數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)第1頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化：在描述數(shù)據(jù)時(shí)，不但要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)獨(dú)立性高：數(shù)據(jù)與程序獨(dú)立，數(shù)據(jù)的存取由DBMS負(fù)責(zé)。

數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制：DBMS提供安全控制，完整性檢查，并發(fā)控制，數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)等。第2頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)據(jù)模型模型的作用：反映現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征、DBMS實(shí)現(xiàn)的依據(jù)?，F(xiàn)實(shí)世界認(rèn)識(shí)抽象概念模型

數(shù)據(jù)模型(機(jī)器世界)數(shù)據(jù)模型的要求：可以比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)；易于被人理解；便于實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型的組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+數(shù)據(jù)操作+約束常用的數(shù)據(jù)模型：層次模型，網(wǎng)狀模型，關(guān)系模型。

面向?qū)ο竽Ｐ褪悄壳鞍l(fā)展的方向之一第3頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程需求分析概念數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)確定存儲(chǔ)哪些數(shù)據(jù)，建立哪些應(yīng)用，常用的操作及對(duì)象有哪些等。對(duì)需求分析所得到數(shù)據(jù)的更高層的抽象描述。將概念模型所描述的數(shù)據(jù)映射為某個(gè)特定的DBMS模式數(shù)據(jù)。E-R模型ODL第4頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、概念模型的表示1976年，P.P.S.Chen提出Ｅ-Ｒ模型（Entity-RelationshipModel），用Ｅ-Ｒ圖來(lái)描述概念模型。觀點(diǎn)：世界是由一組稱作實(shí)體的基本對(duì)象和這些對(duì)象之間的聯(lián)系構(gòu)成的。第5頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)體(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實(shí)體。如學(xué)生張三、工人李四、計(jì)算機(jī)系、數(shù)據(jù)庫(kù)概論。屬性(Attribute)：實(shí)體所具有的某一特性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫。例如，學(xué)生可由學(xué)號(hào)、姓名、年齡、系、年級(jí)等組成。域(Domain)：屬性的取值范圍。例如，性別的域?yàn)椋?、女），月份的域?yàn)椋钡剑保驳恼麛?shù)。第6頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)體型(EntityType)：實(shí)體名與其屬性名集合共同構(gòu)成實(shí)體型。例，學(xué)生（學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別、系、年級(jí)）。注意實(shí)體型與實(shí)體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個(gè)特例。如(9808100，王平，21，男，計(jì)算機(jī)系，2)是一個(gè)實(shí)體。實(shí)體集(EntitySet)：同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。如全體學(xué)生。第7頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)系(Relationship)：實(shí)體之間的相互關(guān)聯(lián)。如學(xué)生與老師間的授課關(guān)系，學(xué)生與學(xué)生間有班長(zhǎng)關(guān)系。聯(lián)系也可以有屬性，如學(xué)生與課程之間有選課聯(lián)系，每個(gè)選課聯(lián)系都有一個(gè)成績(jī)作為其屬性。同類聯(lián)系的集合稱為聯(lián)系集。元或度（Degree）：參與聯(lián)系的實(shí)體集的個(gè)數(shù)稱為聯(lián)系的元。如學(xué)生選修課程是二元聯(lián)系，供應(yīng)商向工程供應(yīng)零件則是三元聯(lián)系。第8頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)生課程選修學(xué)號(hào)姓名系別課程名先修課主講老師用矩形表示實(shí)體集，在框內(nèi)寫上實(shí)體名用橢圓表示實(shí)體的屬性用無(wú)向邊把實(shí)體與其屬性連接起來(lái)用菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系將參與聯(lián)系的實(shí)體用線段連接例：學(xué)生選修課程成績(jī)第9頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碼(Key)：能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性或?qū)傩越M稱作超碼。其任意真子集都不能成為超碼的最小超碼稱為候選碼。從所有候選碼中選定一個(gè)用來(lái)區(qū)別同一實(shí)體集中的不同實(shí)體，稱作主碼。一個(gè)實(shí)體集中任意兩個(gè)實(shí)體在主碼上的取值不能相同。如學(xué)號(hào)是學(xué)生實(shí)體的碼。通訊錄（姓名，郵編，地址，電話，Email，BP）第10頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表示要點(diǎn)：實(shí)體集屬性中作為主碼的一部分的屬性用下劃線來(lái)標(biāo)明。學(xué)生課程選修學(xué)號(hào)姓名系別課程名先修課主講老師第11頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月E-R模型設(shè)計(jì)舉例職工電話姓名職工電話聯(lián)系電話姓名號(hào)碼地址適于一個(gè)員工只有一部電話的情況適于多個(gè)員工共有一部電話，一個(gè)員工多個(gè)電話，電話本身具有多個(gè)屬性的情況。第12頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、數(shù)據(jù)模型層次模型用樹(shù)形結(jié)構(gòu)(Tree)來(lái)表示各類實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系。網(wǎng)狀模型用圖結(jié)構(gòu)(Graph)來(lái)表示各類實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系。舉例：有一購(gòu)銷關(guān)系由三個(gè)實(shí)體組成，客戶(張、王、李)，付款方式(現(xiàn)金、支票、信用卡)，購(gòu)買商品(c1,c2,c3,c4,c5)第13頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c1c2c1c2c1c3c4c3c5c4c5李張王李王張現(xiàn)金支票信用卡第14頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c1c2c3c4c5李張王現(xiàn)金支票信用卡第15頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月姓名C1C2C3C4C5李11220張11033王10202代碼付款方式0未購(gòu)1現(xiàn)金2支票3信用卡第16頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月層次模型數(shù)據(jù)操作：查詢、插入、刪除和修改。特點(diǎn)：沒(méi)有父結(jié)點(diǎn)時(shí)不能插入子結(jié)點(diǎn)；刪除父結(jié)點(diǎn)時(shí)則相應(yīng)刪除子結(jié)點(diǎn)；修改時(shí)要考慮一致性問(wèn)題。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：鄰接法，鏈接法。網(wǎng)狀模型與層次模型基本相似。第17頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)之上。其理論奠基人為IBM的高級(jí)研究員E.F.Codd?，F(xiàn)在流行的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品大都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品。主要產(chǎn)品有Oracle、DB2、Sybase、Informix、SQLServer等。第18頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系理論是建立在集合代數(shù)理論基礎(chǔ)上的，有著堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。E.F.Codd于70年代初提出關(guān)系數(shù)據(jù)理論，他因此獲得1981年的ACM圖靈獎(jiǎng)。早期代表系統(tǒng)SystemＲ：由IBM研制。INGRES：由加州Berkeley分校研制。第19頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

