数据库系统概论
西华师范大学计算机学院
毛嘉莉
E-mail:maojl1231@163.com
telephone:2101626
?参考书
–, 数据库系统原理, 师伯乐编著 。 高等教育出版社,
1999年 2月
–, DATABASE SYSTEM CONCEPTS,第四版影印
版 Abraham Silberschatz,Henry F.Korth,S.Sudarshan
编著。高等教育出版社,2002年
?上机软件
– SQL Server 2000
考试成绩
? 平时成绩
（书面作业、上机练习、综合练习）
? 期中考试
? 期末考试
内容安排 (1)
?基础篇
– 第一章：绪论
– 第二章：关系数据库
– 第三章：关系数据库标准语言 SQL
– 第四章：关系系统及其查询优化
– 第五章：关系数据理论
?设计篇
– 第六章：数据库设计
内容安排 (2)
?系统篇
– 第七章：数据库恢复技术
– 第八章：并发控制
– 第九章：数据库安全性
– 第十章：数据库完整性
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
引言
? 1963年，美国 Honeywell公司的 IDS（ Integrated Data
Store）系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕。
? 20世纪 70年代是数据库蓬勃发展的年代，网状系统和
层次系统占据了整个数据库商用市场，而关系系统仅
处于实验阶段。
? 20世纪 80年代，关系系统由于使用简便以及硬件性能
的改善，逐步代替网状系统和层次系统占领了市场。
? 20世纪 90年代，关系数据库已成为数据库技术的主流。
? 进入 21世纪以后，无论是市场的需求还是技术条件的
成熟，对象数据库技术、网络数据库技术的推广和普
及已成定局。
数据库的地位
? 数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机
科学的重要分支
? 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出
现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透
? 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
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
1.1.2 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)
一、数据
? 数据 (Data)是数据库中存储的基本对象
? 信息与数据之间存在着固有的联系：数据是信
息的符号表示或称为载体；信息则是数据的内
涵，是对数据语义的解释
? 数据的定义
– 描述事物的符号记录
? 数据的种类
– 文字、图形、图象、声音
? 数据的特点
– 数据与其语义是不可分的
数据举例
? 学生档案中的学生记录
（李明，男,1972，江苏，计算机系,1990）
? 数据的形式不能完全表达其内容
? 数据的解释
– 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系
别、入学时间
– 解释：李明是个大学生,1972年出生，江苏人，
1990年考入计算机系
? 请给出另一个解释和语义
二、数据库（举例）
?§ éú μ? ?? ±í
?§ o? D? ?? ?ê á? D? ±e ?μ ?? ?ê ??
95004 í? D? ?÷ 19 ?? é? ?á ?§ 95
95006 ?? ′ó ?? 20 ?D éì ?· ?§ 95
95008 ?? ?? ±ó 18 ?? ·¨ ?é ?§ 95
… … … … … …
二、数据库 (续 )
? 人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据
之后, 应将其保存起来以供进一步加工处理,
进一步抽取有用信息
? 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 的数据集合
二、数据库 (续 )
? 数据库的特征
– 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
三、数据库管理系统
? 什么是 DBMS
– 数据库管理系统 （ Database Management System，
简称 DBMS） 是位于用户与操作系统之间的一层数
据管理软件 。
– 为用户或应用程序提供访问 DB的方法
– 基于不同的数据模型, 可以分为层次型, 网状型,
关系型和面向对象型等 。
? DBMS的用途
– 科学地组织和存储数据, 高效地获取和维护数据
DBMS的主要功能
–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
–数据操纵功能,提供数据操纵语言 (DML)
操纵数据实现对数据库的基本操作
(查询, 插入, 删除和修改 )
DBMS的主要功能
– 数据库的运行管理
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
– 数据库的建立和维护功能 (实用程序 )
数据库数据批量装载
数据库转储
介质故障恢复
数据库的重组织
性能监视等
四、数据库系统
? 什么是数据库系统
– 数据库系统 （ Database System,简称 DBS） 是实现有组
织地, 动态地存储大量关联数据, 方便多用户访问的计
算机硬件, 软件和数据资源组成的系统, 即它是采用数
据库技术的计算机系统 。
– 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 。
? 数据库系统的构成
– 由数据库, 数据库管理系统 （ 及其开发工具 ）, 应用系
统, 数据库管理员 （ 和用户 ） 构成 。
数据库系统 (续 )
? 数据库系统构成图示
– 参看教材 page_5 图 1.1
数据库
操作系统
数据库管理系统
应用系统
应用开发工具
用户 用户 用户
数据库
管理员
图 1.1 数据库系统
数据库系统 (续 )
? 数据库系统在计算
机系统中的位置图
示
– 参看教材 page_ 5 图
1.2
硬件
OS
DBMS、
编译系统
应用开
发工具
应用系统
图 1.2 数据库在计算机系统中的地位
