数据库系统概论8数据模型

1、授课主题授课主题第第8讲讲计划学计划学时时21.2 数据模型数据模型教学目的教学目的和要求和要求1、了解数据管理技术发展的三个阶段及其特点、了解数据管理技术发展的三个阶段及其特点2、理解数据模型的概念及其组成要素、理解数据模型的概念及其组成要素3、重点掌握数据模型中的概念模型的描述方法、重点掌握数据模型中的概念模型的描述方法教学重点教学重点和难点和难点概念模型的概念、联系以及其具体的描述方法概念模型的概念、联系以及其具体的描述方法-E-R图图教学内容教学内容1、数据管理技术的产生和发展、数据管理技术的产生和发展2、数据模型及、数据模型及数据模型的组成要素3、概念模型、概念模型教学过程教学过程见

2、课件见课件1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程 人工管理阶段人工管理阶段 文件系统阶段文件系统阶段 数据库系统阶段数据库系统阶段人工管理阶段1、背景：、背景： 时间：时间：20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中 硬件：外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘硬件：外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘 软件：没有操作系统软件：没有操作系统2、特点：、特点： -数据不保存数据不保存 -无软件管理，由应用程序直接管理数据无软件管理，由应用程序直接管理数据 -数据不共享数据不共享 -数据不具有独立性数据不具有独立性文件管理阶段1、背景、背景 时间：时间：20

3、世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中 硬件：有了磁盘、磁鼓等直接存储设别硬件：有了磁盘、磁鼓等直接存储设别 软件：有了操作系统软件：有了操作系统2、特点、特点 -数据可以长期保存数据可以长期保存 -由文件系统管理数据由文件系统管理数据 -共享性差，冗余大共享性差，冗余大 -数据独立性差数据独立性差应用程序1文件组1应用程序2应用程序n文件组2文件组n存取方法数据库系统阶段1、背景：、背景： 时间：时间：60年代末年代末 硬件：大容量磁盘，硬件价格下降硬件：大容量磁盘，硬件价格下降 软件：软件价格上升软件：软件价格上升2、特点：、特点：1）数据结构化数据结构化(p9图图1.5,1.6)2）

4、共享性高，冗余度低，易扩充）共享性高，冗余度低，易扩充3）数据独立性高）数据独立性高4）数据由）数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制-数据的安全性（数据的安全性（Security）保）保护护-数据的完整性（数据的完整性（Integrity）检）检查查-并发（并发（Concurrency）控制）控制-数据库恢复（数据库恢复（Recovery）应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序DBMS.数据库数据库综上所述，数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的数据集合。它可以供多个用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运行和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据

5、的安全性、完整性，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复。举例说明文件管理阶段和数据库阶段的不同之处：文件管理阶段：图书管理部门(学号，姓名，性别，专业，书号，借书日期，还书日期)学生管理部门(学号，姓名，性别，专业，籍贯，奖惩，是否党员，家庭情况)数据库管理阶段：图书管理部门(学号，书号，借书日期，还书日期)学生管理部门(学号，姓名，性别，专业，籍贯，奖惩，是否党员，家庭情况)数据库管理阶段不会各自为政，而是共享一个数据库中的数据 1.2 数据模型 数据模型是数据库中用于抽象、表示和处理现实世界中数据和信息的工具。需要满足三方面的要求： 能比较真实地模拟现实世界

6、容易为人所理解 便于在计算机上实现 1.2.2 数据模型的组成要素1、数据结构、数据结构 是描述数据库的组成以及对象之间的联系。如下张幻灯片2、数据操作、数据操作 对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则。数据库主要有查询和更新两大类操作。3、完整性约束条件、完整性约束条件是一组完整性规则的集合。即是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则。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。举例：学生选课系统的数据结构Y YCHARCHAR专业专业0 0 男男1 1 女女N NINT性别性别N NCHAR(10)姓名姓名码码CHA

