数据库系统结构

数据库系统结构????数据模型概念层数据模型组织层数据模型数据库系统的结构第一页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据模型?模型是现实世界感兴趣的内容的抽象特征的模拟和抽象。（是理解系统的思维工具）?数据模型是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的。（如：数据库、文件）?数据模型应满足三个条件：?能比较真实地模拟现实世界?容易被人们理解?便于在计算机上实现第二页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据模型分类?不同的数据模型实际上是提供给我们模型化数据和信息的不同工具。?第一类是概念层模型：从数据的语义视角来抽取模型，此模型是按用户的观点来对数据和信息进行建模。?第二类是组织层模型：从数据的组织层次来描述数据，主要包括层次模型、网状模型、关系模型以及对象-关系模型。此模型是从计算机系统的观点对数据进行建模，主要用于DBMS的实现。第三页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据模型?数据模型是数据库系统的核心和基础。?DBMS都基于某种数据模型。?为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一具体DBMS支持的数据模型，通常首先将现实世界抽象为信息世界(概念层模型），然后再将信息世界转换为机器世界（组织层模型）。?概念层模型与DBMS无关，组织层模型与DBMS有关第四页，编辑于星期一：二十点四十二分。现实世界客观事物的抽象过程现实世界人的认识抽象信息世界：概念模型转换机器世界：具体DBMS支持的数据模型第五页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据的两个特征?静态特性：包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束。?动态特征：指定义在数据上的操作。比如对学生的基本信息可以查询、修改和增加新记录等。第六页，编辑于星期一：二十点四十二分。概念层数据模型?概念层次模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次?概念层次模型：抽象现实系统中有应用价值的元素及其关联，反映现实系统中有应用价值的信息结构，不依赖于数据的组织结构?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?是数据库设计人员和用户之间进行交流的工具?是面向用户、面向现实世界的数据模型，是与DBMS无关?常用的概念模型：实体-联系模型、语义对象模型第七页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?陈品山博士于1976年3月ACMTransactionsonDatabaseSystems上发表了《TheEntity-RelationshipModel--TowardaUnifiedViewofData》一文。由于大众广泛使用实体联系模型，而这篇文章已成为计算机科学38篇被广泛引用的论文中之一。且被誉为全世界最具计算机软件开发技术的16位科学家之一。?实体?属性?联系第八页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?实体?具有公共性质的可相互区分的现实世界对象的集合。?可以是具体的事物，也可以是抽象的概念或联系?具体的事物：学生、课程、职工第九页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?实体的表示方式?在E-R图中用矩形框表示实体，把实体名写在框内，比如学生实体可以表示为：学生第十页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?属性：实体所具有的特征或性质。????身高年龄性别体重第十一页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?联系：是数据之间的关联集合，是客观存在的应用语义链?实体内部的联系：一个实体内属性之间的联系?职工实体内部的职工号和此职工的部门经理号?实体之间的联系：不同实体之间的联系?课程实体和学生实体之间存在选课联系第十二页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?联系的表示方式?实体之间的联系用菱形框表示，框内写上联系名，并用连线与有关的实体相连实体1联系名实体2第十三页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?联系的种类?一对一联系(1:1)?一对多联系(1:n)?多对多联系(m:n)第十四页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?一对一联系(1:1)?如果实体A中的每个实例在实体B中至多有一个（也可以没有）实例与之关联，反之亦然，则称实体A与实体B具有一对一联系，记作：1:1。第十五页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?一对一联系的例子?部门和正经理（假设一个部门只有一个正经理，一个人只当一个部门的经理）、系和正系主任（假设一个系只有一个正主任，一个人只当一个系的主任）都是一对一联系。经理1管理1部门第十六页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?一对多的联系(1:n)?如果实体A与实体B之间存在联系，并且对于实体A中的一个实例，实体B中有多个实例与之对应；而对实体B中的任意一个实例，在实体A中都只有一个实例与之对应，则称实体A到实体B的联系是一对多的，记为1:n。第十七页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?一对多联系的例子?有部门和职工两个实体，并且有语义：一个部门可以有多名职工，但是一个职工只在一个部门工作。则部门和职工之间的联系是一对多的，我们把这种联系命名为工作。部门1工作n职工第十八页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?多对多的联系(m:n)?如果实体A与实体B之间存在联系，并且对于实体A中的一个实例，实体B中有多个实例与之对应；而对实体B中的一个实例，在实体A中也有多个实例与之对应，则称实体A到实体B的联系是多对多的，记为m:n。第十九页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?