第一章-数据库系统基础.ppt课件.ppt

1、第第1 1章章 数据库系统基础数据库系统基础1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理1.2 1.2 数据库技术的发展数据库技术的发展1.3 1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成1.4 1.4 数据库体系结构数据库体系结构1.5 1.5 数据库系统的分类数据库系统的分类下一页第第1 1章章 数据库系统基础数据库系统基础1.6 1.6 概念模型概念模型1.7 1.7 数据模型数据模型1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述上一页1.1.1 1.1.1 信息与数据信息与数据信息是现实世界中各种事物的存在方式、运动形态以及它们之信息是现实世界中各种事物的存在方式、运动形态以及它

2、们之间的相互联系等诸要素在人脑中的反映，通过人脑的抽象后形成概间的相互联系等诸要素在人脑中的反映，通过人脑的抽象后形成概念。念。数据一般是指信息的一种符号化表示方法，就是说用一定的符数据一般是指信息的一种符号化表示方法，就是说用一定的符号表示信息，而采用什么符号，完全是人为规定。所以数据的概念号表示信息，而采用什么符号，完全是人为规定。所以数据的概念包括两方面含义：一是数据的内容是信息，二是数据的表现形式是包括两方面含义：一是数据的内容是信息，二是数据的表现形式是符号。符号。1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理下一页 返回1.1.2 1.1.2 信息与数据的关系信息与数据的

3、关系信息是用数据来表示的，但两者是不可分离而又有一些区别的信息是用数据来表示的，但两者是不可分离而又有一些区别的概念。一方面并非任何数据都能表达信息，信息是数据的内涵，是概念。一方面并非任何数据都能表达信息，信息是数据的内涵，是对数据的语义解释；另一方面，数据是信息的符号表示或载体，是对数据的语义解释；另一方面，数据是信息的符号表示或载体，是信息的具体表现。数据是承载信息的物理符号或称之为载体，而信信息的具体表现。数据是承载信息的物理符号或称之为载体，而信息是数据的内涵。息是数据的内涵。两者的区别是：数据可以表示信息，但不是任何数据都能表示两者的区别是：数据可以表示信息，但不是任何数据都能表示

4、信息，同一数据也可以有不同的解释。信息是抽象的，同一信息可信息，同一数据也可以有不同的解释。信息是抽象的，同一信息可以有不同的数据表示方式。以有不同的数据表示方式。1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理下一页 返回上一页1.1.3 1.1.3 数据处理数据处理所谓数据处理，就是对各种形式的数据进行收集、组织、存储、所谓数据处理，就是对各种形式的数据进行收集、组织、存储、加工与传播等加工与传播等1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理返回上一页数据管理随着计算机软硬件的发展及电子数据处理技术的发展数据管理随着计算机软硬件的发展及电子数据处理技术的发展经历了人工管

5、理、文件系统、数据库系统经历了人工管理、文件系统、数据库系统3 3个阶段。个阶段。1.2.1 1.2.1 人工管理阶段人工管理阶段人工管理阶段主要是指人工管理阶段主要是指2020世纪世纪5050年代中期以前的这段时间，此年代中期以前的这段时间，此时的计算机还很简陋，连完整的操作系统都没有。因此，数据只能时的计算机还很简陋，连完整的操作系统都没有。因此，数据只能放在卡片上或其他介质上，由人来手工管理。放在卡片上或其他介质上，由人来手工管理。1.2 1.2 数据库技术的发展数据库技术的发展下一页 返回1.2.2 1.2.2 文件系统阶段文件系统阶段文件系统主要是指文件系统主要是指2020世纪世纪5

6、050年代后期到年代后期到2020世纪世纪6060年代中期的这年代中期的这段时间，此时的计算机已经有了操作系统。在操作系统基础之上建段时间，此时的计算机已经有了操作系统。在操作系统基础之上建立的文件系统已经成熟并广泛应用。因此，人们自然想到用文件把立的文件系统已经成熟并广泛应用。因此，人们自然想到用文件把大量的数据存储在磁盘这种介质上，以实现对数据的永久保存和自大量的数据存储在磁盘这种介质上，以实现对数据的永久保存和自动管理以及维护。动管理以及维护。1.2 1.2 数据库技术的发展数据库技术的发展下一页 返回上一页1.2.3 1.2.3 数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段是从数据库系统

