学习目标: 熟悉数据库及相关概念 熟悉数据模型 了解数据库系统结构 第一章 绪论 学习目标: 熟悉数据库及相关概念 熟悉数据模型 了解数据库系统结构 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

什么地方会用到数据库，什么是数据库？数据库的作用是什么？数据库是怎么存在的？有哪些种类？如何使用这些数据库。 走向数据库 什么地方会用到数据库，什么是数据库？数据库的作用是什么？数据库是怎么存在的？有哪些种类？如何使用这些数据库。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库的地位 起源于20 世纪50 年代。当时美国因战争需要，把各种情报集中在一起。 计算机科学的重要分支。 数据库技术是信息系统的核心和基础。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。 科学计算 数据处理 过程控制 >70%

工商、税务业务管理系统； 公安户籍人口管理系统； 民航、火车订票系统； 电子商务、电子政务； 门户网站、搜索引擎； 地理信息系统等。 数据库应用领域 工商、税务业务管理系统； 公安户籍人口管理系统； 民航、火车订票系统； 电子商务、电子政务； 门户网站、搜索引擎； 地理信息系统等。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库应用领域

数据库应用领域

数据库分类

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数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 分布式与联邦式数据库比较 分布式的每节点上都有DBMS，DBA位于网络的某中心节点 。(逻辑集中和物理分散) 联邦式的每节点上均有DBMS和DBA。 (逻辑和物理都分散) 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

计算机界诺贝尔奖——图灵奖 1973年 查理士·巴赫曼 Charles W. Bachman 数据库技术 网状数据库之父 1981年 埃德加·科德 Edgar F. Codd 数据库系统，尤其是关系型数据库 1998年 詹姆斯·尼古拉·格雷 James Gray 数据库与事务处理

典型数据库 Oracle、IBM DB2、Microsoft SQL Server系列、Sybase等 国产数据库应用在国防和保密性质的部委、航空航天工业以及各地方政府，武汉达梦、神州航天、人大金仓等。

数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS) 1.1.1 四个基本概念 数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS) 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 一、数据 （1）数据(Data)是数据库中存储的基本对象 （2）数据的定义：描述事物的符号记录 （3）数据的种类：文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等 （4）数据的特点：数据与其语义是不可分的 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

信息与数据的联系 信息是一个抽象的概念，反映客观世界的知识，通过加工后形成的特定形式的数据。 数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。 可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。

数据举例 数据的含义称为数据的语义，二者是不可分的。 例如 93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 例如 93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 语义3：计算机系2003级学生人数 语义4：。。。请同学们举例

数据举例 学生档案中的学生记录 （李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990） 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间 解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系 请给出另一个解释和语义

二、数据库 （1）数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。 （2）数据库的基本特征：数据按一定的数据模型组织、描述和储存；可为各种用户共享；冗余度较小；数据独立性较高；易扩展。

数据库举例

（1）DBMS：位于用户与操作系统间的一层数据管理软件。 （2）DBMS的用途：科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据库在计算机系统中的位置 硬件平台 基础软件平台 软件基础构架平台 应用软件平台 软件产品 协同软件 办公软件 数据库系统 操作系统 中间件 应用服务器 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

DBMS主要功能 （1）数据定义功能 提供数据定义语言(DDL)； 定义数据库中的数据对象。 （2）数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据； 确定组织数据的文件结构和存取方式； 现数据之间的联系； 提供多种存取方法提高存取效率

DBMS主要功能 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复 （3）数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 实现对数据库的基本操作 （4）数据库的事务管理和运行管理 DB建立、运行和维护时统一管理和控制 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复

DBMS主要功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作 （5）数据库的建立和维护功能(实用程序) 数据库初始数据装载转换、数据库转储、介质故障恢复、数据库的重组织、性能监视分析等。 （6）其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 四、数据库系统 (1)数据库系统（DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成 (2)数据库系统的构成 数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

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DBMS在操作系统（OS）的支持下工作； 应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。 数据库系统层次结构图 编译系统 OS 硬件 应用系统 应用开发工具 DBMS DBMS在操作系统（OS）的支持下工作； 应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 1.1.2数据管理技术的产生和发展 （1）什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。 （2）数据管理技术的发展过程（随需求、软件、硬件推动） 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 一、人工管理阶段 （1）时期 20世纪40年代中--50年代中 （2）背景 应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备 软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