多对多联系的例子?有学生和课程两个实体，并且有语义：一个学生可以修多门课程，一门课程可以被多个学生修。那么学生和课程之间的联系就是多对多的，我们把这种联系命名为选课。学生m选课n课程第二十页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?关联多个实体的联系?顾客购买商品：?每个顾客可以从多个售货员那里购买商品，并且可以购买多种商品；?每个售货员可以向多名顾客销售商品，并且可以销售多种商品；?每种商品可由多个售货员销售，并且可以销售给多名顾客。第二十一页，编辑于星期一：二十点四十二分。实体-联系模型?关联多个实体的联系?顾客购买商品售货员销售商品mnp顾客第二十二页，编辑于星期一：二十点四十二分。组织层数据模型?层次数据模型?网状数据模型?关系数据模型第二十三页，编辑于星期一：二十点四十二分。层次数据模型?采用层次模型作为数据的组织方式。?典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）数据库管理系统，是该公司1968年推出的第一个大型商用数据库管理系统。?层次模型用树形结构表示实体和实体之间的联系。?构成层次模型的树由结点和连线组成，结点表示实体，连线表示相连的两个实体间的联系，这种联系是一对多的。通常把表示“一”的实体放在上方，称为父结点；把表示“多”的实体放在下方，称为子结点。第二十四页，编辑于星期一：二十点四十二分。层次模型的两点限制?有且仅有一个结点无父结点，这个结点即为树的根?其他结点有且仅有一个父结点第二十五页，编辑于星期一：二十点四十二分。层次结构示意图学校编号学校名称所在城市系名系主任系人数处名处长办公地点教研室室主任室人数学号姓名性别年龄教师号教师名职称第二十六页，编辑于星期一：二十点四十二分。层次模型对多对多关系的表示学号姓名性别1:m年龄课程号课程名1:n学分学号课程号成绩学号姓名性别1:n年龄课程号课程名1:m学分学号课程号成绩学号课程号成绩第二十七页，编辑于星期一：二十点四十二分。网状数据模型?用图形结构表示实体和实体之间的联系的数据模型就称为网状数据模型。?去掉了层次模型中的两点限制。?可以直接表示多对多的联系。?同样使用父结点和子结点这样的术语，并且同样一般把父结点放置在子结点的上方。?典型代表是CODASYL系统，它是CODASYL组织的标准建议的具体实现。第二十八页，编辑于星期一：二十点四十二分。网状结构示意图学号姓名性别年龄S-G课程号课程名C-G学分学号课程号成绩C-C教师号教师名职称T-C课程号教师号授课学时第二十九页，编辑于星期一：二十点四十二分。关系数据模型?把数据看成是二维表中的元素，而这个二维表就是关系?用关系（表格数据）表示实体和实体之间联系的模型称为关系数据模型?示例：学生基本信息表第三十页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?三级模式结构?二级映象功能?数据库管理系统第三十一页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?三级模式结构?模式描述了数据库中全体数据的逻辑结构和特征。?只涉及到型的描述，不涉及具体的值。?关系模式是关系的“型”或元组结构共性的描述。第三十二页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?关系模式表头（关系模式）元组属性1属性2…属性n第三十三页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?三级模式结构(单个用户视图)外模式1外模式2…外模式n(公共用户视图)概念模式(存储视图)内模式第三十四页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?概念模式是关系的。?外模式也是关系的或接近关系的，其内容来自概念模式，它最接近用户。?内模式不是关系的，它是数据的物理存储方式。第三十五页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?外模式?也称为用户模式、子模式。?用户对现实系统中感兴趣整体的局部数据结构的描述。?是DB整体数据结构的子集或局部重构。?用外模式定义语言表达。例，对RDB，定义视图结构。?是保证数据库安全的一个措施。第三十六页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?概念模式?也称为逻辑模式或模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据描述。?是数据库系统结构的中间层。?用模式定义语言表达。例，对关系数据库，定义：表头结构、属性取值范围、…。第三十七页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?二级映象功能?数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑地、抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。?为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映象：?外模式/模式映象?模式/内模式映象第三十八页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?模式间的映象（DBMS基本功能之一）?维持DB数据与DB应用程序相互独立，从而使DB应用程序不随DB数据的逻辑或存储结构的变动而变动。第三十九页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?模式/内模式映象?当存储结构改变时，可（由DBA）用内模式定义语句，调整内模式定义，从而保持模式不变。?数据和程序物理独立（存储独立）第四十页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库系统的结构?外模式/模式映象?当模式改变时，可用外模式/模式定义语句，调整外模式/模式映象定义，从而保持外模式不变。?数据和程序逻辑独立（概念独立）第四十一页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库管理系统?DBMS是处理数据库访问的系统软件。?处理过程:?用户使用数据库语言发出一个访问请求；?DBMS接受请求并分析；?DBMS检查用户外模式、相应的外模式／概念模式间的映象、概念模式、概念模式／内模式间的映象和存储结构定义。第四十二页，编辑于星期一：二十点四十二分。数据库管理系统－功能与组成源模式和映象DDL处理器计划