7、阶段是从2020世纪世纪6060年代后期开始至今，这一时期，年代后期开始至今，这一时期，管理规模更庞大，从而数据量急剧增长，共享性要求更强。管理规模更庞大，从而数据量急剧增长，共享性要求更强。数据库系统的目标就是解决上面提到的在文件处理系统中存在数据库系统的目标就是解决上面提到的在文件处理系统中存在的问题。为了解决这些问题，数据库系统产生了，并且提出了很多的问题。为了解决这些问题，数据库系统产生了，并且提出了很多新的概念和算法，加速了数据库系统的发展。新的概念和算法，加速了数据库系统的发展。1.2 1.2 数据库技术的发展数据库技术的发展返回上一页从上面一节中我们已经知道了数据库系统是由数据库

8、、数据库从上面一节中我们已经知道了数据库系统是由数据库、数据库管理系统、支持数据库系统运行的软硬件、应用程序、数据库管理管理系统、支持数据库系统运行的软硬件、应用程序、数据库管理员和用户等组成，如员和用户等组成，如图图1.31.3所示。所示。1.3.1 1.3.1 数据库数据库数据库可以理解为是一个结构化的相关数据集合。数据库是依数据库可以理解为是一个结构化的相关数据集合。数据库是依照某种数据模型组织起来并存放二级存储器中的数据集合。这种数照某种数据模型组织起来并存放二级存储器中的数据集合。这种数据集合具有如下特点：尽可能不重复，以最优方式为某个特定组织据集合具有如下特点：尽可能不重复，以最优

9、方式为某个特定组织提供多种应用服务，其数据结构独立于使用它的应用程序，对数据提供多种应用服务，其数据结构独立于使用它的应用程序，对数据的增、删、改和检索由统一软件进行管理和控制。的增、删、改和检索由统一软件进行管理和控制。1.3 1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成下一页 返回主要是通过汇总各个数据库用户的文件，除去不必要冗余，然主要是通过汇总各个数据库用户的文件，除去不必要冗余，然后使各个文件相互联系，从而形成整体数据结构。联系是数据库的后使各个文件相互联系，从而形成整体数据结构。联系是数据库的重要特点，至于怎样实现这种联系，取决于数据库类型，类型不同，重要特点，至于怎样实现这种联系，取

10、决于数据库类型，类型不同，联系手段也不一样。联系手段也不一样。1.3.2 1.3.2 数据库系统硬件数据库系统硬件数据库系统硬件与一般计算机硬件一样也包括中央处理器数据库系统硬件与一般计算机硬件一样也包括中央处理器CPUCPU、内存储器、输入输出设备等基本设备，但为了满足数据存储的要求内存储器、输入输出设备等基本设备，但为了满足数据存储的要求它还应包括外存储器、数据通道等各种存储、处理和传输数据的硬它还应包括外存储器、数据通道等各种存储、处理和传输数据的硬件设备。件设备。1.3 1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成下一页 返回上一页1.3.3 1.3.3 数据库系统软件数据库系统软件数据库

11、系统的软件包括以下几类：数据库系统的软件包括以下几类：操作系统（操作系统（OSOS）。）。各种语言，如各种语言，如PascalPascal，C C语言等高级语言。语言等高级语言。应用程序，它是用户根据自己的应用需要而编写的。应用程序，它是用户根据自己的应用需要而编写的。数据库管理系统。数据库管理系统。1.3 1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成下一页 返回上一页1.3.4 1.3.4 数据库系统用户数据库系统用户管理、开发和使用数据库系统的人员主要包括以下管理、开发和使用数据库系统的人员主要包括以下4 4类。类。1.1.应用程序员应用程序员这类用户主要负责编写应用程序用以数据库与普通用户之

12、间进这类用户主要负责编写应用程序用以数据库与普通用户之间进行沟通。行沟通。2.2.系统程序员系统程序员负责安装负责安装DBMSDBMS、调整、调整DBMSDBMS与操作系统及其他部件的接口，设立与操作系统及其他部件的接口，设立维护维护DBMSDBMS及相关软件的工具，平衡用户间的资源，进行系统性能监及相关软件的工具，平衡用户间的资源，进行系统性能监视与调整及系统能力规划等。视与调整及系统能力规划等。1.3 1.3 数据库系统的组成数据库系统的组成下一页 返回上一页3.3.数据库管理员（数据库管理员（Database AdministratorDatabase Administrator，DBA