7、R(8)CHAR(8)学号学号说明说明空空类型类型属性属性0=0=100=100Y YINT成绩成绩CHAR(8)CHAR(8)课程号课程号分别是外码分别是外码一起是主码一起是主码CHAR(8)CHAR(8)学号学号说明说明空空类型类型属性属性N NINTINT学时学时N NCHAR(30)CHAR(30)课程名课程名码码CHAR(8)CHAR(8)课程号课程号说明说明空空类型类型属性属性学生关系模式学生关系模式课程关系模式课程关系模式学生选课关系模式学生选课关系模式实体-联系数据模型，即E-R(Entity-Relationship)数据模型, 是P. P. Chen 于1976年首先提出的

8、。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。其思想是把现实世界存在的事物都抽象为实体1.2.3 概念模型一、基本概念一、基本概念二、实体之间的联系二、实体之间的联系三、三、E-R模型图的描述方法模型图的描述方法1.实体实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物。可以是有生命的，如人、学生、职工等，也可以是无生命的，如一门课程、一个部门、一个专业、一个想法等。2.属性属性(attribute)：实体的每个特性称为一个属性。学生实体的属性有：学号、姓名、性别、出生日期、系别（201100001，张山，男，1994-4-3，计算机系）是属性值，表示一个学生。3.码：码：其值

9、能唯一地标识每个实体的属性或属性集合。如学号、身份证号。201100001-代表学生张山。4.域：域：属性的取值范围。如：性别（男，女），年龄的域必须为整数，学号的域为12位整数等一、基本概念一、基本概念5. 实体型实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体如：学生(学号，姓名，性别，年龄，专业，籍贯)6.实体值：实体值：型的一个具体赋值。如：（20120001，张山，男，20，计算机，湖南常德）7.实体集：实体集：同一类型实体的集合。8.联系：联系： 实体内部的联系：组成实体的各属性之间的联系实体 实体之间的联系：不同实体型之间的联系。一对一联系： 如果实体集A中每个实体至多和实体集

10、B中的一个实体有联系，反之亦然，就称实体集A和实体集B的联系为“一对一联系”，记为“1：1”。例如，车间和车间主任之间的管理联系是“一对一联系” 。其语义为：一个车间只有一个车间主任，一个车间主任只能管理一个车间。二、实体之间的联系二、实体之间的联系一对多联系：一对多联系：如果实体集A中每个实体与实体集B中的任意多个（零个或多个）实体有联系，而B中每个实体至多与实体集A中的一个实体有联系，就称实体集A对B的联系为“一对多联系”，记为“1：N”。例如，研究所与所内教师之间的联系、工厂里的车间和车间内工人之间的联系等。多对多联系：多对多联系：如果实体集A中的每个实体与实体集B中的任意个（零个或多个

11、）实体有联系，反之，实体集B中的每个实体与实体集A中的任意个（零个或多个）实体有联系，就称实体集A和B的联系为“多对多联系”，记为“M：N”联系例如，学生和课程之间的联系，一个学生可以选修多门课程，每门课程有多个学生选修。E-R模型图的描述方法：模型图的描述方法：表示联系将属性连接到实体集，用带有短线的直线表示实体集的主码属性用弧（连线）表示实体集之间的联系。每条孤上附加一对数表示对参与联系的每个角色的约束，即该角色参与到该联系中的最大可能性。三、三、E-R模型图的描述方法模型图的描述方法表示实体集表示属性1、用E-R图描述两个实体之间的一对一、一对多和多对多的联系。班级班长管理1:1联系11

12、班级学生组成1:n联系1n课程学生选修m:n联系mn2、用E-R图表示实体集内实体之间的联系职工职工1 11 1配偶学生学生n n1 1学生-班长零件零件m mn n构成3、用E-R图表示多重联系和多元联系职工职工设备设备m mn nm mn n保养使用供应者供应者零件零件m mn n工程工程p p供应 数量数量工程工程零件零件工程工程- 零件零件MN职工职工职工号职工号出生日期出生日期 专长专长 姓名姓名 性别性别4、用E-R图表示实体属性和联系属性 5、原子聚合:原子聚合是用联系表示实体。即把实体之间的一个联系看作是更高层次的一个实体，对较低层次实体不予考虑。客户客户贷款贷款客户客户- -