人工管理阶段 （3）特点 数据的管理者：用户（程序员），数据不保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 人工管理阶段程序与数据对应 访问 数据1 数据2 数据n 程序1 程序2 程序n 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 二、文件系统阶段 （1）时期 20世纪50年代末--60年代中 （2）背景 应用需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

文件系统阶段 （3）特点 数据的管理者：文件系统，可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据结构化：记录内有结构,整体无结构 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制

文件系统中数据的结构 （1）记录内有结构。 （2）数据的结构是靠程序定义和解释的。 （3）数据只能是定长的。 可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。 （4）文件间独立的，数据整体无结构。 可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。 （5）数据的最小存取单位是记录。

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 文件系统阶段程序与数据对应 数据1 数据2 数据n 存取方式 程序n 程序1 程序2 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 文件系统阶段 （1）数据与程序的独立性差 数据的逻辑结构改变则须修改应用程序 文件系统只解脱了程序员对物理设备存取的负担，它只负责存储。 数据的语义信息只能由程序来解释。 一个应用若想共享另一个应用生成的数据，了解数据的语义与组织方式。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 文件系统阶段 （2）数据的共享性差，冗余度大 数据面向应用 数据孤立 （3）数据的不一致性 由于数据存在很多副本，给数据的修改与维护带来了困难，容易造成数据的不一致性 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 文件系统阶段 补贴 系别 姓名 学号 劳资科 住址 性别 房产科 学位 学分 学籍科 出身 年龄 人事科 查询困难 完整性难保证 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 三、数据库系统阶段 （1）时期 20世纪60年代末以来 （2）背景 应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景 有数据库管理系统 联机实时处理,分布处理,批处理 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统阶段 采用数据模型表示复杂的数据结构。 较高的数据独立性。 提供了方便的用户接口。 数据库阶段的数据管理具有以下特点： 采用数据模型表示复杂的数据结构。 较高的数据独立性。 提供了方便的用户接口。 数据库的并发控制，数据库的恢复，数据的完整性和数据安全性。 增加了系统的灵活性

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 应用程序与数据库对应关系 数据1 统一存取 数据2 数据n 程序2 程序1 程序n 数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制 1.1.3 数据库系统的特点 数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据结构化 (1)整体结构化 (2)数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释 数据可以变长 数据的最小存取单位是数据项 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据共享性高，冗余度低，易扩充 (1)数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。 (2)数据共享的好处 减少数据冗余，节约存储空间 避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 学号 姓名 性别 系别 年龄 住址 出身 学位 学分 补贴 学籍科 房产科 人事科 劳资科 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据独立性高 (1)物理独立性 应用程序与数据库中数据相互独立的。 (2)逻辑独立性 应用程序与数据库逻辑结构相互独立。 (3) 由DBMS的二级映像功能来保证。 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据由DBMS统一管理和控制 (1)数据的安全性（Security）保护 (2)数据的完整性（Integrity）检查 (3)并发（Concurrency）控制 (4)数据库恢复（Recovery） 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据模型就是现实世界的模拟。 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 1.2.1 两类数据模型 数据模型就是现实世界的模拟。 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

两类数据模型 (1) 概念模型 按用户观点对数据建模，数据库设计。 (2) 逻辑模型和物理模型 逻辑模型包括网状、层次、关系、面向对象模型等，按计算机系统观点对建模。 物理模型描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。

两类数据模型 现实世界 认识 抽象 信息世界 概念模型 DBMS支持的数据模型 机器世界 现实世界中客观对象的抽象过程 现实世界 概念模型 现实世界 概念模型 数据库设计人员完成 逻辑模型 物理模型 由DBMS完成 概念模型 逻辑模型

软件生命周期

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 数据建模 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

1.2.2 数据模型的组成要素 数据结构 数据操作 完整性约束条件

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 一、 数据结构 （1）什么是数据结构 描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系 （2）描述的内容 与数据类型、内容、性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象 （2）数据结构是对系统静态特性的描述 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

（1）数据操作 对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则 （2）数据操作的类型 查询 更新(包括插入、删除、修改) 二、数据操作 （1）数据操作 对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则 （2）数据操作的类型 查询 更新(包括插入、删除、修改) 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