13、DBA）数据库管理员是支持数据库系统的专业技术人员。数据库管理员是支持数据库系统的专业技术人员。DBADBA必须熟悉必须熟悉企业全部数据的性质和用途。由于职责重要和任务复杂，企业全部数据的性质和用途。由于职责重要和任务复杂，DBADBA一般是一般是由业务水平较高，资历较深的人员担任。由业务水平较高，资历较深的人员担任。4.4.操作员操作员负责与用户交换信息，保持系统的联机运行，确定系统问题，负责与用户交换信息，保持系统的联机运行，确定系统问题，执行数据库重新组织，参与设备与故障的恢复过程，以及运行日志执行数据库重新组织，参与设备与故障的恢复过程，以及运行日志的管理。的管理。1.3 1.3 数据

14、库系统的组成数据库系统的组成返回上一页为了有效地组织、管理数据，人们为数据库设计了一个严谨的为了有效地组织、管理数据，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构。目前，尽管实际应用中的数据库系统软件多种多样，但体系结构。目前，尽管实际应用中的数据库系统软件多种多样，但它们都具有三级模式和二级映射的结构特征。它们都具有三级模式和二级映射的结构特征。1.4.1 1.4.1 数据库系统的层次数据库系统的层次数据库管理系统的一个主要作用就是隐藏关于数据存储和维护数据库管理系统的一个主要作用就是隐藏关于数据存储和维护的某些细节，而为用户提供数据在不同层次上的抽象视图，这就是的某些细节，而为用户提供数据在不同层

15、次上的抽象视图，这就是数据抽象。数据库管理系统通过数据抽象。数据库管理系统通过3 3个层次的抽象来向用户屏蔽复杂性，个层次的抽象来向用户屏蔽复杂性，简化系统的用户界面。这简化系统的用户界面。这3 3个层次也称为三级模式结构，由内模式、个层次也称为三级模式结构，由内模式、模式和外模式组成。三级模式结构如模式和外模式组成。三级模式结构如图图1.41.4所示。所示。1.4 1.4 数据库体系结构数据库体系结构下一页 返回1.1.内模式（物理级）内模式（物理级）物理层次的抽象，描述数据实际上是如何存储的。物理层次的抽象，描述数据实际上是如何存储的。2.2.模式（概念级）模式（概念级）比物理层稍高层次的

16、逻辑层抽象，描述数据库中存储什么数据比物理层稍高层次的逻辑层抽象，描述数据库中存储什么数据以及这些数据间存在什么关系。以及这些数据间存在什么关系。3.3.外模式（用户级）外模式（用户级）最高层次的视图层抽象，但只描述整个数据库的某个部分。最高层次的视图层抽象，但只描述整个数据库的某个部分。1.4 1.4 数据库体系结构数据库体系结构下一页 返回上一页通过以上三级模式结构，可以从通过以上三级模式结构，可以从3 3种不同的观点出发去观察数据种不同的观点出发去观察数据库中的数据，这就是库中的数据，这就是3 3种不同的数据观：外部数据观、概念数据观和种不同的数据观：外部数据观、概念数据观和内部数据观，

17、它们之间的差别在于对数据有不同的看法和理解。内部数据观，它们之间的差别在于对数据有不同的看法和理解。1.4.2 1.4.2 数据库系统层次间的映射数据库系统层次间的映射数据库系统数据库系统3 3个层次间的联系是通过二级映射来完成的。个层次间的联系是通过二级映射来完成的。（1 1）模式与外模式的映射）模式与外模式的映射模式与外模式的映射定义了某个外模式和模式的对应关系。对模式与外模式的映射定义了某个外模式和模式的对应关系。对应同一个模式，可以有任意多个外模式。当模式发生改变时，只要应同一个模式，可以有任意多个外模式。当模式发生改变时，只要改变其映射以保证外模式保持不变。改变其映射以保证外模式保持

18、不变。1.4 1.4 数据库体系结构数据库体系结构下一页 返回上一页（2 2）模式与内模式的映射）模式与内模式的映射模式与内模式的映射定义了数据的逻辑结构和存储结构之间的模式与内模式的映射定义了数据的逻辑结构和存储结构之间的对应关系，它说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据的对应关系，它说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据的存储结构发生变化时，改变模式与内模式的映射就能使模式改变。存储结构发生变化时，改变模式与内模式的映射就能使模式改变。1.4 1.4 数据库体系结构数据库体系结构返回上一页从用户角度来看，数据库系统分为单用户结构、主从式结构、从用户角度来看，数据库系统分为单用户

