數據庫系統結構????數據模型概念層數據模型組織層數據模型數據庫系統的結構第一頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據模型?模型是現實世界感興趣的內容的抽象特征的模擬和抽象。（是理解系統的思維工具）?數據模型是用來抽象、表示和處理現實世界中的數據和信息的。（如：數據庫、文件）?數據模型應滿足三個條件：?能比較真實地模擬現實世界?容易被人們理解?便于在計算機上實現第二頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據模型分類?不同的數據模型實際上是提供給我們模型化數據和信息的不同工具。?第一類是概念層模型：從數據的語義視角來抽取模型，此模型是按用戶的觀點來對數據和信息進行建模。?第二類是組織層模型：從數據的組織層次來描述數據，主要包括層次模型、網狀模型、關系模型以及對象-關系模型。此模型是從計算機系統的觀點對數據進行建模，主要用于DBMS的實現。第三頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據模型?數據模型是數據庫系統的核心和基礎。?DBMS都基于某種數據模型。?為了把現實世界中的具體事物抽象、組織為某一具體DBMS支持的數據模型，通常首先將現實世界抽象為信息世界(概念層模型），然后再將信息世界轉換為機器世界（組織層模型）。?概念層模型與DBMS無關，組織層模型與DBMS有關第四頁，編輯于星期一：二十點四十二分。現實世界客觀事物的抽象過程現實世界人的認識抽象信息世界：概念模型轉換機器世界：具體DBMS支持的數據模型第五頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據的兩個特征?靜態特性：包括數據的基本結構、數據間的聯系和數據中的約束。?動態特征：指定義在數據上的操作。比如對學生的基本信息可以查詢、修改和增加新記錄等。第六頁，編輯于星期一：二十點四十二分。概念層數據模型?概念層次模型實際上是現實世界到機器世界的一個中間層次?概念層次模型：抽象現實系統中有應用價值的元素及其關聯，反映現實系統中有應用價值的信息結構，不依賴于數據的組織結構?概念模型用于信息世界的建模，是現實世界到信息世界的第一層抽象?是數據庫設計人員和用戶之間進行交流的工具?是面向用戶、面向現實世界的數據模型，是與DBMS無關?常用的概念模型：實體-聯系模型、語義對象模型第七頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?陳品山博士于1976年3月ACMTransactionsonDatabaseSystems上發表了《TheEntity-RelationshipModel--TowardaUnifiedViewofData》一文。由于大眾廣泛使用實體聯系模型，而這篇文章已成為計算機科學38篇被廣泛引用的論文中之一。且被譽為全世界最具計算機軟件開發技術的16位科學家之一。?實體?屬性?聯系第八頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?實體?具有公共性質的可相互區分的現實世界對象的集合。?可以是具體的事物，也可以是抽象的概念或聯系?具體的事物：學生、課程、職工第九頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?實體的表示方式?在E-R圖中用矩形框表示實體，把實體名寫在框內，比如學生實體可以表示為：學生第十頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?屬性：實體所具有的特征或性質。????身高年齡性別體重第十一頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?聯系：是數據之間的關聯集合，是客觀存在的應用語義鏈?實體內部的聯系：一個實體內屬性之間的聯系?職工實體內部的職工號和此職工的部門經理號?實體之間的聯系：不同實體之間的聯系?課程實體和學生實體之間存在選課聯系第十二頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?聯系的表示方式?實體之間的聯系用菱形框表示，框內寫上聯系名，并用連線與有關的實體相連實體1聯系名實體2第十三頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?聯系的種類?一對一聯系(1:1)?一對多聯系(1:n)?多對多聯系(m:n)第十四頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?一對一聯系(1:1)?如果實體A中的每個實例在實體B中至多有一個（也可以沒有）實例與之關聯，反之亦然，則稱實體A與實體B具有一對一聯系，記作：1:1。第十五頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?一對一聯系的例子?部門和正經理（假設一個部門只有一個正經理，一個人只當一個部門的經理）、系和正系主任（假設一個系只有一個正主任，一個人只當一個系的主任）都是一對一聯系。經理1管理1部門第十六頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?一對多的聯系(1:n)?如果實體A與實體B之間存在聯系，并且對于實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應；而對實體B中的任意一個實例，在實體A中都只有一個實例與之對應，則稱實體A到實體B的聯系是一對多的，記為1:n。第十七頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?一對多聯系的例子?有部門和職工兩個實體，并且有語義：一個部門可以有多名職工，但是一個職工只在一個部門工作。則部門和職工之間的聯系是一對多的，我們把這種聯系命名為工作。部門1工作n職工第十八頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?多對多的聯系(m:n)?如果實體A與實體B之間存在聯系，并且對于實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應；而對實體B中的一個實例，在實體A中也有多個實例與之對應，則稱實體A到實體B的聯系是多對多的，記為m:n。第十九頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?多對多聯系的例子?