第一章复习指导 本章是数据库系统的全局性介绍，对全书具有提纲契领的作用。对有关数据库系统的全局性概念、 特点、结构原理及发展历史等四个方面都作了介绍，读者在学习该章后能对数据库系统有一个全面的了解。 1.基本概念 本章介绍了数据库系统具全局性的六个基本概念。 。数据(data) 。数据库DB(databse) ·数据库管理系统DBMS(databse management system) 。数据库管理员DBA(databse adalinistrator) ·数据库系统DBS(databse system) ·数据库应用系统DBAS(databse application system) 对上述六个概念须有深刻了解，从两个方面入手： (1)每个概念的基本内容 (2)概念间的关系 概念间有相关关联，必需了解，如： 。数据与数据库间关系： ·DB与DBMS间的关系： ·DBMS与DBA间的关系： ·DBMS与DBS间的关系： ·DBS与DBAS间的关系： 2.数据库系统特点 。数据的集成性 。数据的共享性 ·数据的独立性 ·数据的统一管理与控制 3.数据库基本结构原理 数据库基本结构遵从数据库三级模式与二级映射的结构原理。 (1)三级模式结构 ·概念模式 ·外模式 。内模式 (2)二级映射 外模式 ·概念模式到内模式映射 ·外模式到概念模式映射 映射 概念模式 映射 内模式 13
13 第一章复习指导 本章是数据库系统的全局性介绍，对全书具有提纲契领的作用。对有关数据库系统的全局性概念、 特点、结构原理及发展历史等四个方面都作了介绍，读者在学习该章后能对数据库系统有一个全面的了解。 1．基本概念 本章介绍了数据库系统具全局性的六个基本概念。 数据（data） 数据库 DB（databse） 数据库管理系统 DBMS（databse management system） 数据库管理员 DBA（databse adalinistrator） 数据库系统 DBS（databse system） 数据库应用系统 DBAS（databse application system） 对上述六个概念须有深刻了解，从两个方面入手： （1）每个概念的基本内容 （2）概念间的关系 概念间有相关关联，必需了解，如： 数据与数据库间关系； DB 与 DBMS 间的关系； DBMS 与 DBA 间的关系； DBMS 与 DBS 间的关系； DBS 与 DBAS 间的关系； 2．数据库系统特点 数据的集成性 数据的共享性 数据的独立性 数据的统一管理与控制 3．数据库基本结构原理 数据库基本结构遵从数据库三级模式与二级映射的结构原理。 （1）三级模式结构 概念模式 外模式 内模式 （2）二级映射 概念模式到内模式映射 外模式到概念模式映射 外模式 概念模式 内模式 映射 映射
4.数据库系统的发展与目前主流 (1)数据库系统的发展的四个阶段： 。文件系统 ·层次及网状数据库系统 ·关系数据库系统 ·新一代数据库系统 (2)目前主流数据库系统 ·关系数据库扩充，包括Wb数据库、数据仓库、移动式及嵌入式数据库、安全数据库等。 ·对象关系数据库系统 5.本章的重点内容 ·基本概念 ·基本结构 14
14 4．数据库系统的发展与目前主流 （1）数据库系统的发展的四个阶段： 文件系统 层次及网状数据库系统 关系数据库系统 新一代数据库系统 （2）目前主流数据库系统 关系数据库扩充，包括 Web 数据库、数据仓库、移动式及嵌入式数据库、安全数据库等。 对象关系数据库系统 5．本章的重点内容 基本概念 基本结构
第二章数据模型 本章主要讨论数据模型。数据模型是数据库系统的基础与核心，本章将对数据模型作 系统的介绍，其中涉及到数据模型的基本概念与基本内容。 2.1数据模型的基本概念 数据是现实世界中客体的符号抽象，而数据模型(data model)则是数据基本特征的抽 象。数据模型是数据库系统的核心与基础。数据模型描述数据的结构、定义在结构上的操 作以及约束条件。它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据 库系统的表示和操作提供一个框架。 数据模型按不同的应用层次分成三种类型，它们是概念数据模型(conceptual data model)、逻辑数据模型(logic data model)及物理数据模型(physical data model)。 概念数据模型又称概念模型，它是一种面向客观世界、面向用户的模型，它与具体的 数据库管理系统无关，与具体的计算机平台无关。概念模型着重于对客观世界复杂事物的 结构描述及它们间的内在联系的刻划，而将与DBMS、计算机有关的物理的、细节的描述 留给其他种类的模型。因此，概念模型是整个数据模型的基础。目前，较为有名的概念模 型有E-R模型、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型等。 逻辑数据模型又称逻辑模型，它是一种面向数据库系统的模型，该模型着重于在数据 库系统一级的实现。