19、结构、主从式结构、分布式结构和客户服务器结构。分布式结构和客户服务器结构。1.5.1 1.5.1 单用户数据库系统单用户数据库系统单用户的数据库系统是最早期的最简单的数据库系统。在单用单用户的数据库系统是最早期的最简单的数据库系统。在单用户系统中，整个数据库系统包括应用程序、户系统中，整个数据库系统包括应用程序、DBMSDBMS、数据等都装在一、数据等都装在一台计算机上，由一个用户独占，不同的机器间不能共享数据。台计算机上，由一个用户独占，不同的机器间不能共享数据。1.5 1.5 数据库系统的分类数据库系统的分类下一页 返回1.5.2 1.5.2 主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统主

20、从式结构是指一个主机带多个终端的多用户结构。在这种结主从式结构是指一个主机带多个终端的多用户结构。在这种结构中，数据库系统，包括应用程序、构中，数据库系统，包括应用程序、DBMSDBMS、数据等集中存放在主机、数据等集中存放在主机上，所有任务都由主机完成，各个用户通过主机的终端并发地存取上，所有任务都由主机完成，各个用户通过主机的终端并发地存取数据，共享数据资源。数据，共享数据资源。1.5 1.5 数据库系统的分类数据库系统的分类下一页 返回上一页1.5.3 1.5.3 分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统是指数据库中的数据在逻辑上是个整分布式结构的数据库系统是指

21、数据库中的数据在逻辑上是个整体，但物理分布在计算机网络的不同结点上。网络的每一个结点都体，但物理分布在计算机网络的不同结点上。网络的每一个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用；也可以同时存可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用；也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用。取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用。1.5 1.5 数据库系统的分类数据库系统的分类下一页 返回上一页1.5.4 1.5.4 客户机客户机/服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统主从式数据库系统中的主机或者分布式数据库系统中的每个结主从式数据库系统中的主机或者分布式数据库系统中

22、的每个结点机都是一台通用计算机，既执行点机都是一台通用计算机，既执行DBMSDBMS功能，又执行应用程序。随功能，又执行应用程序。随着工作站功能的增强和广泛使用，人们开始把着工作站功能的增强和广泛使用，人们开始把DBMSDBMS的功能和应用分的功能和应用分开。网络中某些结点上的计算机专门执行开。网络中某些结点上的计算机专门执行DBMSDBMS功能，称为数据库服功能，称为数据库服务器，简称服务器，其他结点上的计算机安装务器，简称服务器，其他结点上的计算机安装DBMSDBMS外围应用开发工外围应用开发工具，支持用户的应用，称为客户机，这就是客户具，支持用户的应用，称为客户机，这就是客户/服务器结构

23、的数据服务器结构的数据库系统。库系统。1.5 1.5 数据库系统的分类数据库系统的分类返回上一页概念模型也称为概念模型也称为“实体联系模型实体联系模型”。实体联系模型就是人们为。实体联系模型就是人们为正确直观地反映客观事物及其联系，对所研究的信息世界建立的一正确直观地反映客观事物及其联系，对所研究的信息世界建立的一个抽象的模型，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设个抽象的模型，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语言。计人员和用户之间进行交流的语言。1.6.1 1.6.1 概念模型名词术语概念模型名词术语 实体（实体（EntityEntity）：客观存

24、在并可相互区别的事物称为实体。）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体既可以是实际的事物，也可以是抽象的概念或联系。实体既可以是实际的事物，也可以是抽象的概念或联系。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回 属性（属性（AttributeAttribute）：属性就是实体所具有的特性，一个实）：属性就是实体所具有的特性，一个实体可以由若干个属性描述。实体有很多特性，每一个特性称为属性。体可以由若干个属性描述。实体有很多特性，每一个特性称为属性。属性的具体体现称为属性值。属性值集合的取值范围成为属性值域。属性的具体体现称为属性值。属性值集合的取值范围成为属性值域。域（域（DomainDo

25、main）：属性的取值范围称为该属性的域。）：属性的取值范围称为该属性的域。实体集（实体集（Entity SetEntity Set）：具有相同属性的实体的集合称为实）：具有相同属性的实体的集合称为实体集。性质相同的同类实体的集合称为实体集。体集。性质相同的同类实体的集合称为实体集。键（键（KeyKey）：键是能够唯一地标识出一个实体集中每一个实）：键是能够唯一地标识出一个实体集中每一个实体的属性或属性组合，键也被称为关键字或码。体的属性或属性组合，键也被称为关键字或码。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页 联系（联系（RelationshipRelationship）：联系分为

