是在os支持下工作的数据库管理软件。支持下工作的数据库管理软件。数据库管理系统数据库管理系统(dbms)大学计算机基础28dbms是商品化的数据库软件，用户不能对是商品化的数据库软件，用户不能对dbms进行修进行修改。改。所谓所谓数据库设计数据库设计不是对不是对dbms的设计，而是对数据库的结构的设计，而是对数据库的结构进行设计。一旦完成数据库设

25、计，就可以利用进行设计。一旦完成数据库设计，就可以利用dbms提供的提供的数据定义功能，把所设计的数据模型转换成计算机能够接受数据定义功能，把所设计的数据模型转换成计算机能够接受的内部结构。的内部结构。 dbms大学计算机基础29用户对数据库的操作就是数据库应用。用户对数据库的操作就是数据库应用。 也可以理解为实现业也可以理解为实现业务逻辑的应用程序。务逻辑的应用程序。数据库应用的方式有：屏幕格式、查询窗口、报表、菜单、数据库应用的方式有：屏幕格式、查询窗口、报表、菜单、应用程序和交互式操作应用程序和交互式操作 ，其中除应用程序外都可以由，其中除应用程序外都可以由dbms实现。实现。目前，有许

26、多数据库应用开发工具，例如，目前，有许多数据库应用开发工具，例如，oracle公司的公司的developer2000，sybase公司的公司的powerbuilder等。应用这等。应用这些工具可以快速地开发应用组件。些工具可以快速地开发应用组件。 数据库应用数据库应用大学计算机基础30专门从事数据库管理的机构和人员，称为数据库管理员专门从事数据库管理的机构和人员，称为数据库管理员（dba）。）。dba全面负责对数据库管理的计划、组织、测试、监控和服全面负责对数据库管理的计划、组织、测试、监控和服务务 。向终端用户提供数据和信息向终端用户提供数据和信息制定数据库管理的政策、标准和规程制定数据库管

27、理的政策、标准和规程确保数据库的安全性，防止非法操作确保数据库的安全性，防止非法操作数据库的备份和恢复数据库的备份和恢复培训终端用户培训终端用户数据库管理员（数据库管理员（dba）大学计算机基础31用户使用数据库应用跟踪事务过程。他们使用表单来读取、用户使用数据库应用跟踪事务过程。他们使用表单来读取、输入和查询数据，并且生成报表。输入和查询数据，并且生成报表。用用 户户大学计算机基础32dbsdbs是指在计算机系统中引入是指在计算机系统中引入dbdb后的系统构成。后的系统构成。dbs = dbs = 数据库数据库 + + 用户用户 + + 软件软件 + + 硬件硬件硬件：硬件：指运行指运行db

28、sdbs的硬件资源，例如，的硬件资源，例如，sql serversql server要求至要求至少少16mb16mb内存、内存、3232位位cpucpu、至少、至少80mb80mb硬盘空间；硬盘空间；软件：软件：指指dbsdbs操作平台，例如操作平台，例如windows ntwindows nt、dbmsdbms、汉字处、汉字处理系统等；理系统等；用户：用户：指终端用户、应用程序员和数据库管理员。指终端用户、应用程序员和数据库管理员。数据库系统数据库系统dbs大学计算机基础33数据处理的三个世界数据处理的三个世界数据模型数据模型第第2节节 数据模型数据模型大学计算机基础34从现实生活中的客观事

29、物到存放于计算机中的数据，这样一个加工从现实生活中的客观事物到存放于计算机中的数据，这样一个加工过程可划分为三个阶段：过程可划分为三个阶段：现实世界现实世界、信息世界信息世界和和计算机世界计算机世界在现实世界中在现实世界中，分析客观事物，找出要求解的对象集合，研究这些，分析客观事物，找出要求解的对象集合，研究这些对象、认识它们的本质及其规律。对象、认识它们的本质及其规律。在概念世界中在概念世界中，将求解的事物映射为，将求解的事物映射为实体实体，找出实体之间的各种，找出实体之间的各种联联系系，用，用实体实体- -联系图联系图来描述（来描述（entity-relationshipentity-re

30、lationship，简称，简称e-re-r图图）。）。在计算机世界中在计算机世界中，将实体模型转换为能够在计算机中处理的数据模，将实体模型转换为能够在计算机中处理的数据模型。型。客观存在的世客观存在的世界中的事实及界中的事实及其联系。其联系。现实世界在人们头现实世界在人们头脑中的反映，是对脑中的反映，是对客观事物及其联系客观事物及其联系的一种抽象描述的一种抽象描述可称作数据世可称作数据世界，是在信息界，是在信息世界基础上的世界基础上的进一步抽象进一步抽象7.2.1、数据处理的三个世界、数据处理的三个世界大学计算机基础35在现实世界中，某类实体集中各个属性之间的联系、各实体之在现实世界中，某类