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
1.1.3 数据管理技术的产生和发展
? 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
? 数据管理技术的发展过程
– 人工管理阶段 (40年代中 --50年代中 )
– 文件系统阶段 (50年代末 --60年代中 )
– 数据库系统阶段 (60年代末 --现在 )
数据管理技术的产生和发展 (续 )
? 数据管理技术的发展动力
– 应用需求的推动
– 计算机硬件的发展
– 计算机软件的发展
时间（年） 1956 1965 1971 1978 1981 1985 1995 2003
容量
（ MB／轴） 5 30 100 600 1200 5000 10000 180000
磁盘容量的发展
一、人工管理
? 时期
– 40年代中 --50年代中
? 产生的背景
– 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
人工管理 (续 )
? 特点
– 数据的管理者：应用程序, 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，完全依赖于程序
– 数据的结构化：无结构
– 数据控制能力：应用程序自己控制
应用程序与数据的对应关系 (人工管理 )
应用程序１ 数据集１
应用程序２ 数据集２
应用程序ｎ 数据集 n
...…,..…
二、文件系统
? 时期
– 50年代末 --60年代中
? 产生的背景
– 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
文件系统 (续 )
特点
数据的管理者：文件系统, 数据可长期保存
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
数据的结构化：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
应用程序与数据的对应关系 (文件系统 )
应用程序１ 文件１
应用程序２ 文件 2
应用程序ｎ 文件 n
存取
方法
...…,..…
文件系统中数据的结构
? 记录内有结构。
? 数据的结构是靠程序定义和解释的。
? 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。
? 文件间是独立的，因此数据整体无结构。
– 可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程
序中描述数据间的联系 。
? 数据的最小存取单位是记录。
学生人事记录
学号 姓名 性别 系别 年龄 政治面貌 家庭出生 籍贯 家庭成员 奖惩情况
学号 姓名 性别 系别 年龄 政治面貌 家庭出生 籍贯
学号 与本人关系 详细情况 日期 奖惩条目
图 1.6（ a）主记录 ——详细记录格式式例
家庭成员记录 奖惩情况记录
1301001 张三 男 计科系 21 共青团员 干部 四川成都
张二 父子 ……
王一 母子 ……
张五 兄弟 ……
2001 一等奖学金
2001 院级三好学生
家庭成员记录 奖惩情况记录
图 1.6(b) 学生张三记录示例
三、数据库系统
? 数据管理技术进入数据库阶段的标志是 20世纪 60年代
末的三件大事：
① 1968年美国 IBM公司推出层次模型的 IMS系统 。
② 1969年美国 CODASYL组织发布了 DBTG报告，总结了当时
各式各样的数据库，提出网状模型。
③ 1970年美国 IBM公司的 E.F.Codd 连续发表论文，提出
关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。
? 产生的背景
– 应用背景 大规模管理
– 硬件背景 大容量磁盘
– 软件背景 有数据库管理系统
– 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理
? 数据库阶段信息处理方式的演变
要求
报表
查询处理程序 报表生成程序
数据库
应用程序 应用程序
输入
输出
输入
输出
联机
终端
高级数据库技术阶段（一）
? 分布式数据库系统主要有下面三个特点
① 数据库的数据物理上分布在各个场地，但逻
辑上是一个整体。
② 每个场地既可以执行局部应用（访问本地
DB），也可以执行全局应用（访问异地 DB）。
③ 各地的计算机由数据通信网络相联系。本地
计算机单独不能胜任的处理任务，可以通过
通信网络取得其它 DB和计算机的支持。
高级数据库技术阶段（二）
? 分布式数据库系统
通信网
全局终端 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
通信网
全局终端 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
数据库系统 (续 )
? 特点
– 数据的管理者,DBMS
– 数据面向的对象：现实世界
– 数据的共享程度：共享性高
– 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的
逻辑独立性
– 数据的结构化：整体结构化
– 数据控制能力：由 DBMS统一管理和控制
应用程序与数据的对应关系 (数据库系统 )
DBMS
应用程序 1
应用程序 2
数据库
…
数据的高共享性的好处
? 降低数据的冗余度，节省存储空间
? 避免数据间的不一致性
? 使系统易于扩充
数据独立性
? 物理独立性
– 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据
是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程
序不用改变 。
? 逻辑独立性
– 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立
的 。 数据的逻辑结构改变了, 用户程序也可以不变 。
数据结构化
? 整体 数据的结构化是数据库的主要特征之
一。
? 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 。
DBMS对数据的控制功能
? 数据的安全性 （ Security） 保护
– 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定
数据, 保护数据以防止不合法的使用造成的