26、两种，一种是实体内部）：联系分为两种，一种是实体内部各属性之间的联系，另一种是实体之间的联系。各属性之间的联系，另一种是实体之间的联系。1.6.2 1.6.2 实体间的联系实体间的联系联系是实体间的相互关联。实体间的联系有两种方式：一种是联系是实体间的相互关联。实体间的联系有两种方式：一种是实体集与实体集之间的联系，另一种是实体集内部的联系。实体集与实体集之间的联系，另一种是实体集内部的联系。1.6.3 E-R1.6.3 E-R图画法图画法描述概念模型的主要工具为描述概念模型的主要工具为E-RE-R图，图，19761976年年P.P.S.ChenP.P.S.Chen提出了提出了实体实体联系方法

27、（联系方法（Entity-Relationship ApproachEntity-Relationship Approach）。该方法用）。该方法用E-RE-R图来描述现实世界的概念模型。图来描述现实世界的概念模型。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页1.E-R1.E-R图的基本元素图的基本元素 矩形：代表实体集；在框内写上实体名，如矩形：代表实体集；在框内写上实体名，如 椭圆：代表属性；在椭圆内写上属性名，如椭圆：代表属性；在椭圆内写上属性名，如 菱形：代表实体间的联系集；联系以适用含义命名，名字写菱形：代表实体间的联系集；联系以适用含义命名，名字写在菱形框内，并用无向边将菱形

28、分别与有关的实体连接，联系的类在菱形框内，并用无向边将菱形分别与有关的实体连接，联系的类型可以是型可以是1:11:1，1:1:n n或或m m:n n（一对一、一对多、多对多联系）。（一对一、一对多、多对多联系）。图图1.101.10表示实体间的表示实体间的3 3种联系。种联系。连线：将属性与实体集相连或将实体集与联系集相连。除连连线：将属性与实体集相连或将实体集与联系集相连。除连线以外，每个元素上都标有它所代表的实体、属性或联系。线以外，每个元素上都标有它所代表的实体、属性或联系。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页学生学号需要说明的是，除了这些基本的需要说明的是，除了这些基本

29、的E-RE-R图构件以外，在实际应用当图构件以外，在实际应用当中，为了更加准确、形象、简单地描述被建模的对象，有时候也允中，为了更加准确、形象、简单地描述被建模的对象，有时候也允许设计人员自定义一些许设计人员自定义一些E-RE-R图的构件。在这件事情上，没有严格的规图的构件。在这件事情上，没有严格的规定，只要事先约定好了就可以。定，只要事先约定好了就可以。2.E-R2.E-R图画法图画法下面以教师、学生、课程下面以教师、学生、课程3 3个实体集为例解释如何画出其个实体集为例解释如何画出其E-RE-R图。图。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页信息如下：信息如下：教师：职工号、姓名

30、、年龄、职称。教师：职工号、姓名、年龄、职称。学生：学号、姓名、性别、年龄。学生：学号、姓名、性别、年龄。课程：课程号、课程名、学时数。课程：课程号、课程名、学时数。这个这个E-RE-R模型的具体建立过程如下：模型的具体建立过程如下：确定实体类型。确定实体类型。3 3个实体类型分别为教师、学生及课程。个实体类型分别为教师、学生及课程。确定联系类型。学生和课程之间是确定联系类型。学生和课程之间是n n:m m联系，课程和教师之联系，课程和教师之间是间是n n:1:1联系，分别定义联系类型是学习、任课。联系，分别定义联系类型是学习、任课。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页 确定实体

31、类型和联系类型属性。实体类型确定实体类型和联系类型属性。实体类型“学生学生”的属性是：的属性是：学号、姓名、性别、年龄。实体类型学号、姓名、性别、年龄。实体类型“课程课程”的属性是：课程号、的属性是：课程号、课程名、学时数。实体类型课程名、学时数。实体类型“教师教师”的属性是：职工号、姓名、年的属性是：职工号、姓名、年龄、职称。龄、职称。确定联系类型的属性。联系类型的属性应为两实体联系以后确定联系类型的属性。联系类型的属性应为两实体联系以后产生的属性。联系类型产生的属性。联系类型“学习学习”有属性有属性“成绩成绩”，联系类型，联系类型“任课任课”有属性有属性“班级班级”。画出画出E-RE-R图