13、贷款贷款贷款违规贷款违规处罚规则处罚规则概括的概念经常看作“是”IS_A联系。一个实体类型是另一个实体类型的超类型(supertype)或子类型(subtype)。通过概括可以减少冗余的描述。6 6、 概括概括(generalization)(generalization)学生学生本科生本科生IS_AIS_A实体实体-联系模型，实例一联系模型，实例一某学院准备进行学生学籍管理。学院包括四个系，16个班级；共开设25门必修课，10门选修课；有5位教授，10名副教授，20名讲师和10名助教参与基础课程教学；每位教师教授1到3门课程，每门课程安排2位以上的教师，但一门课程由一位教师承担；学生只属于一

14、个系，不过可以跨系选修课程，每学期选修4到8门课程，每门课程允许使用多本参考书。管理环境中的实体：院、系、班级、课程、教师、学生、参考书联系：院系，系班级，班级学生，学生课程，课程教师，课程参考书 学生教师？院组成系学生课程教师行政管理学生系学生课程教师参考书组成选修1nmn1n院名班级选修课必修课副教授 教授 讲师助教学生学籍管理院(院名、院长、地址、电话)系(系名、系主任、电话)学生(学号、姓名)课程(课程名、学分、学时)教师(教师名、课程名)参考书(书名、作者、出版社)n 1在真正的工作环境中，抽取的实体到底作在真正的工作环境中，抽取的实体到底作为实体，还是作为属性或者联系，是根据具体为

15、实体，还是作为属性或者联系，是根据具体情况而定的。情况而定的。舞蹈俱乐部教授交谊舞，提供个别指导和集体授课两种服务，个别指导，收取每人每小时40元，集体授课每人每小时收费5元。该俱乐部雇佣了专职和兼职两种类型的教师，专职教师每月付给固定工资，而兼职教师按授课人数和时间付工资。除了授课，该俱乐部每周举办两次舞会，目的是为学员提供实践的机会和场所，参加者每人收费6元。该俱乐部想开发一个信息系统来跟踪学生和他们所选的课程，并且用以统计每个教师应得的酬金及他们每节课的平均费用。实例二实例二分析：分析：1、在给定的工作环境中找出实体：课程、教师、舞会、学生、在给定的工作环境中找出实体：课程、教师、舞会、

16、学生2、找出实体之间的联系：课程、找出实体之间的联系：课程教师，学生教师，学生课程，学生课程，学生舞会。舞会。课程教师学生舞会集体授课个别指导专职兼职工号姓名电话地址工资人数时间工资课程名集体授课个别指导卡号姓名地址电话时间地点人数金额费用课程数评价评价E-RE-R数据模型数据模型数据库开发的早期，改正错误比晚期容易和便宜，一旦数据库设计完成，数据已经装入，处理数据的应用程序已经编写完，若再做修改，就需要大量的返工，甚至可能达到数百小时的工作量。因此在转换成数据模型之前，对概念模型进行评价是必要的。评价的方法是由设计人员和用户构造各种可能查询问题，然后把问题施加到设计上，用来检查设计的合理性，

17、虽然这种评价不能证明设计的正确性，但可以用来发现潜在的问题。如上例，欲查询某班级的班主任是谁，就应该增加联系。课堂练习：课堂练习：某企业集团某企业集团有若干工厂，每个工厂生产多种产品，且有若干工厂，每个工厂生产多种产品，且每一种产品可以在多个工厂生产，每个工厂按照固定的每一种产品可以在多个工厂生产，每个工厂按照固定的计划数量生产产品；每个工厂聘用多名职工，且每名职计划数量生产产品；每个工厂聘用多名职工，且每名职工只能在一个工厂工作，工厂聘用职工有聘期和工资。工只能在一个工厂工作，工厂聘用职工有聘期和工资。工厂的属性有工厂编号、厂名、地址，产品的属性有产工厂的属性有工厂编号、厂名、地址，产品的属性有产品编