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数据库原理与应用教程（第3版）合肥工业大学计算机与信息学院2.1数据模型的概念2.2概念层数据模型2.3关系数据模型2.4关系模型的数据完整性约束2.5数据库系统的结构第2章数据库系统结构2022年11月13日星期日22.1.1数据数据是

我们要处理的信息，数据模型是数据的组织方式。描述事物的符号记录称为数据。将从数据中获得的有意义的内容称为信息。数据库中数据具有静态特征和动态特征。2022年11月13日星期日3示例数据：（张三，99121

01，男，1981，计算机系，应用软件）解释：◦张三是9912101班的男生，1981年出生，计算机系应用软件专业。数据信息解释2022年11月13日星期日4数据的静态特征数据的基本结构◦学生的学号、姓名、性别、出生日期数

据间的联系◦学生选课中的学号与学生基本信息中的学号数据取值范围约束◦考试成绩在0～100分之间2022年11月13日星期日5动态特征指对数据可以进行的操作以及操作规则。对数据库数据的操作主要有◦查

询数据◦更改数据：插入、删除和更新一般将对数据的静态特征和动态特征的描述称为数据模型三要素，即在描述数据时要包括数据的基本结构、数据的约束条件（这两个属于静态特征）和定义在数据上的操作（这两个属于动态特征

）三个方面。2022年11月13日星期日62.1.2数据模型对于模型，人们并不陌生。◦建筑模型飞机模型计算机中的模型是对事物、对象、过程等客观系统中感兴趣的内容的模拟和抽象表达，是理解系统的思维工

具数据模型(datamodel)也是一种模型，它是对现实世界数据特征的抽象。2022年11月13日星期日7数据模型（续）数据库管理系统是基于某种数据模型对数据进行组织的，因此，了解数据模型的基本概念是学习数据库知识的基础。数据模型即要面向现实世界，又要面向机器世界，因

此需满足三个要求:◦能够真实地模拟现实世界;◦容易被人们理解;◦能够方便地在计算机上实现。2022年11月13日星期日8数据模型（续）数据模型实际上是模型化数据和信息的工具。根据模型应用的不同目的，可以将模型分为两大类：概念层数据模型（概念模型

），从数据的语义视角来抽取模型，是按用户的观点来对数据和信息进行建模。组织层数据模型（组织模型）。从数据的组织层次来描述数据。2022年11月13日星期日9转换现实世界信息世界：概念模型机器世界：具体DBMS支持的数据模型人的认识抽象现实世界客观事物的抽象过程2022年11月1

3日星期日102.2概念层数据模型从数据的应用语义视角来抽取现实世界中有价值的数据并按用户的观点对数据进行建模。主要用在数据库的设计阶段，与具体的数据库管理系统无关，与具体的实现方式无关。常用的概念模型：实体-联系（Entity-Relat

ionship，E-R）模型、语意对象模型。2022年11月13日星期日11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。2.2概念层数据模型2022年11月13日星期日12E-R方法使用的工具称为E-R图，它所描述的现实世界的信息结构称为企业模式，我们也把这

种描述结果称为E-R模型。实体属性联系2.2.1实体-联系模型E-R模型2022年11月13日星期日13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抽象的联系：学生选课实体2

022年11月13日星期日14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：实体的表示方式学生2022年11月13日星期日15实体所具有的特征或性质。属性身高年龄性别体重……2022

年11月13日星期日16在E-R图中用圆角矩形表示属性，在矩形框内写上属性的名字，并用连线将属性框与它所描述的实体联系起来。比如学生的属性有学号、姓名、性别可以表示为：2022年11月13日星期日17属性的表示方式学号姓名性别学生属性属性属性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。联系2022年11月13日星期日1

8联系的表示方式在E-R图中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。联系名实体1实体22022年11月13日星期日19联系的表示方式联系的种类实体之间的联系分类：一对一联系(1:1)一对多联

系(1:n)多对多联系(m:n)2022年11月13日星期日20一对一联系（实体内部的联系）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。一对一联系(1:1)2022年11月1

3日星期日21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。一对一联系的例子管理经理部门112022年11月13日

星期日22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。2022年11月13日星期日23一对多联系(1

:n)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。一对多联系的例子工作部门职工1n2022年11月13日星期日24多对多的联系如果实体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。2022年11月13日星期日25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。学生课程选课mn2022年11月13日星期日26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。关联多个实体的联系2022年11月13日星期日27示例图2022年11月13日星期日28mnp顾客商品售货员销售两个图不等价mnp顾客商品售货员销售×2022年11月13日星期日292.3.1关系模型