32、，如图，如图图l.11l.11所示。所示。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页3.3.具体设计具体设计E-RE-R图时应遵循的原则图时应遵循的原则 针对特定用户的应用，确定实体、属性和实体间的联系，做针对特定用户的应用，确定实体、属性和实体间的联系，做出反映该用户视图的局部出反映该用户视图的局部E-RE-R图。图。综合各个用户的局部综合各个用户的局部E-RE-R图，产生反映数据库整体概念的总图，产生反映数据库整体概念的总体体E-RE-R图。在综合时，出现于不同图。在综合时，出现于不同E-RE-R图中的同名实体，只能在总体图中的同名实体，只能在总体E-RE-R图中出现一次，以便消除

33、冗余。要消除那些同名异义或同义异名图中出现一次，以便消除冗余。要消除那些同名异义或同义异名的现象，以保持数据一致性。的现象，以保持数据一致性。1.6 1.6 概念模型概念模型下一页 返回上一页另外，在综合时也可以在总体另外，在综合时也可以在总体E-RE-R图中增加新的联系。经过综合图中增加新的联系。经过综合后生成的总体后生成的总体E-RE-R图必须满足以下条件：图必须满足以下条件：能准确地反映原来的局部能准确地反映原来的局部E-RE-R图，包括属性、实体及相互联系。图，包括属性、实体及相互联系。整体概念一致性，不能存在相互矛盾的表达。应该指出，一个整体概念一致性，不能存在相互矛盾的表达。应该指

34、出，一个系统的系统的E-RE-R图不是唯一的。强调不同侧面和不同联系，生成的图不是唯一的。强调不同侧面和不同联系，生成的E-RE-R图图可能有很大的差别。可能有很大的差别。1.6 1.6 概念模型概念模型返回上一页1.7.1 1.7.1 数据模型的类型数据模型的类型数据库类型根据数据模型可划分为：层次模型、网状模型和关数据库类型根据数据模型可划分为：层次模型、网状模型和关系模型。系模型。1.1.层次模型层次模型层次模型是三大经典数据模型中出现得最早的一个，基于层次层次模型是三大经典数据模型中出现得最早的一个，基于层次模型的数据库管理系统模型的数据库管理系统IMSIMS是是IBMIBM公司于公司

35、于19681968年推出的世界上第一个年推出的世界上第一个数据库管理系统数据库管理系统DBMSDBMS。层次模型是以记录型为结点的有向树。在树。层次模型是以记录型为结点的有向树。在树中，把无双亲的记录称为根记录，其他记录称为从属记录。除根记中，把无双亲的记录称为根记录，其他记录称为从属记录。除根记录外，任何记录只有一个父记录。一个父记录可以有多个子记录。录外，任何记录只有一个父记录。一个父记录可以有多个子记录。1.7 1.7 数据模型数据模型下一页 返回2.2.网状模型网状模型网状模型也是较早出现的数据模型，其典型代表是美国网状模型也是较早出现的数据模型，其典型代表是美国CODASYLCODA

36、SYL组织的下属机构数据库任务组（组织的下属机构数据库任务组（DBTGDBTG）于）于19711971年年4 4月提出的月提出的DBTGDBTG报告。报告。目前实际运行的大多数网状数据库系统都是按目前实际运行的大多数网状数据库系统都是按DBTGDBTG规范实现的。规范实现的。网状模型和层次模型在本质上是一样的，网状是层次的一般形网状模型和层次模型在本质上是一样的，网状是层次的一般形式，而层次是网状的特殊形式。网状模型和层次模型一样都是用指式，而层次是网状的特殊形式。网状模型和层次模型一样都是用指针来实现两个文件之间的联系。其差别在于网状模型中的连线或指针来实现两个文件之间的联系。其差别在于网状

37、模型中的连线或指针更加复杂，更加纵横交错，数据结构不像层次模型那样简单、清针更加复杂，更加纵横交错，数据结构不像层次模型那样简单、清晰。晰。1.7 1.7 数据模型数据模型下一页 返回上一页3.3.关系模型关系模型IBMIBM公司的公司的E EF FCddCdd在在19701970年至年至19741974年发表了一系列有关关系年发表了一系列有关关系模型的论文，从而奠定了关系数据库的设计基础。模型的论文，从而奠定了关系数据库的设计基础。用表格数据来表示实体和实体间联系的模型叫关系模型。在关用表格数据来表示实体和实体间联系的模型叫关系模型。在关系模型中不存在指针，描述各个实体之间联系的信息也隐含在

38、关系系模型中不存在指针，描述各个实体之间联系的信息也隐含在关系中，所以在关系中应存放两类数据：实体本身的数据和实体间的联中，所以在关系中应存放两类数据：实体本身的数据和实体间的联系。系。1.7 1.7 数据模型数据模型下一页 返回上一页1.7.2 E-R1.7.2 E-R模型到关系模型的转换模型到关系模型的转换E-RE-R模型反映的是现实世界，无法定义数据库。当前大部分数据模型反映的是现实世界，无法定义数据库。当前大部分数据库都是关系数据库管理系统。我们可以把库都是关系数据库管理系统。我们可以把E-RE-R模型转换成关系模型，模型转换成关系模型，从而实现数据库的定义。从而实现数据库的定义。1.