数据的泄密和破坏 。
? 数据的完整性 （ Integrity） 检查
– 将数据控制在有效的范围内, 或保证数据之
间满足一定的关系 。
DBMS对数据的控制功能
? 并发 （ Concurrency） 控制
– 对多用户的并发操作加以控制和协调, 防止
相互干扰而得到错误的结果 。
? 数据库恢复 （ Recovery）
– 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确
状态 。
数据库
整体逻辑结构
用户的局部逻辑结构 数据库的物理结构
逻辑数据
独立性
物理数据
独立性
数据库系统的结构
文件系统阶段信息处理的传统
方式
输入 程序 输出
数据库阶段信息处理方式的演
变
要求
报表
查询处理程序 报表生成程序
数据库
应用程序 应用程序
输入
输出
输入
输出
联机
终端
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
数据模型
? 在数据库中用数据模型这个工具来 抽象、表示
和处理 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
? 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
数据模型 (续 )
? 数据模型分成两个不同的层次
(1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对
数据和信息建模，主要用于数据库的设计。
(2) 数据模型 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，主要
用于 DBMS的实现 。
数据模型 (续 )
? 客观对象的抽象过程 ---两
步抽象
– 现实世界中的客观对象抽象为概
念模型；
– 把概念模型转换为某一 DBMS支
持的数据模型 。
概念模型是现实世界到机器世界
的一个中间层次 。
1.2 数据模型
1.2.1 数据模型的组成要素
1.2.2 概念模型
1.2.3 常用数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.1 数据模型的组成要素
? 数据结构（静态特性）
? 数据操作（动态特性）
? 数据的完整性约束条件
1,数据结构
? 什么是数据结构
– 对象类型的集合
? 两类对象
– 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
? 数据结构是对系统静态特性的描述
2.数据操作
? 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
? 数据操作的类型
– 检索
– 更新 （ 包括插入, 删除, 修改 ）
数据操作 (续 )
? 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
? 数据操作是对系统动态特性的描述 。
3.数据的约束条件
? 数据的约束条件
– 一组完整性规则的集合。
– 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 。
数据的约束条件 (续 )
? 数据模型对约束条件的定义
– 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。
– 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 。
1.2.2 概念模型
1,概念模型
2,信息世界中的基本概念
3,概念模型的表示方法
1,概念模型
? 概念模型的用途
– 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, 能够方便, 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 。
2,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 (续 )
(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）
同型实体的集合称为实体集
信息世界中的基本概念 (续 )
(7) 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
中反映为实体内部的联系和实体之间的联系
实体型间联系
两个实体型 一对一联系 （ 1:1）
三个实体型 一对多联系 （ 1:n）
一个实体型 多对多联系 （ m:n）
两个实体型间的联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
1
1:1联系
实体型 1
联系名
实体型 2
m
n
m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
n
1:n联系
两个实体型间的联系
? 一对一联系
– 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。
– 实例 （ 乘客与座位 ）
班级与班长之间的联系：
一个班级只有一个正班长
一个班长只在一个班中任职
两个实体型间的联系 (续 )
? 一对多联系
– 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
– 实例 （ 车间与工人 ）
班级与学生之间的联系：
一个班级中有若干名学生,
每个学生只在一个班级中学习
两个实体型间的联系 (续 )
? 多对多联系 （ m:n）
– 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
– 实例
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
多个实体型间的联系 (续 )
? 多个实体型间的一对多联系
– 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。
多个实体型间的联系 (续 )
– 实例
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
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
课程与教师、参考书之间的联系是一对多的
? 多个实体型间的一对一联系