（3）数据模型对操作的定义 操作的确切含义 操作符号 操作规则（如优先级） 实现操作的语言 （4）数据操作是系统动态特性的描述 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

三、完整性约束条件 （1）一组完整性规则的集合。 （2）完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则 数据的完整性约束条件 （1）一组完整性规则的集合。 （2）完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则 （3）用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。

完整性约束条件 （1）反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。 数据模型对完整性约束条件的定义 （1）反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。 例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。 （2）提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。

1.2.3 概念模型 概念模型的用途 用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言 对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力 能方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解

一、信息世界中的基本概念 (1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。 可以是具体的人、事、物或抽象的概念。 (2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。 一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。

信息世界中的基本概念 (4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型 (6) 实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集

(7) 联系（Relationship） 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系 信息世界中的基本概念 (7) 联系（Relationship） 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系

二、两个实体型之间的联系 用图形来表示两个实体型之间的这三类联系 实体型A 联系名 实体型B 1 1:1联系 n 1:n联系 m m:n联系

两个实体型之间的联系 一对一联系（1:1） 定义： 一对一联系（1:1） 　 实例 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职 定义： 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1 班级 班级-班长 班长 1 1:1联系

两个实体型之间的联系 一对多联系（1：n） 实例 定义： 班级 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习 1 组成 n 学生 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中 有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体 集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个 实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对 多联系，记为1:n 班级 组成 学生 1 n 1:n联系

两个实体型之间的联系 多对多联系（m:n） 实例 定义： 课程与学生之间的联系： 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中 有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实 体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实 体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B 具有多对多联系，记为m:n 课程 选修 学生 m n m:n联系

三、两个以上实体型之间的联系 两个以上实体型之间一对多联系 若实体集E1，E2，...，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之间的联系是一对多的

两个以上实体型之间的联系 实例 课程、教师与参考书三个实体型 一门课程可以有若干个教师讲授， 使用若干本参考书， 每一个教师只讲授一门课程， 每一本参考书只供一门课程使用 课程 讲授 教师 1 m 两个以上实体型间1:n联系 参考书 n

两个以上实体型之间的联系 两个以上实体型间的多对多联系 实例 供应商、项目、零件三个实体型 （1）一个供应商可以供给多个项目多种零件； （2）每个项目可以使用多个供应商供应的零件； （3）每种零件可由不同供应商供给 供应商 供应 项目 m p 两个以上实体型间m:n联系 零件 n

四、单个实体型内的联系 一对多联系 实例 职工实体型内部具有领导与被领导的联系 某一职工（干部）“领导”若干名职工 一个职工仅被另外一个职工直接领导 这是一对多的联系 职工 领导 1 n 单个实体型内部1:n联系

五、实体-联系方法 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型

E-R图 实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来 学生 教师 学号 年龄 性别 姓名

E-R图 用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型 实体型A 联系名 实体型B 1 1:1联系 n 1:n联系 m m:n联系

联系的表示方法示例 班级 班级-班长 班长 1 1:1联系 课程 选修 学生 m n m:n联系 组成 1:n联系

联系的属性 联系的属性： 联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 课程 m 联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 课程 选修 学生 m n 成绩

六、E-R实例 用E-R图表示某工厂物资管理的概念模型 实体 仓库： 仓库号、面积、电话号码 零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述 供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号 项目：项目号、预算、开工日期 职工：职工号、姓名、年龄、职称

E-R实例 实体之间的联系如下： (1)一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量。 (2)一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，仓库和职工之间是一对多的联系。职工实体型中具有一对多的联系 (3)职工之间具有领导-被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。 (4)供应商、项目和零件三者间具有多对多的联系

E-R实例

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 1.2.4 最常用的数据模型 非关系模型 层次模型(Hierarchical Model) 网状模型(Network Model) 关系模型(Relational Model) 面向对象模型(Object Oriented Model） 对象关系模型(Object Relational Model) 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

1.2.5 层次模型 层次模型满足: 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点 根以外其它结点有且只有一个双亲结点 Ｒ 1 根结点 兄弟结点 3 叶结点 4 5 图1.16 一个层次模型的示例