39、E-R1.E-R模型到关系模型基本转换规则模型到关系模型基本转换规则 E-R E-R图中所有实体都用关系来表示，该关系包括对应实体的图中所有实体都用关系来表示，该关系包括对应实体的全部属性。全部属性。E-R E-R图中的联系，依据联系方式的不同，采用不同的方法进图中的联系，依据联系方式的不同，采用不同的方法进行转换。行转换。1.7 1.7 数据模型数据模型下一页 返回上一页2.2.几种不同联系情况几种不同联系情况E-RE-R图的转换图的转换（1 1）两实体间）两实体间1:1:n n联系联系两实体分别转换为关系，实体中的所有属性都对应为关系的属两实体分别转换为关系，实体中的所有属性都对应为关系的

40、属性，如果联系包括属性，也一并放入表示性，如果联系包括属性，也一并放入表示“n n”方实体对应的关系中。方实体对应的关系中。（2 2）两实体间的）两实体间的m m:n n联系联系 两实体分别转换为一个关系。两实体分别转换为一个关系。为联系单独建立一个关系，把两实体关系中的关键字均放入为联系单独建立一个关系，把两实体关系中的关键字均放入联系中作为其关键字。联系中作为其关键字。1.7 1.7 数据模型数据模型下一页 返回上一页（3 3）两实体间）两实体间1:11:1联系联系这种情况实际上是两实体间这种情况实际上是两实体间1:1:n n联系的特例，可在两实体对应的联系的特例，可在两实体对应的任一关系

41、中多设一个字段作为外部关键字。任一关系中多设一个字段作为外部关键字。1.7 1.7 数据模型数据模型返回上一页数据库是数据库应用系统处理信息的核心和基础，因而数据库数据库是数据库应用系统处理信息的核心和基础，因而数据库设计是数据库应用系统设计与开发的关键性工作。设计是数据库应用系统设计与开发的关键性工作。数据库设计包括信息系统数据模型的静态模型，即模式与子模数据库设计包括信息系统数据模型的静态模型，即模式与子模式的设计称为数据库的结构设计。在模型上的动态操作，即应用程式的设计称为数据库的结构设计。在模型上的动态操作，即应用程序设计称为数据库的行为设计。现代数据库设计方法强调数据库的序设计称为数

42、据库的行为设计。现代数据库设计方法强调数据库的结构设计与行为设计相结合，这是数据库设计的特点之一。结构设计与行为设计相结合，这是数据库设计的特点之一。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回对于从事数据库设计的人员来讲，应该具备多方面的技术和知对于从事数据库设计的人员来讲，应该具备多方面的技术和知识，主要有如下几项：识，主要有如下几项：计算机科学基础知识和程序设计技术。计算机科学基础知识和程序设计技术。数据库基本知识和数据库设计技术。数据库基本知识和数据库设计技术。软件工程的原理和方法。软件工程的原理和方法。应用领域的知识。应用领域的知识。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设

43、计概述下一页 返回上一页1.8.1 1.8.1 数据库设计方法简述数据库设计方法简述在数据库发展初期，数据库设计主要采用手工试凑法。此方法在数据库发展初期，数据库设计主要采用手工试凑法。此方法与设计人员的经验和水平直接相关。缺乏科学的理论和工程原则支与设计人员的经验和水平直接相关。缺乏科学的理论和工程原则支持，很难保证设计质量。通常是在数据库投入使用后才能发现问题，持，很难保证设计质量。通常是在数据库投入使用后才能发现问题，使维护代价昂贵。使维护代价昂贵。人们经过探索提出了运用软件工程的思想和方法进行数据库设人们经过探索提出了运用软件工程的思想和方法进行数据库设计的规范化设计方法。比较著名的有