? 多个实体型间的多对多联系
同一实体集内各实体间的联系
? 一对多联系
– 实例
职工实体集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
? 一对一联系
? 多对多联系
3,概念模型的表示方法
? 概念模型的表示方法很多
? 实体－联系方法 (E-R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。
学生 教师
E-R图 (续 )
? 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
学号 年龄性别姓名
E-R图 (续 )
? 联系
– 联系本身, 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（ 1:1,1:n或 m:n）
– 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
联系的表示方法
实体型 1
联系名
实体型 2
1
1
1:1联系
实体型 1
联系名
实体型 2
m
n
m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
n
1:n联系
联系的表示方法 (续 )
实体型 1
联系名
m n
同一实体型内
部的 m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
m
多个实体型间的 1:n联系
实体型 3
n
联系的表示方法示例
班级
班级 -班长
班长
1
1
1:1联系
课程
选修
学生
m
n
m:n联系
班级
组成
学生
1
n
1:n联系
联系的表示方法示例 (续 )
职工
领导
1 n
同一实体型内
部的 1:n联系
课程
讲授
教师
1
m
多个实体型间的 1:n联系
参考书
n
联系属性的表示方法
课程
选修
学生
m
n
成绩
举例说明用 E-R图来表示某个工厂的物资管理的概念模型
(1) 物资管理涉及的实体
A、仓库。属性有仓库号，仓库面积，电话号码。
B、零件。属性有零件号，名称，规格，单价，描述。
C、供应商。属性有供应商号，姓名，地址，电话号码，帐号。
D、项目。属性有项目号，预算，开工日期。
E、职工。属性有职工号，姓名，年龄，职称。
(2) 这些实体之间的联系
A、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。因此,仓库和零件具有多对多的联系。
B、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。 因此,仓库和职工之间是一对多的联系。
C、职工之间具有领导和被领导关系。因此,职工实体中具有一
对多的联系。
D、供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系。
仓库号 面积 电话号 职工号 姓名 年龄 职称
仓库 职工
零件号 名称 规格 单价 描述 项目号 预算 开工日期
零件 项目
（ a） 实体及其属性图
（ 3） 该工厂的物资管理 E-R图
供应商
项目 零件
供应量
仓库
库存量
职工
m
p
n
m 1 n
n
1 n
（ b） 某工厂物资管理实体及其联系图（ E-R图）
供应 库存
工作
领导
供应商号 姓名 地址 电话号 帐号
供应商
（ a） 实体及其属性图
E-R图 (续 )
完整的 E-R图
实体联系模型（二）
① 首先确定实体类型。本问题有三个实体类型：零件 PART，工程项目 PROJECT，零件供应
商 SUPPLIER。
② 确定联系类型。 PROJECT和 PART之间是
M:N联系,PART和 SUPPLIER之间也是 M:N
联系，分别命名为 P_P和 P_S.
③ 把实体类型和联系类型组合成 ER图。
④ 确定实体类型和联系类型的属性。
⑤ 确定实体类型的键，在 ER图中属于码的属性
名下画一条横线。
实体联系模型（三）
J #
P ROJ ECT
P _ P
JN A M E
DA T E
P #
P NA M E
COL OR
W EI G H T S #
S NA M E
S A DD R
T OT AL QU A NT I T Y
P _ S
P A R T P ROJ ECT
M M NN
实体联系模型（四）
M
M N
N
P ROJ ECT
S UPP L IER P A R T
P _ P _ S
P A R T
S UBP A R T
P
?作业：为某百货公司设计一个 E－ R模型：
该百货公司管辖若干个连锁店，每家店经营
若干商品，每家商店有若干职工，但每个职工
只有服务于一家店。
1.2.3 常用数据模型
? 非关系模型
– 层次模型（ Hierarchical Model）
– 网状模型 (Network Model )
– 数据结构：以基本层次联系为基本单位
基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多
（ 包括一对一 )的联系
常用数据模型 (续 )
? 关系模型 (Relational Model)
– 数据结构：表
? 面向对象模型 (Object Oriented Model）
– 数据结构：对象
1.2 数据模型
1.2.1 数据模型的组成要素
1.2.2 概念模型
1.2.3 常用数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.4 层次模型
1,层次数据模型的数据结构
2,层次数据模型的数据操纵
3,层次数据模型的完整性约束
4,层次数据模型的存储结构
5,层次数据模型的优缺点
6,典型的层次数据库系统
1,层次数据模型的数据结构
? 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
1,有且只有一个结点没有双
亲结点, 这个结点称为根
结点
2,根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
– 根结点, 双亲结点, 兄弟
结点, 叶结点
学院
系 处
教研室 班级
层次数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1 根结点
Ｒ 2 兄弟结点 Ｒ 3
叶结点
Ｒ 4 兄弟结点 Ｒ 5
叶结点 叶结点
层次数据模型的数据结构 (续）
? 表示方法
实体型,用记录类型描述 。
每个结点表示一个记录类型 。
属性,用字段描述 。 每个记录类型可包含若干个字段 。
