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1、环境信息的获取与组织管理南京信息工程大学南京信息工程大学 环境科学与工程学院环境科学与工程学院大气环境大气环境2009级专业课程级专业课程李凤英李凤英第一节第一节 环境信息的数据库基础环境信息的数据库基础第二节第二节 环境空间信息获取环境空间信息获取第一节第一节 环境信息的数据库基础环境信息的数据库基础一、四一、四个基本概念个基本概念u数据数据(Data)(Data)u数据库数据库(Database)(Database)u数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)u数据库系统数据库系统(DBS)(DBS)1、数据数据数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据库中存储的基本对象
2、数据的定义数据的定义描述事物的符号记录描述事物的符号记录数据的种类数据的种类文字、图形、图象、声音文字、图形、图象、声音数据的特点数据的特点数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的数据举例数据举例学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录（李明，男，（李明，男，1972，江苏，计算机系，江苏，计算机系，1990）数据数据的解释的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间在系别、入学时间解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，年出生，江苏人，1990年考入计算机系年考入计算机系2、数据库（举例）数据库（举例）
3、2、数据库数据库(续续)人人们们收收集集并并抽抽取取出出一一个个应应用用所所需需要要的的大大量量数数据据之之后后，应应将将其其保保存存起起来来以以供供进进一一步步加加工工处处理，进一步抽取有用信息理，进一步抽取有用信息数据库的定义数据库的定义数数据据库库(Database,简简称称DB)是是长长期期储储存存在在计计算算机内、有机内、有组织组织的、可的、可共享共享的的大量大量数据集合数据集合2、数据库数据库(续续)数据库的特征数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存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可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易
4、扩展3、数据库管理系统数据库管理系统什么是什么是DBMS数数据据库库管管理理系系统统（Database Management System，简简称称DBMS）是是位位于于用用户户与与操操作作系系统统之间的一层数据管理软件。之间的一层数据管理软件。DBMS的用途的用途科科学学地地组组织织和和存存储储数数据据、高高效效地地获获取取和和维维护护数数据据DBMS的主要功能的主要功能数据定义功能数据定义功能 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象数据操纵功能数据操纵功能:提供数据操纵语言提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作操纵数据实现对
5、数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改查询、插入、删除和修改)DBMS的主要功能的主要功能数据库的运行管理数据库的运行管理 保证数据的安全性、完整性、保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序)数据库数据批量装载数据库数据批量装载 数据库转储数据库转储 介质故障恢复介质故障恢复 数据库的重组织数据库的重组织 性能监视等性能监视等4、数据库系统数据库系统什么是什么是数据库系统数据库系统数数据据库库系系统统（Database System，简简称称DBS）是是指在
6、计算机系统中引入数据库后的系统构成。指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在在不不引引起起混混淆淆的的情情况况下下常常常常把把数数据据库库系系统统简简称称为为数数据库。据库。数据库系统的构成数据库系统的构成由由数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统（及及其其开开发发工工具具）、应应用系统、数据库管理员（和用户）构成。用系统、数据库管理员（和用户）构成。数据库系统数据库系统(续续)特点特点数据的管理者：数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和一数据的独立性：高度的物理独立性和一 定
7、的逻辑独定的逻辑独立性立性数据的结构化：整体结构化数据的结构化：整体结构化数据控制能力：数据控制能力：DBMS统一管理和控制统一管理和控制数据库系统构成图示数据库系统构成图示二、数据库系统的要求二、数据库系统的要求数据库系统的组成数据库系统的组成u数据库数据库u数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）u应用系统应用系统u数据库管理员数据库管理员u（用户）（用户）u硬件硬件u软件软件u人员人员1、硬件平台及数据库硬件平台及数据库数据库系统对硬件资源的要求数据库系统对硬件资源的要求(1)足够大的内存足够大的内存操作系统操作系统DBMS的核心模块的核心模块数据缓冲区数据缓冲区应用
8、程序应用程序数据库系统对硬件资源的要求数据库系统对硬件资源的要求(2)足够大的外存足够大的外存 磁盘磁盘操作系统操作系统DBMS应用程序应用程序数据库及其备份数据库及其备份 光盘、磁带、软盘光盘、磁带、软盘数据备份数据备份(3)较高的通道能力，提高数据传送率较高的通道能力，提高数据传送率2、软件软件uDBMSu操作系统操作系统u与数据库接口的高级语言及其编译系统与数据库接口的高级语言及其编译系统u以以DBMS为核心的应用开发工具为核心的应用开发工具u为特定应用环境开发的数据库应用系统为特定应用环境开发的数据库应用系统应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBM
9、S应用程序1应用程序2数据库3、人员人员u数据库管理员数据库管理员u系统分析员系统分析员u数据库设计人员数据库设计人员u应用程序员应用程序员u(最终用户最终用户)（1）数据库管理员）数据库管理员(DBA)u决定数据库中的信息内容和结构决定数据库中的信息内容和结构u决定数据库的存储结构和存取策略决定数据库的存储结构和存取策略u定义数据的安全性要求和完整性约束条件定义数据的安全性要求和完整性约束条件数据库管理员数据库管理员(续续)u监控数据库的使用和运行监控数据库的使用和运行周期性转储数据库周期性转储数据库数据文件数据文件日志文件日志文件系统故障恢复系统故障恢复介质故障恢复介质故障恢复监视审计文件
10、监视审计文件数据库管理员数据库管理员(续续)u数据库的改进和重组数据库的改进和重组性能监控和调优性能监控和调优数据重组数据重组u数据库重构数据库重构（2）系统分析）系统分析员员u负责应用系统的需求分析和规范说明负责应用系统的需求分析和规范说明u与用户及与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置协商，确定系统的硬软件配置u参与数据库系统的概要设计参与数据库系统的概要设计（3）数据库）数据库设计人员设计人员u参加用户需求调查和系统分析参加用户需求调查和系统分析u确定数据库中的数据确定数据库中的数据u设计数据库各级模式设计数据库各级模式（4）应用程序）应用程序员员u设计和编写应用系统的程序模块设计和编
11、写应用系统的程序模块u进行调试和安装进行调试和安装（5）用户）用户偶然用户偶然用户企业或组织机构的高中级管理人员企业或组织机构的高中级管理人员简单用户简单用户银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员三、数据库系统结构数数据据库库系系统统外外部部的的体体系系结结构构（从从数数据据库库最最终用户角度终用户角度看）看）u单用户结构u主从式结构u分布式结构u客户/服务器结构u浏览器/应用服务器/数据库服务器结构1.单用户数据库系统（本地数据库）u整整个个数数据据库库系系统统(应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据)装装在在一一台台计计算算机机上上，为为一一
12、个个用用户户独独占占，不不同同机机器之间不能共享数据。器之间不能共享数据。u早期的最简单的数据库系统早期的最简单的数据库系统2.主从式结构的数据库系统一个主机带多个终端的多用户结构一个主机带多个终端的多用户结构u数数据据库库系系统统，包包括括应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据，都都集集中中存存放放在在主主机机上上，所所有有处处理理任任务务都都由由主主机机来来完成完成u各各个个用用户户通通过过主主机机的的终终端端并并发发地地存存取取数数据据库库，共享数据资源共享数据资源主从式结构的数据库系统主机主机终终端端主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统(续）续）优点优点u易于管理、控制与
13、维护。易于管理、控制与维护。缺点缺点u当当终终端端用用户户数数目目增增加加到到一一定定程程度度后后，主主机机的的任任务务会会过过分分繁繁重重，成成为为瓶瓶颈颈，使使系系统性能下降。统性能下降。u系系统统的的可可靠靠性性依依赖赖主主机机,当当主主机机出出现现故故障障时，整个系统都不能使用。时，整个系统都不能使用。3 3.分布式结构分布式结构的数据库系统的数据库系统数数据据库库中中的的数数据据在在逻逻辑辑上上是是一一个个整整体体，但但物物理理地地分布分布在计算机网络的不同结点上。在计算机网络的不同结点上。u网网络络中中的的每每个个结结点点都都可可以以独独立立处处理理本本地地数数据据库库中中的的数据
14、，执行局部应用数据，执行局部应用u同同时时也也可可以以同同时时存存取取和和处处理理多多个个异异地地数数据据库库中中的的数数据，执行全局应用据，执行全局应用分布式结构的数据库系统（续）分布式结构的数据库系统（续）优点优点u适适应应了了地地理理上上分分散散的的公公司司、团团体体和和组组织织对对于于数据库应用的需求。数据库应用的需求。缺点缺点u数数据据的的分分布布存存放放给给数数据据的的处处理理、管管理理与与维维护护带来困难。带来困难。u当当用用户户需需要要经经常常访访问问远远程程数数据据时时，系系统统效效率率会明显地受到网络传输的制约。会明显地受到网络传输的制约。4 4客户服务器结构的数据库系统客
15、户服务器结构的数据库系统把把DBMSDBMS功能和应用分开功能和应用分开u网网络络中中某某个个（些些）结结点点上上的的计计算算机机专专门门用用于于执执行行DBMSDBMS功功能能，称称为为数数据据库库服服务务器器，简简称称服服务器务器u其其他他结结点点上上的的计计算算机机安安装装DBMSDBMS的的外外围围应应用用开开发工具，用户的应用系统，称为客户机发工具，用户的应用系统，称为客户机客户服务器数据库系统的种类客户服务器数据库系统的种类集中的服务器结构集中的服务器结构u一一台数据库服务器，多台客户机台数据库服务器，多台客户机分布的服务器结构分布的服务器结构u在网络中有多台数据库服务器在网络中有
16、多台数据库服务器u分分布布的的服服务务器器结结构构是是客客户户服服务务器器与与 分分布式数据库的结合布式数据库的结合客户服务器结构的优点客户服务器结构的优点u客客户户端端的的用用户户请请求求被被传传送送到到数数据据库库服服务务器器，数数据据库库服服务务器器进进行行处处理理后后，只只将将结结果果返返回回给给用用户户，从从而显著减少了数据传输量而显著减少了数据传输量u数据库更加开放数据库更加开放客客户户与与服服务务器器一一般般都都能能在在多多种种不不同同的的硬硬件件和和软软件件平平台台上上运行运行可以使用不同厂商的数据库应用开发工具可以使用不同厂商的数据库应用开发工具客户服务器结构的缺点客户服务器
17、结构的缺点“胖客户”问题：u系统安装复杂，工作量大。u应用维护困难，难于保密，造成安全性差。u相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源。浏览器浏览器/应用服务器应用服务器/数据库服务器结构数据库服务器结构客户端：客户端：u浏览器浏览器软件、用户软件、用户界面界面u浏览器浏览器的界面统一，广大用户容易的界面统一，广大用户容易掌握掌握u大大大大减少了培训时间与费用。减少了培训时间与费用。服服务务器器端端分分为为两两部部分分（一一是是Web服服务务器器、应应用用服务器，二是数据库服务器，二是数据库服务器服务器等）等）u大大减少了系统开发和维护代价大大减少了系统开发