有學生和課程兩個實體，并且有語義：一個學生可以修多門課程，一門課程可以被多個學生修。那么學生和課程之間的聯系就是多對多的，我們把這種聯系命名為選課。學生m選課n課程第二十頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?關聯多個實體的聯系?顧客購買商品：?每個顧客可以從多個售貨員那里購買商品，并且可以購買多種商品；?每個售貨員可以向多名顧客銷售商品，并且可以銷售多種商品；?每種商品可由多個售貨員銷售，并且可以銷售給多名顧客。第二十一頁，編輯于星期一：二十點四十二分。實體-聯系模型?關聯多個實體的聯系?顧客購買商品售貨員銷售商品mnp顧客第二十二頁，編輯于星期一：二十點四十二分。組織層數據模型?層次數據模型?網狀數據模型?關系數據模型第二十三頁，編輯于星期一：二十點四十二分。層次數據模型?采用層次模型作為數據的組織方式。?典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數據庫管理系統，是該公司1968年推出的第一個大型商用數據庫管理系統。?層次模型用樹形結構表示實體和實體之間的聯系。?構成層次模型的樹由結點和連線組成，結點表示實體，連線表示相連的兩個實體間的聯系，這種聯系是一對多的。通常把表示“一”的實體放在上方，稱為父結點；把表示“多”的實體放在下方，稱為子結點。第二十四頁，編輯于星期一：二十點四十二分。層次模型的兩點限制?有且僅有一個結點無父結點，這個結點即為樹的根?其他結點有且僅有一個父結點第二十五頁，編輯于星期一：二十點四十二分。層次結構示意圖學校編號學校名稱所在城市系名系主任系人數處名處長辦公地點教研室室主任室人數學號姓名性別年齡教師號教師名職稱第二十六頁，編輯于星期一：二十點四十二分。層次模型對多對多關系的表示學號姓名性別1:m年齡課程號課程名1:n學分學號課程號成績學號姓名性別1:n年齡課程號課程名1:m學分學號課程號成績學號課程號成績第二十七頁，編輯于星期一：二十點四十二分。網狀數據模型?用圖形結構表示實體和實體之間的聯系的數據模型就稱為網狀數據模型。?去掉了層次模型中的兩點限制。?可以直接表示多對多的聯系。?同樣使用父結點和子結點這樣的術語，并且同樣一般把父結點放置在子結點的上方。?典型代表是CODASYL系統，它是CODASYL組織的標準建議的具體實現。第二十八頁，編輯于星期一：二十點四十二分。網狀結構示意圖學號姓名性別年齡S-G課程號課程名C-G學分學號課程號成績C-C教師號教師名職稱T-C課程號教師號授課學時第二十九頁，編輯于星期一：二十點四十二分。關系數據模型?把數據看成是二維表中的元素，而這個二維表就是關系?用關系（表格數據）表示實體和實體之間聯系的模型稱為關系數據模型?示例：學生基本信息表第三十頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?三級模式結構?二級映象功能?數據庫管理系統第三十一頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?三級模式結構?模式描述了數據庫中全體數據的邏輯結構和特征。?只涉及到型的描述，不涉及具體的值。?關系模式是關系的“型”或元組結構共性的描述。第三十二頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?關系模式表頭（關系模式）元組屬性1屬性2…屬性n第三十三頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?三級模式結構(單個用戶視圖)外模式1外模式2…外模式n(公共用戶視圖)概念模式(存儲視圖)內模式第三十四頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?概念模式是關系的。?外模式也是關系的或接近關系的，其內容來自概念模式，它最接近用戶。?內模式不是關系的，它是數據的物理存儲方式。第三十五頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?外模式?也稱為用戶模式、子模式。?用戶對現實系統中感興趣整體的局部數據結構的描述。?是DB整體數據結構的子集或局部重構。?用外模式定義語言表達。例，對RDB，定義視圖結構。?是保證數據庫安全的一個措施。第三十六頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?概念模式?也稱為邏輯模式或模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數據描述。?是數據庫系統結構的中間層。?用模式定義語言表達。例，對關系數據庫，定義：表頭結構、屬性取值范圍、…。第三十七頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?二級映象功能?數據庫系統的三級模式是對數據的三個抽象級別，它把數據的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數據，而不必關心數據在計算機中的具體表示方式與存儲方式。?為了能夠在內部實現這三個抽象層次的聯系和轉換，數據庫管理系統在三級模式之間提供了兩層映象：?外模式/模式映象?模式/內模式映象第三十八頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?模式間的映象（DBMS基本功能之一）?維持DB數據與DB應用程序相互獨立，從而使DB應用程序不隨DB數據的邏輯或存儲結構的變動而變動。第三十九頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?模式/內模式映象?當存儲結構改變時，可（由DBA）用內模式定義語句，調整內模式定義，從而保持模式不變。?數據和程序物理獨立（存儲獨立）第四十頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫系統的結構?外模式/模式映象?當模式改變時，可用外模式/模式定義語句，調整外模式/模式映象定義，從而保持外模式不變。?數據和程序邏輯獨立（概念獨立）第四十一頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫管理系統?DBMS是處理數據庫訪問的系統軟件。?處理過程:?用戶使用數據庫語言發出一個訪問請求；?DBMS接受請求并分析；?DBMS檢查用戶外模式、相應的外模式／概念模式間的映象、概念模式、概念模式／內模式間的映象和存儲結構定義。第四十二頁，編輯于星期一：二十點四十二分。數據庫管理系統－功能與組成源模式和映象DDL處理器計劃