關(guān)系模型的組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+關(guān)系操作+完整性約束表結(jié)構(gòu)8個(gè)運(yùn)算三類完整性關(guān)系代數(shù)語(yǔ)言關(guān)系演算語(yǔ)言SQL語(yǔ)言實(shí)體完整性參照完整性自定義完整性第20頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概念：關(guān)系(Relation)，元組(Tuple)，屬性(Attribute)，主碼(Key同義詞：唯一標(biāo)識(shí)符)，域(Domain屬性的取值范圍)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(數(shù)學(xué)定義)：表(笛卡爾乘積的子集)。關(guān)系操作：選擇Select、投影Project、連接Join、除Divide、并Union、交Intersection、差Difference表示方法：關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算、SQL第21頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系笛卡爾積D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1,D2,…,Dn上的關(guān)系，用R(D1,D2,…,Dn)表示。R是關(guān)系的名字，n是關(guān)系的度或目。關(guān)系是笛卡爾積中有意義的子集。關(guān)系也可以表示為二維表。關(guān)系TEACH(T,S,C)TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1t2s3c2元組屬性第22頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系的性質(zhì)列是同質(zhì)的。即每一列中的分量來(lái)自同一域，是同一類型的數(shù)據(jù)。如TEACH(T,S,C)={(t1,s1,c1),(t1,t2,c1)}是錯(cuò)誤的。不同的列可來(lái)自同一域，每列必須有不同的屬性名。如P={t1，t2，

s1，s2，s3}，C={c1，c2}，則TEACH不能寫成TEACH(P,P,C)，還應(yīng)寫成TEACH(T,S,C)。行列的順序無(wú)關(guān)緊要。第23頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月任意兩個(gè)元組不能完全相同。

●集合內(nèi)不能有相同的兩個(gè)元素。每一分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)。