联系,用结点之间的连线表示记录 （ 类 ） 型之间的
一对多的联系
系编号 系名 办公地点
教研室编号 教研室 学号 姓名 成绩
职工号 姓名 研究方向
教研
室
系
教
员
学
生
图 1.18教员 学生数据库模型
层次数据模型的数据结构 (续）
? 特点
– 结点的双亲是唯一的
– 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
– 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
层次数据模型的数据结构 (续）
? 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
二、多对多联系在层次模型中的表示
学号 姓名 成绩
课程号 课程名
S-C
学号 姓名 成绩
学号 姓名 成绩 课程号 课程名
课程号 课程名
学生 S S
SC
C
m
n
（ a） （ b）
（ c）
学号 姓名 成绩 课程号 课程名S C
V.C V.SC S
图 1.20 用层次模型表示多对多联系
2,层次模型的数据操纵
? 查询
? 插入
? 删除
? 更新
3,层次模型的完整性约束
? 无相应的双亲结点值就不能插入子女结
点值
? 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
4.层次数据模型的存储结构
? 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
? 链接法
用指引元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
1 邻接法
A
B
C
A1
B1 B4 B6
C3 C5 C7 C14 C2 C9 C4 C6 C8
（ a） （ b）
图 1.21 层次数据库及实例
A1 B1 C3 C5 C7 C14 B4 C2 C9 B6 C4 C6 C8 A2 …
…图 1.22 邻接法
2,链接法
用指引元来反映数据之间的层次联系,
(1) 子女 —兄弟链接法
A1 ··
(2) 层次序列链接法
B1 ·· B4 ·· B6 ·*
A2 · ·
C3 · C5 · C14 *C7 · C2 · C9 * C4 · C6 · C8 *
· B6· B4
· B1
· A1
· C3
· C14· C7
· C5
· C8
· C9· C2 · C6· C4
5,层次模型的优缺点
? 优点
– 层次数据模型简单, 对具有一对多的层次关系的部
门描述自然, 直观, 容易理解
– 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
– 查询子女结点必须通过双亲结点
– 层次命令趋于程序化
6,典型的层次数据库系统
IMS数据库管理系统
– 第一个大型商用 DBMS
– 1968年推出
– IBM公司研制
西华师范大学计算机学院
毛嘉莉
E-mail:maojl1231@163.com
telephone:2101626
?参考书
–, 数据库系统原理, 师伯乐编著 。 高等教育出版社,
1999年 2月
–, DATABASE SYSTEM CONCEPTS,第四版影印
版 Abraham Silberschatz,Henry F.Korth,S.Sudarshan
编著。高等教育出版社,2002年
?上机软件
– SQL Server 2000
考试成绩
? 平时成绩
（书面作业、上机练习、综合练习）
? 期中考试
? 期末考试
内容安排 (1)
?基础篇
– 第一章：绪论
– 第二章：关系数据库
– 第三章：关系数据库标准语言 SQL
– 第四章：关系系统及其查询优化
– 第五章：关系数据理论
?设计篇
– 第六章：数据库设计
内容安排 (2)
?系统篇
– 第七章：数据库恢复技术
– 第八章：并发控制
– 第九章：数据库安全性
– 第十章：数据库完整性
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
引言
? 1963年，美国 Honeywell公司的 IDS（ Integrated Data
Store）系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕。
? 20世纪 70年代是数据库蓬勃发展的年代，网状系统和
层次系统占据了整个数据库商用市场，而关系系统仅
处于实验阶段。
? 20世纪 80年代，关系系统由于使用简便以及硬件性能
的改善，逐步代替网状系统和层次系统占领了市场。
? 20世纪 90年代，关系数据库已成为数据库技术的主流。
? 进入 21世纪以后，无论是市场的需求还是技术条件的
成熟，对象数据库技术、网络数据库技术的推广和普
及已成定局。
数据库的地位
? 数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机
科学的重要分支
? 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出
现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透
? 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
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
1.1.2 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)
一、数据
? 数据 (Data)是数据库中存储的基本对象
? 信息与数据之间存在着固有的联系：数据是信
息的符号表示或称为载体；信息则是数据的内
涵，是对数据语义的解释
? 数据的定义
– 描述事物的符号记录
? 数据的种类
– 文字、图形、图象、声音
? 数据的特点
– 数据与其语义是不可分的
数据举例
? 学生档案中的学生记录
（李明，男,1972，江苏，计算机系,1990）
? 数据的形式不能完全表达其内容
? 数据的解释
– 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系
别、入学时间
– 解释：李明是个大学生,1972年出生，江苏人，
1990年考入计算机系
? 请给出另一个解释和语义
二、数据库（举例）
?§ éú μ? ?? ±í
?§ o? D? ?? ?ê á? D? ±e ?μ ?? ?ê ??