18、和维护代价u能够支持数万甚至更多的用户能够支持数万甚至更多的用户四、数据模型四、数据模型在数据库中用数据模型这个工具来在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处抽象、表示和处理理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟就是现实世界的模拟数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求u能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界u容易容易为人所为人所理解理解u便于在计算机上便于在计算机上实现实现数据模型数据模型(续续)数据模型分成两个不同的层次数据模型分成两个不同的层次(1)概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对也称
19、信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。数据和信息建模。(2)数据模型数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。数据模型数据模型(续续)数据模型数据模型(续续)客观对象的抽象过程客观对象的抽象过程-两步抽象两步抽象u现现实实世世界界中中的的客客观观对对象象抽抽象象为为概概念念模模型；型；u把把概概念念模模型型转转换换为为某某一一DBMS支支持持的的数据模型。数据模型。概概念念模模型型是是现现实实世世界界到到机机器器世世界界的的一个中间层次。一个中间层次。1.概念模型概念模型
20、概念模型的用途概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模概念模型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对概念模型的基本要求较较强强的的语语义义表表达达能能力力，能能够够方方便便、直直接接地地表表达达应应用用中中的各种语义知识的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解。2.信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(1)实体（实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相
21、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。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。例例如如：一一个个学学生生、一一个个部部门门、一一门门课课、学学生生的的一一次次选选课课、老老师师与与系系的的工作关系工作关系(2)属性（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。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。例例如如：学学生生实实体体可可以以由由学学号号、姓姓名名、性性别别、出出生生年年份份、系系、入入学学时时间间等属性组成。等属性组成。(3)码（码（Key）唯一标识实体的唯一标识实体的属性集属性集称为码。称为码。例如：学
22、号是学生实体的码。例如：学号是学生实体的码。信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(4)域（域（Domain）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。(5)实体型（实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画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同类实体称为实体型例如：学生（学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间）。例如：学生（学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间）。(6)实体集（实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集例如：全体学生就是一个实体集。例如：全体学生就是一个实体集。信息世
23、界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(7)联系（联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系中反映为实体内部的联系和实体之间的联系两个实体型间联系可以分为三类：两个实体型间联系可以分为三类：一对一联系（一对一联系（1:1）一对多联系（一对多联系（1:n）多对多联系（多对多联系（m:n）两个实体型间的联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联
24、系两个实体型间的联系两个实体型间的联系 一对一联系一对一联系 u如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中至至多多有有一一个个实实体体与与之之联联系系，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A与实体集与实体集B具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:1。u 实例实例班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职两个实体型间的联系两个实体型间的联系 (续续)一对多联系一对多联系u如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实
25、实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中至至多多只只有有一一个个实实体体与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B有有一一对对多多联联系系，记记为为1:nu实例实例班级班级与学生之间的联系：与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习两个实体型间的联系两个实体型间的联系 (续续)多对多联系（多对多联系（m:n）u如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反