的数据结构2.3.2关系模型的操作语言与数据操作2.3.3关系模型的数据完整性约束2.3关系数据模型2022年11月13日星期日302.3.1关系数据模型的数据结构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：学生基本信息表学号姓名性别年龄所在系9512101李勇男19计算机系9512102刘晨男20计算机系9512103王敏女20计算机系

9521101张立男22信息系9521102吴宾女21信息系2022年11月13日星期日31一些基本术语关系：关系就是二维表。并满足如下性质：➢关系表中的每一列都是不可再分的基本属性；下图中“出生日期”

包含子属性“年”，“月”，“日”。➢表中的行、列次序并不重要。学号姓名性别年龄所在系出生日期年月日9512101李勇男19计算机系1984469512102刘晨男20计算机系198412159512103王敏女20计算机系19838219521101张立男22

信息系198363不是基本属性不是关系表2022年11月13日星期日32元组：表中的每一行称作是一个元组，它相当于一个记录值。属性：表中的每一列是一个属性值的集合，列可以命名，称为属性名。主码：表中用于唯一地确定一个元组的一个属性或最小的属性组。域：属性的取值

范围。如性别的域为:（‘男’,‘女’）一些基本术语（续）2022年11月13日星期日33学生基本信息表：（学号，姓名，年龄，性别，所在系）学生修课信息表：（学号，课程号，成绩）说明：一个学生可以选修

多门课程，而且一门课程也可以有多个学生选修。用（学号，课程号）作为修课信息表的主码主码示例2022年11月13日星期日34关系模式：二维表的结构称为关系模式，即，关系模式是二维表的表框架或表头结构。关系模式一般表示为：关系名（属性1

，属性2，…，属性n）例如，学生关系模式为：学生（学号，姓名，性别，年龄，所在系）一些基本术语（续）2022年11月13日星期日35各概念之间的关系2022年11月13日星期日362022年11月13日星期日372.3.2关系模型的操作语言与数据操作关系模型的操作语言：关系代数关系演算S

QL语言其中SQL语言是外部语言，关系代数是内部语言关系数据模型的数据操作主要包括四种：查询、插入、删除和修改数据。实体完整性参照完整性用户定义的完整性2.4关系模型的数据完整性约束2022年11月13日星期日38实体完整性指的是关系数据库中所有的表都必须有主码。而且表中不允

许存在如下的记录：◦无主码值的记录◦主码值相同的记录实体完整性2022年11月13日星期日39参照完整性一般是指多个实体（表）之间的关联关系，用于描述实体之间的联系。一个关系中某属性的取值受另一个关系的某属性取值范围约束的特点就称为参照完整性。一般用外码实现

。外码：取作本表（子表）属性之一的外表（父表，主表）主码。主码值先在主表中生成，后在子表中引用参照完整性2022年11月13日星期日40外码引用例1学生班属于(学号,姓名,班号,…)（班号，专业，人数,…）2022年11月13日星期日41

说明：“学生”关系模式中的“班号”参照了“班级”关系模式中的“班号”属性，即“学生”关系模式中的“班号”引用了“班级”关系模式中的“班号”外码。外码引用例2学生课程修课（学号，姓名，…）（课程号，课程名,…）(学号,课程号,成绩,…)2022年11月13日星期日42参照完整性规则

就是定义外码与主码之间的引用规则。对于外码，一般应符合如下要求：◦或者值为空；◦或者等于其所应用的关系中的某个元组的主码值。参照完整性规则2022年11月13日星期日43外码可以有重复值。例：如下两个关系

模式表示：职工（职工号，职工名，部门号，工资级别）部门（部门号，部门名）如果某新来职工还没有被分配到具体的部门，则其“部门号”就为空值；如果职工已经被分配到了某个部门，则其部门号就有了确定的值（非空值）。外码性质外码2022年

11月13日星期日44也称为域完整性或语义完整性，是针对某一具体应用领域定义的数据约束条件。按应用语义，属性数据有：◦类型与长度限制：方便计算机操作◦取值范围限制：防止属性值与应用语义矛盾任何关系数据库管理系统都应该支持实体完整性和参照完整性。用户定义的完整性2022