它是客观世界到计算机间的中介模型，具有承上启下的功能。概念模 型只有在转换成逻辑模型后才能在数据库中得以表示。目前，逻辑模型很多，较为成熟并 被人们大量使用的有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、谓词模型以及对 象关系模型等。 物理数据模型又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型，此模型给出了数 据模型在计算机上物理结构的表示。 数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约束。 (1)数据结构。数据模型中的数据结构主要描述基础数据项的类型、性质以及数据项 间的关联，且在数据库系统中具有统一的结构形式，它也称数据模式。数据结构是数据模 型的基础，数据操作与约束均建立在数据结构上。不同数据结构有不同的操作与约束。因 此，一般数据模型均依据数据结构的不同而分类。 (2)数据操作。数据模型中的数据操作主要描述在相应数据结构上的操作类型与操作 方式。 (3)数据约束。数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、语义联系， 它们间的制约与依存关系，以及数据动态变化的规则以保证数据的正确、有效与相容。 2.2数据模型的四个世界 数据库中的数据模型可以将复杂的现实世界要求反映到计算机数据库中的物理世界， 这种反映是一个逐步转化的过程，它分为四个阶段，被称为四个世界。由现实世界开始， 经历概念世界、信息世界而至计算机世界，从而完成整个转化。由现实世界开始每到达一 个新的世界都是一次新的飞跃和提高。 15
15 第二章 数据模型 本章主要讨论数据模型。数据模型是数据库系统的基础与核心，本章将对数据模型作 系统的介绍，其中涉及到数据模型的基本概念与基本内容。 2.1 数据模型的基本概念 数据是现实世界中客体的符号抽象，而数据模型（data model）则是数据基本特征的抽 象。数据模型是数据库系统的核心与基础。数据模型描述数据的结构、定义在结构上的操 作以及约束条件。它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据 库系统的表示和操作提供一个框架。 数据模型按不同的应用层次分成三种类型，它们是概念数据模型（conceptual data model）、逻辑数据模型（logic data model）及物理数据模型（physical data model）。 概念数据模型又称概念模型，它是一种面向客观世界、面向用户的模型，它与具体的 数据库管理系统无关，与具体的计算机平台无关。概念模型着重于对客观世界复杂事物的 结构描述及它们间的内在联系的刻划，而将与 DBMS、计算机有关的物理的、细节的描述 留给其他种类的模型。因此，概念模型是整个数据模型的基础。目前，较为有名的概念模 型有 E-R 模型、扩充的 E-R 模型、面向对象模型及谓词模型等。 逻辑数据模型又称逻辑模型，它是一种面向数据库系统的模型，该模型着重于在数据 库系统一级的实现。它是客观世界到计算机间的中介模型，具有承上启下的功能。概念模 型只有在转换成逻辑模型后才能在数据库中得以表示。目前，逻辑模型很多，较为成熟并 被人们大量使用的有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、谓词模型以及对 象关系模型等。 物理数据模型又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型，此模型给出了数 据模型在计算机上物理结构的表示。 数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约束。 （1）数据结构。数据模型中的数据结构主要描述基础数据项的类型、性质以及数据项 间的关联，且在数据库系统中具有统一的结构形式，它也称数据模式。数据结构是数据模 型的基础，数据操作与约束均建立在数据结构上。不同数据结构有不同的操作与约束。因 此，一般数据模型均依据数据结构的不同而分类。 （2）数据操作。数据模型中的数据操作主要描述在相应数据结构上的操作类型与操作 方式。 （3）数据约束。数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、语义联系， 它们间的制约与依存关系，以及数据动态变化的规则以保证数据的正确、有效与相容。 2.2 数据模型的四个世界 数据库中的数据模型可以将复杂的现实世界要求反映到计算机数据库中的物理世界， 这种反映是一个逐步转化的过程，它分为四个阶段，被称为四个世界。由现实世界开始， 经历概念世界、信息世界而至计算机世界，从而完成整个转化。由现实世界开始每到达一 个新的世界都是一次新的飞跃和提高