31、实体集中各个属性之间的联系、各实体之间的联系可使用间的联系可使用e-re-r图来描述，图来描述，e-re-r图是由美籍华人图是由美籍华人peter chenpeter chen在在19761976年提出的。年提出的。在在e-re-r图中，用矩形表示实体，用圆角矩形图中，用矩形表示实体，用圆角矩形表示属性，用菱形表示实体间的联系。表示属性，用菱形表示实体间的联系。 实体与关系实体与关系大学计算机基础36数据数据数据分级数据分级记录记录项项项项值值数数据据模模型型实实体体模模型型事物事物及及联系联系实体分级实体分级实体实体对象对象属性属性总体总体个体个体事物事物事物分级事物分级对象对象性质性质共同

32、共同特殊特殊抽抽象象过过程程数据数据世界世界信息信息世界世界现实现实世界世界客观世界是信息之源，客观世界是信息之源，是设计是设计dbdb的出发点。的出发点。实体模型和数据模型实体模型和数据模型是对客观事物的两级是对客观事物的两级抽象描述。抽象描述。数据库的核心问题是数据库的核心问题是数据模型。数据模型。结论：结论： 要得到正确的数据模要得到正确的数据模型，必须首先充分了解型，必须首先充分了解客观事物。客观事物。由此可见：由此可见：数据加工三个阶段的关系数据加工三个阶段的关系大学计算机基础37以教学管理为例：以教学管理为例：教学由学生、课程、教师、学习、任课等实体组成。教学由学生、课程、教师、学

33、习、任课等实体组成。学生属性：学号、姓名、性别、年龄、班级学生属性：学号、姓名、性别、年龄、班级课程属性：课程号、课程名称课程属性：课程号、课程名称教师属性：姓名、课程号、课时教师属性：姓名、课程号、课时学习属性：学号、课程号、分数学习属性：学号、课程号、分数任课属性：教师名、课程号、教室任课属性：教师名、课程号、教室实体模型举例实体模型举例大学计算机基础38 课程课程成绩成绩授课授课教师教师学生学生教师编号、姓名、职称教师编号、姓名、职称教师编号、课程号教师编号、课程号学号、姓名、性别、班级学号、姓名、性别、班级课程号、课程名课程号、课程名学号、课程号、分数学号、课程号、分数听课听课学习学习

34、讲授讲授教学实体模型示意图教学实体模型示意图大学计算机基础39建立了实体模型后，就可以建立数据模型了。建立了实体模型后，就可以建立数据模型了。 数据模型就是现实世界的模拟和抽象。数据模型就是现实世界的模拟和抽象。或或 在在dbs中表示实体（数据记录）之间联系的方式称为数据模型。数中表示实体（数据记录）之间联系的方式称为数据模型。数据模型实际上是数据间的一个整体逻辑结构图。据模型实际上是数据间的一个整体逻辑结构图。为了使模型能清晰、准确地反映客观事物，要进行数据模型的设计，也为了使模型能清晰、准确地反映客观事物，要进行数据模型的设计，也即数据库的设计。即数据库的设计。 数据模型的组成数据模型的组

35、成 数据模型的分类数据模型的分类7.2.2 数据模型数据模型大学计算机基础40数据结构数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合。数据结构是所研究的对象类型的集合。数据操作数据操作数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作集合，包括操作及有关的操作规则。允许执行的操作集合，包括操作及有关的操作规则。完整性约束完整性约束数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据模型的组成数据模型的组成大学计算机基础41所研究的对象：所研究的对象：与数据类型、内容、性质有关的对象，例如网状模型中与数据类型、内容

36、、性质有关的对象，例如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等；的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等；与数据之间联系有关的对象，例如网状模型中的系型与数据之间联系有关的对象，例如网状模型中的系型（settype）。）。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据结构的类型，例如层次结构、网状结构和关系结构。数据结构的类型，例如层次结构、网状结构和关系结构。数据结构是对系统静态特性的描述。数据结构是对系统静态特性的描述。数据结构数据结构大学计算机基础42数据库主要有数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）检索和更新（包括

37、插入、删除、修改）两大类两大类操作。操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（如优先级）以及实现操作的语言。则（如优先级）以及实现操作的语言。数据操作是对系统动态特性的描述。数据操作是对系统动态特性的描述。 数据操作数据操作大学计算机基础43完整性规则完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数