26、反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中也也有有m个个实实体体（m0）与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体B具具有有多对多联系。记为多对多联系。记为m:nu实例实例课程与学生之间的联系：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一个学生可以同时选修多门课程多个实体型间的联系多个实体型间的联系(续续)u多个实体型间的一对一联系多个实体型间的一对一联系u多多个实体型间的一对多联系个实体型间的一对多联系若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集存在联系，对于实体集Ej（
27、j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，）中的给定实体，最多只和最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说中的一个实体相联系，则我们说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对之间的联系是一对多的多的。u多个实体型间的多对多联系多个实体型间的多对多联系多个实体型间的联系多个实体型间的联系(续续)多个实体型间的一对多联系的实例多个实体型间的一对多联系的实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干如果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，每一本本参考书，每一个教师只
28、讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多课程与教师、参考书之间的联系是一对多的的同一实体集内各实体间的联系同一实体集内各实体间的联系u一对一联系一对一联系u一对一对多联系多联系实例实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系u多多对多联系对多联系3.概念模型的表示方法概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多概念模型的表示方法很多实体联系方法实体
29、联系方法(E-R方法，也称为方法，也称为E-R模型模型)用用E-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E-R图图实体型实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生学生教师教师E-R图图(续续)属性属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来接起来学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名E-R图图(续续)联系联系联系本身联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用用菱形表示，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
30、类型（联系的类型（1:1、1:n或或m:n）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与该联系连接起来 联系的表示方法联系的表示方法实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系联系的表示方法联系的表示方法(续续)实体型实体型1联系名联系名mn同一实体型内同一实体型内部的部的m:n联系联系实体型实体型1联系名联
31、系名实体型实体型21m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系实体型实体型3n联系的表示方法示例联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系联系的表示方法示例联系的表示方法示例(续续)职工职工领导领导1n同一实体型内同一实体型内部的部的1:n联系联系课程课程讲授讲授教师教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n联系属性的表示方法联系属性的表示方法课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩E-R图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图例：为仓库管理设计一个
32、例：为仓库管理设计一个ER模型。模型。仓库主要管理零件的采购和供应等事项。仓库根仓库主要管理零件的采购和供应等事项。仓库根据需要向外面供应商订购零件，而许多工程项目据需要向外面供应商订购零件，而许多工程项目需要仓库提供零件。需要仓库提供零件。E-R图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图ER图建立过程如下：图建立过程如下：Step1 首先确定实体类型。首先确定实体类型。仓库仓库主要管理主要管理零件零件的采购和供应等事项。仓库根据需的采购和供应等事项。仓库根据需要向外面要向外面供应商供应商订购零件，而许多订购零件，而许多工程项目工程项目需要仓库提供需要仓库提供零件。零件。本问题有三
33、个实体类型：本问题有三个实体类型：工程项目工程项目proJect，零件零件Part，供应商供应商Supplier。E-R图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图Step2 确定联系类型。确定联系类型。proJect 和和 Part之间是之间是M:N联系，命名为联系，命名为J_P Part 和和 Supplier之间也是之间也是M:N联系，命名为联系，命名为P_S.E-R图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图Step3 把实体类型和联系类型组合成把实体类型和联系类型组合成ER图。图。E-R图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图Step4 确定实体类型
