数据库技术-第二讲关系模型

数据库系统概论

第二讲关系模型(2)主讲：顾曦电话：Email：回顾数据模型逻辑模型的种类数据库的三级模式

数据库的三级模式结构应用A应用B应用C应用E应用F外模式1外模式2外模式3应用D应用G模式内模式数据库DBMS1、数据库管理系统

（DBMS）21:5831.1数据库管理系统

(DatabaseManagementSystem，DBMS)定义位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。是基础软件，是一个大型复杂的软件系统DBMS的用途解决了文件处理系统中存在的问题有效地管理大量的数据，科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据涉及数据存储结构的定义和数据操作机制21:584DBMS的主要功能1

——数据定义功能提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理分类组织、存储和管理各种数据确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系提供多种存取方法提高存取效率21:585DataDefinitionLanguage(DDL)用于定义数据库模式的规范符号

Example: createtableteacher(

ID

char(5),

namevarchar(20),

dept_namevarchar(20),

salary

numeric(8,2))DDL编译器生成一系列的表格模板存储在数据字典中数据字典存储元数据（即，数据的数据）数据库模式完整性约束授权21:586DBMS的主要功能2

——数据操纵功能提供数据操纵语言(DML，DataManipulationLanguage)实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)数据库的事务管理和运行管理统一管理和控制数据库的建立、运行和维护保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复21:587DBMS的主要功能3数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库初始数据装载转换数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视分析等其它功能DBMS与网络中其它软件系统的通信两个DBMS系统的数据转换异构数据库之间的互访和互操作21:588数据库系统组成数据库系统(databasesystem,DBS)，是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统(及其应用开发工具)、应用系统、数据库管理员和最终用户构成数据库管理员(databaseadministrator,DBA)，是指数据库的建立、使用和维护等的工作人员

DBMS

设计工具子系统

表生成工具 窗体生成工具 查询生成工具

数据库 报表生成工具 过程语言编译器引擎

运行子系统

窗体处理器 查询处理器 报表书写器 过程语言执行数据库系统的组成数据库用户数据元数据索引应用元数据应用程序应用程序开发人员用户21:589数据库管理系统的组成查询处理器：对用户请求的SQL操作进行查询优化，从而找到一个最优的执行策略，然后向存储管理器发出命令，使其执行存储管理器：根据执行策略，从数据库中获取相应的数据，或更新数据库中相应的数据事务管理器：负责保证系统的完整性，保证多个同时运行的事务不发生冲突操作，以及保证当系统发生故障时数据不会丢失

查询处理器存储管理器事务管理器数据库模式更新查询更新DBMS的主要组成部分数据库的查询过程不同的用户使用不同的查询工具数据库执行查询过程是复杂的21:5811数据库系统的相关人员开发、管理和使用数据库系统的人员：数据库管理员系统分析员数据库设计人员应用程序员最终用户不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图

DB应用系统外模式用户数据库系统中相关人员的数据视图DBMSOS客户端模式内模式用户应用程序员DBA系统分析员数据抽象级别软件系统层次1.2数据库管理系统的主要特点数据结构化：数据库管理系统实现数据的整体结构化，这是数据库的主要特征之一，也是数据库管理系统与文件系统的本质区别一是指数据不仅仅是内部结构化，而是将数据以及数据之间的联系统一管理起来，使之结构化。问题：如何记录学生的成绩？需要记录的信息：学生信息，课程信息，成绩信息21:5814

学生、课程、学生成绩文件结构姓名性别学号出生日期所学专业家庭住址联系电话学生文件Student的记录结构课程号课程名称教材名称学时学分课程文件Course的记录结构学号课程号学期成绩学生成绩文件Score的记录结构数据库管理系统的主要特点二是指在数据库中的数据不是仅仅针对某一个应用，而是面向全组织的所有应用。例如，一个学校的信息系统中不仅要考虑教务处的学生成绩管理，还要考虑学生处的学籍注册管理、学生奖惩管理、学生家庭成员管理，以及财务处的学生缴费管理；同时还要考虑研究生院的研究生管理、科研处的科研管理、人事处的教职工人事管理和工资管理等。因此，学校信息系统中的学生数据要面向全校各个职能管理部门和院系的应用，而不仅仅是教务处的一个学生成绩管理应用。

某校信息管理系统中的学生数据姓名性别学号出生日期所学专业…学生基本情况课程号课程名称…课程学号课程号学期成绩学生成绩日期学号管理员学生学籍注册日期学号奖惩条目学生奖惩序号学号与本人关系学生家庭成员成员姓名详细情况日期学号管理员学生缴费金额数据库管理系统的主要特点数据的共享度高，冗余度底，易扩充数据库管理系统从整体角度描述和组织数据，数据不再是面向某个应用，而是面向整个系统因此，数据可以被多个用户、多个应用共享使用数据共享可以大大减少数据的冗余，避免数据之间的不一致性

数据独立性高数据独立性是用来描述数据与应用程序之间的依赖程度，包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性，依赖程度越低则独立性越高物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的21:5817数据库管理系统的主要特点数据库管理系统的主要特点数据由数据库管理系统（DBMS）统一管理和控制