38、据模型应该反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用数据模型应该反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。的完整性约束条件。完整性约束完整性约束大学计算机基础44概念模型概念模型面向计算机用户、面向现实世界的数据模型，它与面向计算机用户、面向现实世界的数据模型，它与dbms无关，不无关，不依赖于具体的计算机系统，它依赖于具体的计算机系统，它主要用于应用系统开发的有关需求分主要用于应用系统开发的有关需求分析，描述一个单位的概念化结构，将现实世界抽象为信息世界。析，描述一个单位的概念化结构，将现实世界抽象为信息世界。逻辑模型逻辑模型数据库的组织形式称为逻辑数据模型，它决定了数据库中数

39、据之间数据库的组织形式称为逻辑数据模型，它决定了数据库中数据之间联系的表达方式。联系的表达方式。在建立了概念数据模型后，即根据一定的规则将其转化为逻辑数据在建立了概念数据模型后，即根据一定的规则将其转化为逻辑数据模型。模型。物理模型物理模型数据模型的分类数据模型的分类大学计算机基础45这类模型主要用于信息世界的建模，强调语义表达能力，能这类模型主要用于信息世界的建模，强调语义表达能力，能方便、直接地表达应用中各种语义知识，其概念简单、清方便、直接地表达应用中各种语义知识，其概念简单、清晰用户容易理解。晰用户容易理解。概念数据模型主要有：实体概念数据模型主要有：实体-联系模型（联系模型（e-r模

40、型）、扩展实模型）、扩展实体联系模型（体联系模型（eer模型）、面向对象模型（模型）、面向对象模型（oo模型）、模型）、idef1x模型等，概念数据模型用于数据库的设计。其中以模型等，概念数据模型用于数据库的设计。其中以e-r模型最为著名。模型最为著名。概念模型概念模型大学计算机基础46目前，常用的逻辑数据模型有三种：层次模型、网状模型、目前，常用的逻辑数据模型有三种：层次模型、网状模型、关系模型。关系模型。层次模型（层次模型（hierachical model）：）： 数据之间的联系像一棵倒放的树，树根、树的分枝点和树数据之间的联系像一棵倒放的树，树根、树的分枝点和树叶都称为节点，节点是分层

41、次的，树根是最高层。叶都称为节点，节点是分层次的，树根是最高层。 军队中的建制、机关编制、家谱等都属于层次模型。军队中的建制、机关编制、家谱等都属于层次模型。逻辑模型逻辑模型大学计算机基础47 校长校长校长办公室校长办公室 各学院各学院 各职能处各职能处 （ 电信学院）电信学院）计算机系计算机系 电子系电子系 信控系信控系 计算机教学实验中心计算机教学实验中心网络所网络所 . . 软件教研室软件教研室层次模型示意图层次模型示意图大学计算机基础48网络模型（网络模型（network model）：）： 数据之间的联系象一张网，网上的联接点称为节点，节点数据之间的联系象一张网，网上的联接点称为节点

42、，节点 与节点之间是平等的，不分层次。与节点之间是平等的，不分层次。学生学生教学课程表教学课程表教室教室课程课程教师教师网络模型网络模型大学计算机基础49关系模型（关系模型（relational model）：）： 关系模型是当前关系模型是当前dbms所支持的数据模型的主流，关系模所支持的数据模型的主流，关系模 型建立在集合论的基础上，工资表、成绩表、档案表等都型建立在集合论的基础上，工资表、成绩表、档案表等都 属于关系模型。属于关系模型。 其组织形式是一张二维表，一个表即一个关系；其特点：其组织形式是一张二维表，一个表即一个关系；其特点：一个关系一张表一个关系一张表数据独立性高数据独立性高操

43、作简单操作简单一行是一个记录一行是一个记录一列是一个数据项（字段）一列是一个数据项（字段）关系模型关系模型大学计算机基础50物理数据模型反映数据的存储结构物理数据模型反映数据的存储结构，例如存储介质的物理，例如存储介质的物理块、指针和索引等。块、指针和索引等。每个逻辑数据模型在实现时，都有其对应的物理数据模型。每个逻辑数据模型在实现时，都有其对应的物理数据模型。物理数据模型不但与物理数据模型不但与dbms有关，而且还与计算机系统的硬有关，而且还与计算机系统的硬件和操作系统有关。件和操作系统有关。物理数据模型和逻辑数据模型用于物理数据模型和逻辑数据模型用于dbms的实现。的实现。物理模型物理模型