34、和联系类型的属性。确定实体类型和联系类型的属性。Step5 确定实体类型的关键码，在确定实体类型的关键码，在ER图中属于图中属于码的属性名下画一条横线。码的属性名下画一条横线。ER模型模型-总结总结优点优点简单，容易理解，真实反应用户需求；简单，容易理解，真实反应用户需求；与计算机无关，用户容易接受。与计算机无关，用户容易接受。遇到实际问题一般先设计一个遇到实际问题一般先设计一个ER模型，然后把模型，然后把ER模型转换成计算机能实现的数据模型模型转换成计算机能实现的数据模型逻辑逻辑数据模型。数据模型。4 数据模型数据模型的组成要素的组成要素u数据结构数据结构 u数据操作数据操作 u数据的约束条
35、件数据的约束条件 （1）数据结构）数据结构u什么是数据结构什么是数据结构对象类型的集合对象类型的集合u两类对象两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象与数据之间联系有关的对象u数据结构是对系统静态特性的描述数据结构是对系统静态特性的描述（2）数据）数据操作操作 u数据操作数据操作对对数数据据库库中中各各种种对对象象（型型）的的实实例例（值值）允允许许执执行行的的操作操作及有关的及有关的操作规则操作规则u数据操作的类型数据操作的类型检索检索更新（包括插入、删除、修改）更新（包括插入、删除、修改）数据操作数据操作(续续)u数据模型对操作的定义
36、数据模型对操作的定义操作的确切含义操作的确切含义操作符号操作符号操作规则（如优先级）操作规则（如优先级）实现操作的语言实现操作的语言u数据操作是对系统动态特性的描述。数据操作是对系统动态特性的描述。（3）数据）数据的约束条件的约束条件 u一一组完整性规则的集合。组完整性规则的集合。u完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所完整性规则是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，用以限定符合数据模型具有的制约和储存规则，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。确、有效、相容。数据的约束条件数据的约束条件(续
37、续)数据模型对约束条件的定义数据模型对约束条件的定义u反映和规定反映和规定本本数据模型数据模型必须必须遵守的基本的通用的完整遵守的基本的通用的完整性约束性约束条件。条件。u 例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。性和参照完整性两个条件。u提提供供定定义义完完整整性性约约束束条条件件的的机机制制，以以反反映映具具体体应应用用所所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。5 常用常用数据模型数据模型u非关系模型非关系模型层次模型（层次模型（Hierarchical Model）网状模型网状模
38、型(Network Model)数据结构数据结构：以基本层次联系为基本单位：以基本层次联系为基本单位 基基本本层层次次联联系系：两两个个记记录录以以及及它它们们之之间间的的一一对对多多（包包括一对一括一对一)的联系的联系常用数据模型常用数据模型(续续)u关系模型关系模型(Relational Model)u数据结构：表数据结构：表u面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model）u数据结构：对象数据结构：对象6 层次层次模型模型u层次数据模型层次数据模型的数据结构的数据结构 u层次数据模型层次数据模型的数据操纵的数据操纵u层次数据模型层次数据模型的完整性约束的完整性约束
39、u层次数据模型层次数据模型的存储结构的存储结构 u层次数据模型层次数据模型的优缺点的优缺点 u典型典型的层次数据库系统的层次数据库系统（1）层次数据模型）层次数据模型的数据结构的数据结构层次模型层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。有有且且只只有有一一个个结结点点没没有有双双亲亲结结点点，这这个个结结点点称称为为根根 结结点点根根以外的其它结点有且只有一个双亲结点以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点层次数据模型的数据结构层
40、次数据模型的数据结构(续）续）1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点一个层次模型的示例一个层次模型的示例层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续）续）表示方法表示方法实体型实体型：用记录类型描述。：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。每个结点表示一个记录类型。属性属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的 一对多的联系一对多的联系实例：实例：教员教员-学生数据模型学生数据模
41、型层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续）续）教师学生数据库模型教师学生数据库模型层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续）续）特点特点结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续）续）多对多联系在层次模型中的
42、表示多对多联系在层次模型中的表示用层次模型用层次模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系方法方法将多对多联系将多对多联系分解分解成一对多联系成一对多联系分解方法分解方法冗余结点法冗余结点法虚拟结点法虚拟结点法（2）层次）层次模型的数据操纵模型的数据操纵u 查询查询u 插入插入u 删除删除u 更新更新（3）层次）层次模型的完整性约束模型的完整性约束无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值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如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除也被同时删除更新操作时，应更新所有相应记录，以保证更新操作时，应更新所有相应记录，以保证