95004 í? D? ?÷ 19 ?? é? ?á ?§ 95
95006 ?? ′ó ?? 20 ?D éì ?· ?§ 95
95008 ?? ?? ±ó 18 ?? ·¨ ?é ?§ 95
… … … … … …
二、数据库 (续 )
? 人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据
之后, 应将其保存起来以供进一步加工处理,
进一步抽取有用信息
? 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 的数据集合
二、数据库 (续 )
? 数据库的特征
– 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
三、数据库管理系统
? 什么是 DBMS
– 数据库管理系统 （ Database Management System，
简称 DBMS） 是位于用户与操作系统之间的一层数
据管理软件 。
– 为用户或应用程序提供访问 DB的方法
– 基于不同的数据模型, 可以分为层次型, 网状型,
关系型和面向对象型等 。
? DBMS的用途
– 科学地组织和存储数据, 高效地获取和维护数据
DBMS的主要功能
–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
–数据操纵功能,提供数据操纵语言 (DML)
操纵数据实现对数据库的基本操作
(查询, 插入, 删除和修改 )
DBMS的主要功能
– 数据库的运行管理
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
– 数据库的建立和维护功能 (实用程序 )
数据库数据批量装载
数据库转储
介质故障恢复
数据库的重组织
性能监视等
四、数据库系统
? 什么是数据库系统
– 数据库系统 （ Database System,简称 DBS） 是实现有组
织地, 动态地存储大量关联数据, 方便多用户访问的计
算机硬件, 软件和数据资源组成的系统, 即它是采用数
据库技术的计算机系统 。
– 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 。
? 数据库系统的构成
– 由数据库, 数据库管理系统 （ 及其开发工具 ）, 应用系
统, 数据库管理员 （ 和用户 ） 构成 。
数据库系统 (续 )
? 数据库系统构成图示
– 参看教材 page_5 图 1.1
数据库
操作系统
数据库管理系统
应用系统
应用开发工具
用户 用户 用户
数据库
管理员
图 1.1 数据库系统
数据库系统 (续 )
? 数据库系统在计算
机系统中的位置图
示
– 参看教材 page_ 5 图
1.2
硬件
OS
DBMS、
编译系统
应用开
发工具
应用系统
图 1.2 数据库在计算机系统中的地位
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的地位
1.1.2 四个基本概念
1.1.3 数据管理技术的产生与发展
1.1.3 数据管理技术的产生和发展
? 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
? 数据管理技术的发展过程
– 人工管理阶段 (40年代中 --50年代中 )
– 文件系统阶段 (50年代末 --60年代中 )
– 数据库系统阶段 (60年代末 --现在 )
数据管理技术的产生和发展 (续 )
? 数据管理技术的发展动力
– 应用需求的推动
– 计算机硬件的发展
– 计算机软件的发展
时间（年） 1956 1965 1971 1978 1981 1985 1995 2003
容量
（ MB／轴） 5 30 100 600 1200 5000 10000 180000
磁盘容量的发展
一、人工管理
? 时期
– 40年代中 --50年代中
? 产生的背景
– 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
人工管理 (续 )
? 特点
– 数据的管理者：应用程序, 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，完全依赖于程序
– 数据的结构化：无结构
– 数据控制能力：应用程序自己控制
应用程序与数据的对应关系 (人工管理 )
应用程序１ 数据集１
应用程序２ 数据集２
应用程序ｎ 数据集 n
...…,..…
二、文件系统
? 时期
– 50年代末 --60年代中
? 产生的背景
– 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
文件系统 (续 )
特点
数据的管理者：文件系统, 数据可长期保存
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