44、新奥尔良方法，基于计的规范化设计方法。比较著名的有新奥尔良方法，基于E-RE-R模型的模型的数据库设计方法，基于数据库设计方法，基于3NF3NF（第三范式）的设计方法，基于抽象语法（第三范式）的设计方法，基于抽象语法规范的设计方法等，这些是在数据库设计的不同阶段支持实现的具规范的设计方法等，这些是在数据库设计的不同阶段支持实现的具体技术和方法。体技术和方法。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回上一页1.8.2 1.8.2 数据库设计步骤数据库设计步骤按规范设计的方法将数据库设计分为以下按规范设计的方法将数据库设计分为以下6 6个阶段。个阶段。（1 1）系统需求分析阶段）系统

45、需求分析阶段进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求（包括数据进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求（包括数据与处理）。需求分析是整个设计过程的基础。与处理）。需求分析是整个设计过程的基础。（2 2）概念设计阶段）概念设计阶段概念设计是整个数据库设计的关键步骤，它通过对用户需求进概念设计是整个数据库设计的关键步骤，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMSDBMS的概念。的概念。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回上一页（3 3）逻辑设计阶段）逻辑设计阶段逻辑设计任务就是将概念设计的产物转换为某个逻辑设计

46、任务就是将概念设计的产物转换为某个DBMSDBMS所支持的所支持的数据模型，并对其进行优化。数据模型，并对其进行优化。（4 4）数据库物理设计阶段）数据库物理设计阶段物理设计的任务是将逻辑模型转换为特定的计算机系统所接受物理设计的任务是将逻辑模型转换为特定的计算机系统所接受的数据库（包括存储结构和存取方法）。的数据库（包括存储结构和存取方法）。（5 5）应用程序编码、调试、试运行阶段）应用程序编码、调试、试运行阶段在这个阶段，设计人员运用在这个阶段，设计人员运用DBMSDBMS提供的数据语言及其他一些程提供的数据语言及其他一些程序设计语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与序设计语

47、言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回上一页（6 6）数据库的运行维护阶段）数据库的运行维护阶段数据库投入正常运行标志着数据库设计与应用开发工作结束和数据库投入正常运行标志着数据库设计与应用开发工作结束和运行维护阶段的开始。运行维护阶段的开始。这种设计方法称为数据库设计的生命周期法。在这这种设计方法称为数据库设计的生命周期法。在这6 6个阶段中，个阶段中，前两个阶段面向前两个阶段面向“问题问题”，即现实世界或用户的应用要求；中间两，即现实世界或

48、用户的应用要求；中间两个阶段面向数据库管理系统；最后两个阶段面向个阶段面向数据库管理系统；最后两个阶段面向“实现实现”。1.8.3 1.8.3 数据库设计目标数据库设计目标数据库设计过程的主要目标是完整性、一致性、可恢复性、安数据库设计过程的主要目标是完整性、一致性、可恢复性、安全性和效率性。全性和效率性。1.8 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回上一页1.8.4 1.8.4 编写技术文档编写技术文档数据库设计其实也是一项软件工程，它与一般软件系统开发有数据库设计其实也是一项软件工程，它与一般软件系统开发有许多相似之处，因此对于技术文档的编写也是一项重要工作。许多相似之处，因此对

49、于技术文档的编写也是一项重要工作。1.1.软件文档的作用软件文档的作用文档是指某种数据媒体和其中所记录的数据。在软件工程中，文档是指某种数据媒体和其中所记录的数据。在软件工程中，文档常常用来表示对活动、需求、过程或结果进行描述、定义、规文档常常用来表示对活动、需求、过程或结果进行描述、定义、规定、报告或认证的任何书面和图示的信息。它们描述和规定了软件定、报告或认证的任何书面和图示的信息。它们描述和规定了软件设计和实现的细节，说明使用软件的操作命令。文档也是软件产品设计和实现的细节，说明使用软件的操作命令。文档也是软件产品的一部分，没有文档就不称其为软件。的一部分，没有文档就不称其为软件。1.8

50、 1.8 数据库设计概述数据库设计概述下一页 返回上一页2.2.需求说明书需求说明书需求说明书对所开发软件的功能、性能、用户界面及运行环境需求说明书对所开发软件的功能、性能、用户界面及运行环境等做出详细的说明。它是在用户与开发人员双方对软件需求取得共等做出详细的说明。它是在用户与开发人员双方对软件需求取得共同理解并达成协议的条件下编写的，也是实施开发工作的基础。同理解并达成协议的条件下编写的，也是实施开发工作的基础。3.3.技术说明书技术说明书技术说明书主要包括设计全过程所采用的技术手段和实现措施，技术说明书主要包括设计全过程所采用的技术手段和实现措施，对各环节的技术资料进行归纳、整理、存档。