43、数据的一致性数据的一致性（4）层次数据模型）层次数据模型的存储结构的存储结构u邻接法邻接法 按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次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邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序层次顺序u链接法链接法用指引元来反映数据之间的层次联系用指引元来反映数据之间的层次联系子女兄弟链接法子女兄弟链接法 层次序列链接层次序列链接法法（5）层次）层次模型的优缺点模型的优缺点u优点优点层层次次数数据据模模型型简简单单，对对具具有有一一对对多多的的层层次次关关系系的部门描述自然、直观，容易理解的部门描述自然、直观，容易理解性能优于
44、关系模型，不低于网状模型性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持u缺点缺点多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然对插入和删除操作的限制多对插入和删除操作的限制多查询子女结点必须通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点层次命令趋于程序化层次命令趋于程序化（6）典型）典型的层次数据库系统的层次数据库系统IMS数据库管理系统数据库管理系统第一个大型商用第一个大型商用DBMS1968年推出年推出IBM公司研制公司研制7 网状网状模型模型u网状数据模型网状数据模型的数据结构的数据结构 u网状数据模型网状数据模型的数据操纵的数据操纵u网状数据模
45、型网状数据模型的完整性约束的完整性约束 u网状数据模型网状数据模型的存储结构的存储结构 u网状数据模型网状数据模型的优缺点的优缺点u典型典型的网状数据库系统的网状数据库系统（1）网状数据模型）网状数据模型的数据结构的数据结构u网状模型网状模型满满足足下下面面两两个个条条件件的的基基本本层层次次联联系系的的集集合合为为网网状模型。状模型。1.允许一个以上的结点无双亲；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。一个结点可以有多于一个的双亲。网状数据模型的数据结构 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4
46、R5R5 网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）表示方法（与层次数据模型相同）表示方法（与层次数据模型相同）实体型实体型：用记录类型描述。：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。每个结点表示一个记录类型。属性属性：用字段描述。：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。每个记录类型可包含若干个字段。联系联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之：用结点之间的连线表示记录（类）型之 间的间的一对多的父子联系一对多的父子联系。网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）特点特点只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系每每个个记记录录类类型型定定义义一一个
47、个排排序序字字段段，也也称称为为码码字字段段任任何何记记录录值值只只有有按按其其路路径径查查看看时时，才才能能显显出出它它的全部意义的全部意义网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）网状模型与层次模型的区别网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点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网状模型允许两个结点之间有多种联系系网状模型可以更直接地去描述现实世网状模型可以更直接地去描述现实世界界层次模型实际上是网状模型的一个特层次模型实际上是网状模型的一个特例例网状数据模型的数据结构网状数
48、据模型的数据结构(续）续）1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5 网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）1 L1 L2 R2网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）学生宿舍学生宿舍学生学生教研室教研室系系教师教师网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）父母父母人人子女子女树树种种植植砍砍伐伐养养育育赡赡养养网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续）续）u多对多联系在网状模型中的表示多对多联系在网状模型中的表示用网状模型用网状模型间接间接表示多对多联系表示多
49、对多联系方法方法 将多对多联系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系（2）网状）网状模型的数据操纵模型的数据操纵u查询查询u插入插入u删除删除u更新更新（3）网状数据模型）网状数据模型的完整性约束的完整性约束网状数据库系统（如网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵）对数据操纵加了加了一一些限制，提供了一定的完整性约束些限制，提供了一定的完整性约束码码双亲结点与子女结点之间是一对多联系双亲结点与子女结点之间是一对多联系属籍类别属籍类别加入类别加入类别(自动的，手工的自动的，手工的)移出类别移出类别(固定的，必须固定的，必须 的，随意的的，随意的)（3）网状数据模型）网状数据模型的完
50、整性约束的完整性约束 完整性约束条件完整性约束条件允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值允许只删除双亲结点值允许只删除双亲结点值（4）网状数据模型）网状数据模型的存储结构的存储结构关键关键实现记录之间的联系实现记录之间的联系常用方法常用方法单向链接单向链接双向链接双向链接环状链接环状链接向首链接向首链接（5）网状）网状模型的优缺点模型的优缺点u优点优点能够更为直接地描述现实世界，一个结点可以有多个双亲能够更为直接地描述现实世界，一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高u缺点缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据