层次模型 字段 记录型系的子女结点 记录型教员的双亲结点 根结点 叶结点 叶结点 图1.17 教员学生层次数据库模型

层次模型 多对多联系在层次模型中的表示 用层次模型间接表示多对多联系 方法 将多对多联系分解成一对多联系 分解方法 冗余结点法 虚拟结点法

层次模型的相关约束 层次模型的数据操纵 层次模型的完整性约束条件 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 查询，插入，删除，更新 层次模型的完整性约束条件 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性

层次模型存储结构 (1)邻接法:按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序 (2)链接法 用指引来反映数据之间的层次联系 子女－兄弟链接法 层次序列链接法

层次模型存储结构-邻接法 图1.20 层次数据库及其实例 … A1 A2 C8 C6 C4 B6 C9 C2 B4 C14 C7 C5 C3 图1.20 层次数据库及其实例 … A1 A2 C8 C6 C4 B6 C9 C2 B4 C14 C7 C5 C3 B1 图1.21 邻接法

层次模型存储结构-子女-兄弟链接法 子女-兄弟链接法 每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女（每个记录型对应一个）和最近的兄弟

层次模型存储结构-层次序列链接法 层次序列链接法 按树的前序穿越顺序链接各记录值

层次模型优缺点 优点 数据结构比较简单清晰 查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型 层次数据模型提供了良好的完整性支持 缺点 多对多联系表示不自然 对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂 查询子女结点必须通过双亲结点 由于结构严密，层次命令趋于程序化

1.2.6 网状模型 网状模型满足(多根、多父、多联系) 1. 允许一个以上的结点无双亲； 2. 一个结点可以有多于一个的双亲。 R2与R3之间的联系L2 R1与R3之间的联系L1

网状模型与层次模型区别 网状模型可更直接地去描述现实世界层 模型实际上是网状模型的一个特例 网状模型允许多个结点没有双亲结点 网状模型允许结点有多个双亲结点 网状模型允许两个结点之间有多种联系

网状模型的相关约束 网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。 插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。 删除操作允许只删除双亲结点值。 更新操作时只需更新指定记录即可。 查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。

单向链接、双向链接、环状链接、向首链接等 网状模型的存储结构 单向链接、双向链接、环状链接、向首链接等

网状模型优缺点 优点 缺点 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲 具有良好的性能，存取效率较高 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握 DDL、DML语言复杂，用户不容易使用

1.2.7 关系模型 在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。 关系必须是规范化的，满足一定的规范条件 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不允许表中还有表

关系术语 一般表格的术语 关系名 表名 关系模式 表头（表格的描述） 关系 （一张）二维表 元组 记录或行 属性 列 属性名 列名 属性值 列值 分量 一条记录中的一个列值 非规范关系 表中有表（大表中嵌有小表）

关系数据模型的操纵与完整性约束 关系数据模型的操作主要包括查询、插入、删除和更新数据，这些操作必须满足关系的约束条件： 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性

关系数据模型的存储结构 实体及实体间的联系都用表来表示 表以文件形式存储 有的DBMS一个表对应一个操作系统文件

关系数据模型的优缺点 优点 建立在严格的数学概念的基础上 概念单一 关系模型的存取路径对用户透明 实体和各类联系都用关系来表示 对数据的检索结果也是关系 关系模型的存取路径对用户透明 具有更高数据独立性，更好的安全保密性 简化了程序员和数据库开发建立的工作

关系数据模型的优缺点 缺点 存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发DBMS的难度

1.3.1 数据库系统模式的概念 “型” 和“值” 的概念 型(Type)： 对某一类数据的结构和属性的说明 值(Value) 是型的一个具体赋值 例如 学生记录型： （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯） 一个记录值： （900201，李明，男，计算机，22，江苏）

数据库系统模式的概念 模式（Schema） 数据库逻辑结构和特征的描述 是型的描述 反映的是数据的结构及其联系 模式是相对稳定的 实例（Instance） 模式的一个具体值 反映数据库某一时刻的状态 同一个模式可以有很多实例 实例随数据库中的数据的更新而变动

1.3.2 数据库系统的三级模式结构 模式 外模式 内模式

一、模式（Schema） 模式（也称逻辑模式） 一个数据库只有一个模式 模式的地位：数据库系统模式结构的中间层 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求 一个数据库只有一个模式 模式的地位：数据库系统模式结构的中间层 与数据的物理存储细节和硬件环境无关 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关