●滿足這一條件的關(guān)系稱作滿足第一范式（1NF）的。第24頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——關(guān)系實(shí)體集、聯(lián)系都表示成關(guān)系。學(xué)生課程選修屬于系教師講授工作DEPT(系編號(hào),名稱,主任)S(學(xué)號(hào),姓名,性別,系編號(hào))C(課程編號(hào),名稱,學(xué)分)SC(學(xué)號(hào),課程編號(hào),成績(jī))PROF(教師編號(hào),姓名,系編號(hào),職稱)TEACH(教師編號(hào),課程編號(hào))第25頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月候選碼（CandidateKey）關(guān)系中的一個(gè)屬性組，其值能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組。若從該屬性組中去掉任何一個(gè)屬性，它就不具有這一性質(zhì)了，這樣的屬性組稱作候選碼。任何一個(gè)候選碼中的屬性稱作主屬性。如SC中的S#，C#。主碼（PrimaryKey）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，從一個(gè)關(guān)系的多個(gè)候選碼中選定一個(gè)作為主碼。第26頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月外部碼（ForeignKey）關(guān)系R中的一個(gè)屬性組，它不是R的碼，但它與另一個(gè)關(guān)系S的碼相對(duì)應(yīng)，則稱這個(gè)屬性組為R的外部碼。第27頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月編號(hào)姓名年齡職稱醫(yī)生記錄病員記錄編號(hào)姓名主治醫(yī)生姓名外鍵唯一性約束第28頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系操作關(guān)系操作是集合操作，操作的對(duì)象及結(jié)果都是集合，是一次一集合（Set-at-a-time）的方式。而非關(guān)系型的數(shù)據(jù)操作方式是一次一記錄（Record-at-a-time）。關(guān)系操作可以用關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算兩種方式來(lái)表示，它們是相互等價(jià)的。如用關(guān)系代數(shù)來(lái)表示關(guān)系的操作，可以有選擇、投影、連接、除、交、差、并等。第29頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系模式的完整性實(shí)體完整性關(guān)系的主碼中的屬性值不能為空值。參照完整性用戶定義的完整性用戶針對(duì)具體的應(yīng)用環(huán)境定義的完整性約束條件。系統(tǒng)支持實(shí)體完整性和參照完整性由系統(tǒng)自動(dòng)支持。系統(tǒng)應(yīng)提供定義和檢驗(yàn)用戶定義的完整性的機(jī)制。第30頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抽象的查詢語(yǔ)言關(guān)系代數(shù)：用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢，需要指明所用操作。關(guān)系演算：用謂詞來(lái)表達(dá)查詢，只需描述所需信息的特性。元組關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量。域關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是域變量。第31頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月具體系統(tǒng)中的實(shí)際語(yǔ)言SQL：介于關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算之間，由IBM公司在研制SystemR時(shí)提出的。QUEL：基于Codd提出的元組關(guān)系演算語(yǔ)言ALPHA，在INGRES上實(shí)現(xiàn)。QBE：基于域關(guān)系演算，由IBM公司研制。第32頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系數(shù)據(jù)語(yǔ)言的特點(diǎn)一體化一般關(guān)系系統(tǒng)的數(shù)據(jù)語(yǔ)言都同時(shí)具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言，而不是分為幾個(gè)語(yǔ)言。非過(guò)程化用戶只需提出“做什么”，無(wú)須說(shuō)明“怎么做”，存取路徑的選擇和操作過(guò)程由系統(tǒng)自動(dòng)完成。面向集合的存取方式操作對(duì)象是一個(gè)或多個(gè)關(guān)系，結(jié)果是一個(gè)新的關(guān)系（一次一關(guān)系）。非關(guān)系系統(tǒng)是一次一記錄的方式。第33頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)模式：數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式數(shù)據(jù)內(nèi)模式模式外模式第34頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成硬件：網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)+服務(wù)器軟件：操作系統(tǒng)+DBMSDBA（數(shù)據(jù)庫(kù)管理員）100MSwitch工作站W(wǎng)in98/me/2000/XP數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器Win2000ServerOracle/SQLServer2000第35頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月完全關(guān)系系統(tǒng)的12條準(zhǔn)則：

DBMS應(yīng)該遵循Codd提出的十二條法則，才能被分類到完全關(guān)系系統(tǒng)。

1)信息法則。關(guān)系型DBMS的所有信息都應(yīng)在邏輯一級(jí)上用一種方法即表中的值顯式地表示。

2)授權(quán)存取法則。每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)必須通過(guò)一個(gè)“表名+主鍵+列名”的組合形式訪問(wèn)。例如，如果你能用數(shù)組或指針訪問(wèn)一個(gè)列，就違反這條規(guī)則。第36頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3)必須以一致的方式使用空值。如果由于缺少數(shù)字值，空值(Nul1)被當(dāng)作0來(lái)處理，或者由于缺少字符值而被當(dāng)作一個(gè)空格處理，那么它就違反了這條規(guī)則。空值僅僅是指缺少數(shù)據(jù)而且沒(méi)有任何數(shù)值。如果缺少的數(shù)據(jù)需要值，軟件提供商通常提供使用缺省值的能力滿足這一目的。

4)一個(gè)活躍的、在線數(shù)據(jù)字典應(yīng)作為關(guān)系型表被存儲(chǔ)，并且該字典應(yīng)該可以通過(guò)常規(guī)的數(shù)據(jù)存取語(yǔ)言訪問(wèn)。如果數(shù)據(jù)字典的任何部分貯存在操作系統(tǒng)文件里，就違反了這條規(guī)則。第37頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5)除了可能的低級(jí)存取例程外，數(shù)據(jù)存取語(yǔ)言必須提供所有的存取方式，并且是存取的僅有方式。如果你能通過(guò)一個(gè)實(shí)用程序而不是一個(gè)SQL接口來(lái)存取支持一個(gè)表的文件，就有可能違反了本規(guī)則。參見(jiàn)規(guī)則12。

6)所有能被更新的視圖應(yīng)當(dāng)是可更新的。例如，如果你能將三個(gè)表連結(jié)起來(lái)，作