44、大学计算机基础51数据库应用系统设计步骤db应用系统的设计步骤符合软件工程设计思想。应用系统的设计步骤符合软件工程设计思想。用户需求分析用户需求分析 理解用户对该项目所提出的各种要求，并进理解用户对该项目所提出的各种要求，并进一步对各个环节进行抽象。一步对各个环节进行抽象。概念设计概念设计将需求分析的结果抽象为信息结构，得到系统将需求分析的结果抽象为信息结构，得到系统的全局的全局e-r图。图。逻辑设计逻辑设计将得到的抽象的将得到的抽象的e-r图转换成数据模型。图转换成数据模型。 物理设计物理设计确定得到的数据模型最后反映在物理设备上是确定得到的数据模型最后反映在物理设备上是个什么物理结构。个什

45、么物理结构。数据库实施数据库实施在选定的在选定的rdbms中，建立系统的数据库结中，建立系统的数据库结构，对原始数据进行采集、整理、转换并录入。构，对原始数据进行采集、整理、转换并录入。数据库的维护数据库的维护包括故障排除、数据备份和恢复、安全性包括故障排除、数据备份和恢复、安全性和完整性机制的定期改善，以及对数据库性能进行改进。和完整性机制的定期改善，以及对数据库性能进行改进。数据库应用系统设计步骤数据库应用系统设计步骤大学计算机基础52从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构结构 数据库模式的概念数据库模式的概念数据库系统的三

46、级模式结构数据库系统的三级模式结构数据库的两级映射功能与数据独立性数据库的两级映射功能与数据独立性 第3节 数据库体系结构大学计算机基础53在数据模型中有型与值的概念在数据模型中有型与值的概念模式（模式（schema）是数据库中）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的全体数据的逻辑结构和特征的描述描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。模式的，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。模式的主体就是数据库的数据模型。主体就是数据库的数据模型。 模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。某一时刻的状态。 数据模式的概

47、念数据模式的概念大学计算机基础54外模式外模式也称子模式（也称子模式（subschema）或用户模式，它是数据库用户）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据局部数据的逻辑结构和特征的描述的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式通常是模式的子集。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。一个数据库可以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。 数据库系统的三级

48、模式结构数据库系统的三级模式结构大学计算机基础55模式模式也称为逻辑模式，是数据库中也称为逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的全体数据的逻辑结构和特征的描述描述，是所有用户的公共数据视图。，是所有用户的公共数据视图。 模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只一个数据库只有一个模式有一个模式。 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构大学计算机基础56内模式内模式也称存储模式（也称存储模式（storage schema），它是），它是数据物理结构和数据物理结构和存储方式的描述存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。，是数

49、据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。一个数据库只有一个内模式。 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构大学计算机基础57用户图表1用户图表2用户图表3子模式1子模式2子模式3概念模式内模式最终用户i/o视图程序管理员外部视图概念视图系统程序员dba物理视图内部视图物理组织数据数据库系统的分层视图数据库系统的分层视图大学计算机基础58数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映射：外模式数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映射：外模式/模模式映射；模式式映射；模式/内模式映射。内模式映射。 正是这两层映射保证了数据库系统中的数据能够具有较高正是这两层映射保证了数据库系统中

50、的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。的逻辑独立性和物理独立性。外模式外模式/模式映射模式映射模式模式/内模式映射内模式映射 数据库的两级映射功能与数据独立性数据库的两级映射功能与数据独立性大学计算机基础59模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。局部逻辑结构。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映射，模式映射，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映射定义通它定义了该外模式与模

51、式之间的对应关系。这些映射定义通常包含在各自外模式的描述中。常包含在各自外模式的描述中。当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），数据类型等），由数据库管理员对各个外模式由数据库管理员对各个外模式/模式的映射作模式的映射作相应改变，可以使外模式保持不变。相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性。外模式外模式/模式映射模

52、式映射大学计算机基础60数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式模式/内模内模式映射是唯一式映射是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。之间的对应关系。 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），由数据库管理员对模式构），由数据库管理员对模式/内模式映射作相应改变，可以内模式映射作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称程序

53、的物理独立性，简称数据的物理独立性数据的物理独立性。模式模式/内模式映射内模式映射大学计算机基础61关系模型的基本概念关系模型的基本概念关系的形式化定义关系的形式化定义关系代数基础关系代数基础结构化查询语言结构化查询语言(sql)基础基础第第4节节 关系数据库基础关系数据库基础大学计算机基础62关系模型关系模型 是数学化的模型，它把数据看作二维表中是数学化的模型，它把数据看作二维表中的元素，表就是其关系。的元素，表就是其关系。其特点是：其特点是：表中每一列属性都是不能再细分的基表中每一列属性都是不能再细分的基本单元本单元不允许有重复的列不允许有重复的列不允许有相同的记录不允许有相同的记录行、列