模式（续） 模式的定义 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等） 数据之间的联系 数据有关的安全性、完整性要求

二、外模式（External Schema） 定义：数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。 是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式通常是模式的子集。 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求。 外模式的用途 保证数据库安全性的一个有力措施 每用户只能看见和访问所对应外模式中的数据

三、内模式 内模式（也称存储模式） 是数据物理结构和存储方式的描述 是数据在数据库内部的表示方式 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储， 按hash方法存储） 索引的组织方式 数据是否压缩存储 数据是否加密 数据存储记录结构的规定 一个数据库只有一个内模式

例如学生记录，如果按堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后，如a图所示 如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图b所示 如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图c所示

1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性 （1）三级模式是对数据的三个抽象级别 （2）二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 外模式／模式映像 模式／内模式映像

一、外模式／模式映象 模式：描述的是数据的全局逻辑结构 外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 同一个模式可以有任意多个外模式 每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系 映象定义通常包含在各自外模式的描述中

外模式／模式映象（续） 保证数据的逻辑独立性 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。

二、模式／内模式映象 模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的 数据库中模式／内模式映象是唯一的 该映象定义通常包含在模式描述中

模式／内模式映象（续） 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变 保证数据的物理独立性 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

模式／内模式映象（续） 数据库模式 即全局逻辑结构是数据库的中心与关键 独立于数据库的其他层次 设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式

模式／内模式映象（续） 数据库的内模式 依赖于它的全局逻辑结构 独立于数据库的用户视图，即外模式 独立于具体的存储设备 将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率

模式／内模式映象（续） 数据库的外模式 面向具体的应用程序 定义在逻辑模式之上 独立于存储模式和存储设备 当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做相应改动 设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性

模式／内模式映象（续） 在外模式描述的数据结构上编制的 依赖于特定的外模式 与数据库的模式和存储结构独立 特定的应用程序 在外模式描述的数据结构上编制的 依赖于特定的外模式 与数据库的模式和存储结构独立 不同的应用程序有时可以共用同一个外模式 数据库的二级映像 保证了数据库外模式的稳定性 从底层保证应用程序稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改

模式／内模式映象（续） 数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去 数据的存取由DBMS管理 用户不必考虑存取路径等细节 简化了应用程序的编制 大大减少了应用程序的维护和修改

1.4 数据库系统的组成 数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员

数据库系统的组成（续） 硬件平台及数据库 软件 人员 :数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员、用户。

1.5 小结 数据库系统概述 数据库的基本概念 数据管理的发展过程 数据模型 数据模型的三要素 概念模型， E-R 模型 三种主要数据库模型 数据库系统的结构 数据库系统三级模式结构 数据库系统两层映像系统结构 数据库系统的组成

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 课堂练习 例题1：已知学生实体具有学号、姓名、性别、班级号与年龄属性，班级实体具有班级号、班级名、人数、教室与所属学院属性，试画出它们的E-R图，并建立其间的联系。 1、建立两个实体与属性的联系 2、建立实体间的联系 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 班级 班级名 班级号 学生 教室 属于 1 N 学号 姓名 性别 人数 年龄 学院 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院 例2:（1∶1）的E-R图到关系模式的转换 方法1： 班级（班级编号，院系，专业，人数） 正班长（学号，姓名） 属于（学号，班级编号） 方法2： 班级（班级编号，院系，专业，人数） 正班长（学号，姓名，班级编号） 数据库系统概论 华中科技大学能源与动力工程学院

例3：现有一个银行数据库，包括顾客和帐户的信息。顾客信息包括姓名，地址，电话，社会保险号。帐户包括编号，类型（例如存款，支票），和金额，请将该E-R模型图转换为关系模式。 身份证号码 姓名 地址 拥有 1 账户 编号 金额 n 电话 社会保险号 类型 关系模式1： 顾客（身份证号码，姓名，地址，电话，社会保险号） 帐户（编号，金额，类型，身份证号码）

例4:（m∶n）E-R图到关系模式的转换 关系模式： student（学号，姓名，专业，班级，出生日期，性别，照片） course（课程编号，课程名称，课程类别，学分） selection（学号，课程编号，成绩）