(1)现实世界(real world)。用户为了某种需要，需将现实世界中的部分需求用数据 库实现。此时，它设定了需求及边界条件，这为整个转换提供了客观基础和初始启动环境。 此时，人们所见到的是客观世界中划定边界的一个部分环境，它称为现实世界。 (2)概念世界(conceptual world)。以现实世界为基础作进一步的抽象形成概念模型， 这是一次新的飞跃与提高，它将现实世界中错综复杂的关系作分析，去粗取精，去伪存真， 最后形成一些基本概念与基本关系，它们可以用概念模型提供的术语和方法统一表示，从 而构成了一个新的世界一一概念世界。在概念世界中所表示的模型都是较为抽象的，它们 与具体数据库、具体计算机平台无关，这样做的目的是为了集中精力构作数据的框架性而 不是拘泥于细节性的修饰。 现实世界 (3)信息世界(information world)。在概念世界的基础上进一 步着重于在数据库级上的刻划，而构成的逻辑模型叫信息世界。信 息世界与数据库的具体模型有关，如层次、网状、关系模型等。 (4)计算机世界(computer world)。在信息世界的基础上致力 概念世界 于在计算机物理结构上的实现，从而形成的物理模型叫计算机世界。 现实世界的要求只有在计算机世界中才得到真正的物理实现，而这 信息世界 种实现是通过概念世界、信息世界逐步转化得到的。 上面所述的四个世界中，现实世界是客观存在，而其他三个世 界则是人们加工而得到的，这种加工转化的过程是一种逐步精化的 计算机世界 层次过程，如图2.1所示。它符合人类认识客观事物的规律。 图2.1 四个世界的 下面分三节对概念世界、信息世界与计算机世界作较为详细 转化示意图 的介绍。 2.3概念世界与概念模型 概念世界是一个较为抽象、概念化的世界，它给出了数据的概念化结构。概念世界一 般用概念模型表示。概念模型目前常用的有若干种，本书选用E-R模型、扩充E-R模型、 面向对象模型和谓词模型等四种。 2.3.1E-R模型 E-R模型(entity-relationship model)又称实体联系模型，它于1976年由Peter Chen首 先提出，这是一种概念化的模型，它将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基 本概念以及它们间的两种基本关系，并且用一种较为简单的图表示叫ER图 (entity-.relationship diagram),该图简单明了，易于使用，因此很受欢迎，长期以来作为一 种主要的概念模型被广泛应用。 1.E-R模型的基本概念 E-R模型有如下三个基本概念。 (1)实体(entity):现实世界中的事物可以抽象成为实体，实体是概念世界中的基本 单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物。凡是有共性的实体可组成一个集合称为 实体集(entity set)。如学生张三、李四是实体，而他们又均是学生，从而组成一个实体集。 (2)属性(attribute):现实世界中事物均有一些特性，这些特性可以用属性这个概念 表示。属性刻划了实体的特征。属性一般由属性名、属性型和属性值组成。其中属性名是 16
16 （1）现实世界（real world）。用户为了某种需要，需将现实世界中的部分需求用数据 库实现。此时，它设定了需求及边界条件，这为整个转换提供了客观基础和初始启动环境。 此时，人们所见到的是客观世界中划定边界的一个部分环境，它称为现实世界。 （2）概念世界（conceptual world）。以现实世界为基础作进一步的抽象形成概念模型， 这是一次新的飞跃与提高，它将现实世界中错综复杂的关系作分析，去粗取精，去伪存真， 最后形成一些基本概念与基本关系，它们可以用概念模型提供的术语和方法统一表示，从 而构成了一个新的世界——概念世界。在概念世界中所表示的模型都是较为抽象的，它们 与具体数据库、具体计算机平台无关，这样做的目的是为了集中精力构作数据的框架性而 不是拘泥于细节性的修饰。 （3）信息世界（information world）。在概念世界的基础上进一 步着重于在数据库级上的刻划，而构成的逻辑模型叫信息世界。信 息世界与数据库的具体模型有关，如层次、网状、关系模型等。 （4）计算机世界（computer world）。在信息世界的基础上致力 于在计算机物理结构上的实现，从而形成的物理模型叫计算机世界。 现实世界的要求只有在计算机世界中才得到真正的物理实现，而这 种实现是通过概念世界、信息世界逐步转化得到的。 上面所述的四个世界中，现实世界是客观存在，而其他三个世 界则是人们加工而得到的，这种加工转化的过程是一种逐步精化的 层次过程，如图 2.1 所示。它符合人类认识客观事物的规律。 下面分三节对概念世界、信息世界与计算机世界作较为详细 的介绍。 2.3 概念世界与概念模型 概念世界是一个较为抽象、概念化的世界，它给出了数据的概念化结构。概念世界一 般用概念模型表示。概念模型目前常用的有若干种，本书选用 E-R 模型、扩充 E-R 模型、 面向对象模型和谓词模型等四种。 