54、次序均无关行、列次序均无关1.关系模型的基本概念关系模型的基本概念大学计算机基础63 关系（库名）关系（库名）shop 店店 名名 地地 址址 经办人经办人 电话电话解放路食品店解放路食品店 解放路解放路262262号号 李国基李国基 22781012278101桃园商场桃园商场 桃园路桃园路6号号 张山张山 3268231香甜瓜果店香甜瓜果店 北大街北大街26号号 王宏王宏 3262013白塔干鲜果店白塔干鲜果店 西大街西大街56号号 宋良忠宋良忠 2667337北大街果品店北大街果品店 北大街北大街231号号 林青林青 3101169关系框架关系框架或或库结构库结构元组元组或或记录记录属性

55、（字段）属性（字段）属性属性“电话电话”的的值值关系概念的图解关系概念的图解大学计算机基础64关系模型的数据结构非常单一。在关系模型中，现实世界的关系模型的数据结构非常单一。在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。每一个交叉点都必须是单值的（不能有重复组）；每一列每一个交叉点都必须是单值的（不能有重复组）；每一列（属性）的所有数据都是同一类型的，每一列都有唯一的列（属性）的所有数据都是同一类型的，每一列都有唯一的列名，列在表中的顺序

56、无关紧要；表中任意两行（元组）不能名，列在表中的顺序无关紧要；表中任意两行（元组）不能相同，行在表中的顺序也无关紧要。相同，行在表中的顺序也无关紧要。 关系的数据结构关系的数据结构大学计算机基础65查询（查询（query）操作：）操作：选择（选择（select）、投影（）、投影（project）、）、连接（连接（join）、除（）、除（divide）、并（）、并（union）、交）、交（intersection）、差（）、差（difference）等。）等。其它操作：其它操作：插入（插入（insert）删除（）删除（delete）更新（）更新（update）等。等。 关系的基本操作关系的基本操

57、作大学计算机基础66关系模型允许定义三类完整性约束：关系模型允许定义三类完整性约束：实体完整性、参照完整实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性性和用户定义的完整性。其中，实体完整性和参照完整性是。其中，实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，应该由关系系统自动关系模型必须满足的完整性约束条件，应该由关系系统自动支持。用户定义的完整性是应用领域需要遵循的约束条件，支持。用户定义的完整性是应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束。体现了具体领域中的语义约束。关系的基本约束关系的基本约束大学计算机基础67域（域（domain）笛卡尔积（笛卡尔积（cartesian

58、product）关系（关系（relation）关系的形式化定义关系的形式化定义大学计算机基础68域域是一组具有相同数据类型的值的集合。例是一组具有相同数据类型的值的集合。例:整数整数实数实数介于某个取值范围的整数介于某个取值范围的整数长度指定长度的字符串集合长度指定长度的字符串集合男男，女女介于某个取值范围的日期介于某个取值范围的日期域域(domain)大学计算机基础69给定一组域给定一组域d1，d2，dn，这些域中可以有相同的。，这些域中可以有相同的。d1，d2，dn的笛卡尔积为：的笛卡尔积为：d1d2dn（d1，d2，dn）di di，i1，2，n 所有域的所有取值的一个组合所有域的所有取

59、值的一个组合 不能重复不能重复笛卡尔积（笛卡尔积（cartesian product）大学计算机基础70元组元组（tuple）笛卡尔积中每一个元素（笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，dn）叫作一个）叫作一个n元元组组（n-tuple）或简称）或简称元组元组。 分量（分量（component）笛卡尔积元素（笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值）中的每一个值di叫作一叫作一个个分量分量。笛卡尔积笛卡尔积大学计算机基础71关系关系d1d2dn的子集叫作在域的子集叫作在域d1，d2，dn上的上的关关系系，表示为，表示为 r（d1，d2，dn） r：关系名关系名 n：关系的关系的目目或或度度（d

60、egree）关系（关系（relation）大学计算机基础72元组元组 关系中的每个元素是关系中的元组，通常用关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。表示。单元关系与二元关系单元关系与二元关系 当当n=1时，称该关系为单元关系（时，称该关系为单元关系（unary relation）。）。 当当n=2时，称该关系为二元关系（时，称该关系为二元关系（binary relation）。）。关关 系系大学计算机基础73属性属性 关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对 每列起一个名字，称为属性（每列起一个名字，称为属性（attribute