年11月13日星期日45语义许可取值范围约束示例成绩取◼[0..100],◼{优、良、中、及格、不及格}2022年11月13日星期日462.5.1三级模式结构2.5.2模式映象与数据独立性2.5数据库系统的结构2022年11月13日星期日472.5.1三级模式结构外模式2外模式n

外模式1概念模式内模式…(单个用户视图)(公共用户视图)(存储视图)2022年11月13日星期日48概念模式是关系的，介于外模式与内模式之间的中间层次，也称为模式。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

。三级模式结构的含义2022年11月13日星期日49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。每个用户只能看到和访问其所对应的外模式的数据，并屏蔽其不需要的数据，因此保证不会出现由于用户的误操作和有意破坏而造成的数据损失。外模式2022年11月13日星期日50示例1——子集学号姓名年龄性别所在系0611101李勇21

男计算机系0611102刘晨20男计算机系0611103王敏20女计算机系0621101张立20男信息管理系0621102吴宾19女信息管理系学号姓名性别0611101李勇男0611102刘晨男0611103王敏女0621101张立男0621102吴宾女学生模

式外模式学号06111010611102061110306211010621102姓名李勇刘晨王敏张立吴宾性别男男女男女2022年11月13日星期日51示例2——重构学生（学号，姓名，性别，年龄，所在系）课程（课程号，课程名，学分）选课（学号，课程号，成绩）学生（姓名

，课程名，成绩）姓名课程名成绩2022年11月13日星期日52示例3——安全性职工表（职工号，姓名，所在部门，基本工资，职务工资，奖励工资）职工信息（职工号，姓名，所在部门，基本工资，职务工资）奖励工资2022年11月13日星期日53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、…。概念模式2022年11月13日星期日54模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一种模式。不涉及存储记录对列、

索引、指针或其他存储的访问细节。2022年11月13日星期日55也称为存储模式。数据的内部存储结构描述（数据的组织与存储）。用内模式定义语言描述。例，对RDB，定义数据文件的位置、索引的依据等。内模式2022年11月13日星期日56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2.5.2模式映象与数据独立性2

022年11月13日星期日57两层映像功能保证了数据库中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。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。模

式间的映象（DBMS基本功能之一）2022年11月13日星期日58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，因此不必修改应用程序，保证了数据和程序物理独立（存储独立）模式/内模式映象2022年11月13

日星期日59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。应用程序一般是依据数据的外模式编写的，因此不必修改应用程序，保证了数据和程序逻辑独立（概念独立）外模式/模式映象2022年11月13日星期

日60在数据库系统的三级模式结构中，模式是数据库的中心和关键，它独立于数据库系统的其他层。内模式依赖于数据库的全局逻辑结构，它独立于数据库的用户视图（外模式）也独立于具体的存储设备。外模式面向具体的用户需求，定义在逻辑模式之上，独立于存储模式和存储设备。应用程序只依赖于数据库的外模式，并

与数据库的模式和存储结构独立。数据的独立性2022年11月13日星期日61数据独立性指应用程序不会因数据的物理表示方式和访问技术的改变而改变，即应用程序不依赖于任何特定的物理表示方式和访问技术，包含两个

方面：◦物理独立性◦逻辑独立性2022年11月13日星期日62物理独立性指当数据的存储位置或存储结构发生变化时，不影响应用程序的特性。应用程序D:\xE:\a学生数据库D:\xF:\b学生数据库2022年11月13日星期日63逻辑独立性指当表达现实世界的信息

内容发生变化时，如：◦增加信息◦删除无用信息等不影响应用程序的特性。应用程序学生数据库学生数据库2022年11月13日星期日64示例学号姓名性别所在系S01张三男计算机S02李四女计算机S03王五女信息S04陈六男信息学号姓名性别所在系专业S01张三男计算机软件S02李四女计算机应用S

03王五女信息管理S04陈六男信息管理应用程序学号姓名性别S01张三男S02李四女S03王五女S04陈六男根据全体用户对数据的需求存储一套完整的数据，而且只编写一个针对全体用户的公共数据的应用程序2022年11月13日星期日65非独立性在使用文件管理数据时，应用程序

常常是数据依赖的，也就是说数据的物理表示方式和有关的存取技术都要在应用程序中考虑，而且，有关物理表示的知识和访问技术直接体现在应用程序的代码中。2022年11月13日星期日66非独立性示例Openfile（“D:\

data\file1”）file1D:\data\file1file1F:\data\file1Openfile（“F:\data\file1”）2022年11月13日星期日67