2.3.l E-R 模型 E-R 模型（entity-relationship model）又称实体联系模型，它于 1976 年由 Peter Chen 首 先提出，这是一种概念化的模型，它将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基 本 概 念 以 及 它 们 间 的 两 种 基 本 关 系 ， 并 且 用 一 种 较 为 简 单 的 图 表 示 叫 E-R 图 （entity-relationship diagram），该图简单明了，易于使用，因此很受欢迎，长期以来作为一 种主要的概念模型被广泛应用。 1．E-R 模型的基本概念 E-R 模型有如下三个基本概念。 （1）实体（entity）：现实世界中的事物可以抽象成为实体，实体是概念世界中的基本 单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物。凡是有共性的实体可组成一个集合称为 实体集（entity set）。如学生张三、李四是实体，而他们又均是学生，从而组成一个实体集。 （2）属性（attribute）：现实世界中事物均有一些特性，这些特性可以用属性这个概念 表示。属性刻划了实体的特征。属性一般由属性名、属性型和属性值组成。其中属性名是 现实世界 概念世界 信息世界 计算机世界 图 2.1 四个世界的 转化示意图
属性标识，而属性的型与值则给出了属性的类型与取值，属性取值有一定范围称属性域 (domain)一个实体往往可以有若干个属性，如实体张三的属性可以有姓名、性别、年龄 等。 (3)联系(relationship):现实世界中事物间的关联称为联系。在概念世界中联系反 映了实体集间的一定关系，如医生与病人这两个实体集间的医治关系，官、兵间的上下级 管理关系，旅客与列车间的乘坐关系。 实体集间的联系，就实体集的个数而言可分为以下几种。 (1)两个实体集间的联系。两个实体集间联系是一种最为常见的联系，前面举的例 子均属两个实体集间的联系。 (2)多个实体集间的联系。这种联系包括三个实体集间的联系以及三个以上实体集 间的联系。如工厂、产品、用户这三个实体集间存在着工厂提供产品为用户服务的联系。 (3)一个实体集内部的联系。一个实体集内有若干个实体，它们间的联系称实体集 内部联系。如某公司职工这个实体集内部可以有上下级联系。往往某人（如科长）既可以 是一些人的下级（如处长），也可以是另一些人的上级（如本科内科员）。 实体集间联系的个数可以是单个也可以是多个。如官、兵之间既有上下级联系，也有 同志间联系，还可以有兴趣爱好的联系等。 ●a' a● ●a' a● ●b b ●b C● ●c b● ●d' d● ●d (a)一一对应函数关系 (b)一多对应函数关系 a● ● a' a b b c e● (c)多一对应函数关系 (d)多多对应函数关系 图2.2四种函数关系表示图 两个实体集间的联系实际上是实体集间的函数关系，这种函数关系可以有下面几种。 (1)一一对应(one to one)的函数关系：这种函数关系是常见的函数关系之一，它 可以记为1：1。如学校与校长间的联系，一个学校与一个校长间相互一一对应。 17
17 属性标识，而属性的型与值则给出了属性的类型与取值，属性取值有一定范围称属性域 （domain）一个实体往往可以有若干个属性，如实体张三的属性可以有姓名、性别、年龄 等。 （3）联系（relationship）：现实世界中事物间的关联称为联系。在概念世界中联系反 映了实体集间的一定关系，如医生与病人这两个实体集间的医治关系，官、兵间的上下级 管理关系，旅客与列车间的乘坐关系。 实体集间的联系，就实体集的个数而言可分为以下几种。 （1） 两个实体集间的联系。两个实体集间联系是一种最为常见的联系，前面举的例 子均属两个实体集间的联系。 （2） 多个实体集间的联系。这种联系包括三个实体集间的联系以及三个以上实体集 间的联系。如工厂、产品、用户这三个实体集间存在着工厂提供产品为用户服务的联系。 （3） 一个实体集内部的联系。一个实体集内有若干个实体，它们间的联系称实体集 内部联系。如某公司职工这个实体集内部可以有上下级联系。往往某人（如科长）既可以 是一些人的下级（如处长），也可以是另一些人的上级（如本科内科员）。 实体集间联系的个数可以是单个也可以是多个。如官、兵之间既有上下级联系，也有 同志间联系，还可以有兴趣爱好的联系等。 a' a a' a b' b b' c' c c' b d' d d' （a）一一对应函数关系 （b） 一多对应函数关系 a a' a a' b b' b b' c d c c' c' e d d' （c）多一对应函数关系 （d） 多多对应函数关系 图 2.2 四种函数关系表示图 两个实体集间的联系实际上是实体集间的函数关系，这种函数关系可以有下面几种。 （1） 一一对应（one to one）的函数关系：这种函数关系是常见的函数关系之一，它 可以记为 1:1。如学校与校长间的联系，一个学校与一个校长间相互一一对应