数据的安全性保护：保护数据以防止不合法的使用造成数据的泄密和破坏数据的完整性检查：将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系并发控制：对多个用户或应用同时访问同一个数据的并发操作加以控制和协调，确保得到正确的修改结果或数据库的完整性不遭到破坏数据库恢复：当计算机系统发生硬件或软件故障时，需要将数据库从错误状态恢复到某一已经正确状态

应用程序或用户1应用程序或用户2应用程序或用户n…数据库数据库管理系统阶段应用程序与数据之间的对应关系数据库管理系统2、关系模型

（Relationaldatamodel）2.1概述关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。关系数据结构:关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。关系数据库是表的集合，即关系的集合。表是一个实体集，一行就是一个实体，它由共同表示一个实体的有关联的若干属性的值所构成。21:5820关系操作关系模型的数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系(元组的集合)关系操作主要包括：查询:选择、投影、连接、除、并、交、差数据更新:插入、删除、修改查询的表达能力是其中最主要的部分关系数据模型的完整性约束21:58212.2关系数据结构2.2.1关系数据结构与表关系数据结构的描述包含模式（数据结构的定义）和数据。21:5822关系数据结构表关系（一张）二维表关系名表名关系模式表头（表格的描述）元组记录或行属性、属性名、属性值列、列名、列值分量一条记录中的一个列值关系模型中的常用术语关系(relation)：一个关系对应一张二维表，每一个关系有一个名称即关系名；元组(tuple)：表中的一行称为一个元组；属性(attribute)：表中的一列称为一个属性，每一个属性有一个名称即属性名；码(key)：也称为码键。表中的某个属性或属性组，它可以唯一地确定关系中的一个元组；域(domain)：属性的取值范围；分量(component)：元组中的一个属性值；关系模式(relationalschema)：通过关系名和属性名列表对关系进行描述，相当于二维表的表头部分(即表格的描述部分)关系模式的一般形式：关系名(属性名1，属性名2，…，属性名n)21:5823示例学生记录表21:58学号姓名年龄性别系名年级2011004张飞19男工业工程32011006郭靖20男机工32011008小乔18女机电3………………码元组关系名属性分量关系模式：学生记录表（学号，姓名，性别，系名，年级）模式数据关系必须是规范化的关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表21:58职工号姓名职称工资扣除实发基本津贴职务房租水电86052关羽前将军1305120050160112228386053张飞车骑将军130512004016011222732.2.2关系数据结构的形式化定义D1×D2×…×Dn的子集称为在D1,D2,…,Dn上的关系，表示为：

r(D1,D2,…,Dn)其中，r表示关系的名字，n是关系的目或度(degree)。当n=1时，称该关系为单元关系；当n=2时，称该关系为二元关系。

关系是笛卡尔积的有限子集，表的每行对应于关系的一个元组，表的每列对应于关系的一个域。由于域可以相同，为了区别就必须给每列起一个名字，称为属性(attribute)。n目关系共有n个属性。

21:5826关系数据结构的形式化定义超码：对于关系r的一个或多个属性的集合A，如果属性集A可以唯一地标识关系r中的一个元组，则称属性集A为关系r的一个超码(superkey)

。候选码：对于关系r的一个或多个属性的集合A，如果属性集A的任意真子集都不能成为关系r的超码，则称属性集A为候选码(candidatekey)

。主码：若一个关系有多个候选码，则可以选定其中的一个候选码作为该关系的主码。空值：所有可能的域的一个取值，表明值未知或不存在。

如果某学生的speciality属性值为null，则表示该学生还没有明确所学专业，或不知道他的所学专业。举例：Student关系studentNostudentNamesexbirthday speciality

0701001 李小勇 男1990-12-21 计算机 0701008 王红 男1992-04-26 计算机

0802002 刘方晨 女1990-11-11 信息系统 0802005 王红敏 女1990-10-01 信息系统 0703045 王红 男1992-04-26 会计学

0703010 李宏冰 女1992-03-09 会计学 超码：studentNo，{studentNo,studentName}、{studentNo,sex}、

{studentNo,studentName,speciality}、…候选码：studentNo和{studentName,speciality}——与语义有关主码：studentNo21:5827关系模式关系的描述称为关系模式(relationschema)。形式化地表示为：r(U,D,DOM,F)

其中：r为关系名； U为组成该关系的属性名的集合； D为属性集U中所有属性所来自的域的集合； DOM为属性向域的映像集合； F为属性间数据的依赖关系集合(即体现一个元组的各属性取值之间的“关联”性)。关系模式通常被简记为：r(U)或r(A1,A2,…,An)

其中：r为关系名，U为属性名的集合{A1,A2,…,An}

关系模式关系数据库也有型和值之分型是关系数据库模式，即它所包含的所有关系模式的集合；值是这些关系模式在某一时刻所对应的关系的集合，通常就称为关系数据库实例。在实际应用中，人们经常把关系数据库模式和关系数据库实例都笼统地称为关系数据库。举例：学生成绩管理数据库ScoreDB的模式Class(classNo:char(6),className:varchar(30),institute:varchar(30),

grade:smallint,classNum:tinyint)Student(studentNo:char(7),studentName:varchar(20),sex:char(2),birthday:

datetime,native:varchar(20),nation:varchar(30),classNo:char(6))Course(courseNo:char(5),courseName:varchar(30),creditHour:numeric,