数据的结构化：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
应用程序与数据的对应关系 (文件系统 )
应用程序１ 文件１
应用程序２ 文件 2
应用程序ｎ 文件 n
存取
方法
...…,..…
文件系统中数据的结构
? 记录内有结构。
? 数据的结构是靠程序定义和解释的。
? 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。
? 文件间是独立的，因此数据整体无结构。
– 可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程
序中描述数据间的联系 。
? 数据的最小存取单位是记录。
学生人事记录
学号 姓名 性别 系别 年龄 政治面貌 家庭出生 籍贯 家庭成员 奖惩情况
学号 姓名 性别 系别 年龄 政治面貌 家庭出生 籍贯
学号 与本人关系 详细情况 日期 奖惩条目
图 1.6（ a）主记录 ——详细记录格式式例
家庭成员记录 奖惩情况记录
1301001 张三 男 计科系 21 共青团员 干部 四川成都
张二 父子 ……
王一 母子 ……
张五 兄弟 ……
2001 一等奖学金
2001 院级三好学生
家庭成员记录 奖惩情况记录
图 1.6(b) 学生张三记录示例
三、数据库系统
? 数据管理技术进入数据库阶段的标志是 20世纪 60年代
末的三件大事：
① 1968年美国 IBM公司推出层次模型的 IMS系统 。
② 1969年美国 CODASYL组织发布了 DBTG报告，总结了当时
各式各样的数据库，提出网状模型。
③ 1970年美国 IBM公司的 E.F.Codd 连续发表论文，提出
关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。
? 产生的背景
– 应用背景 大规模管理
– 硬件背景 大容量磁盘
– 软件背景 有数据库管理系统
– 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理
? 数据库阶段信息处理方式的演变
要求
报表
查询处理程序 报表生成程序
数据库
应用程序 应用程序
输入
输出
输入
输出
联机
终端
高级数据库技术阶段（一）
? 分布式数据库系统主要有下面三个特点
① 数据库的数据物理上分布在各个场地，但逻
辑上是一个整体。
② 每个场地既可以执行局部应用（访问本地
DB），也可以执行全局应用（访问异地 DB）。
③ 各地的计算机由数据通信网络相联系。本地
计算机单独不能胜任的处理任务，可以通过
通信网络取得其它 DB和计算机的支持。
高级数据库技术阶段（二）
? 分布式数据库系统
通信网
全局终端 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
通信网
全局终端 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
局部处理机 局部处理机局部终端 局部终端
数据库 数据库
数据库系统 (续 )
? 特点
– 数据的管理者,DBMS
– 数据面向的对象：现实世界
– 数据的共享程度：共享性高
– 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的
逻辑独立性
– 数据的结构化：整体结构化
– 数据控制能力：由 DBMS统一管理和控制
应用程序与数据的对应关系 (数据库系统 )
DBMS
应用程序 1
应用程序 2
数据库
…
数据的高共享性的好处
? 降低数据的冗余度，节省存储空间
? 避免数据间的不一致性
? 使系统易于扩充
数据独立性
? 物理独立性
– 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据
是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程
序不用改变 。
? 逻辑独立性
– 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立
的 。 数据的逻辑结构改变了, 用户程序也可以不变 。
数据结构化
? 整体 数据的结构化是数据库的主要特征之
一。
? 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 。
DBMS对数据的控制功能
? 数据的安全性 （ Security） 保护
– 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定
数据, 保护数据以防止不合法的使用造成的
数据的泄密和破坏 。
? 数据的完整性 （ Integrity） 检查
– 将数据控制在有效的范围内, 或保证数据之
间满足一定的关系 。
DBMS对数据的控制功能
? 并发 （ Concurrency） 控制
– 对多用户的并发操作加以控制和协调, 防止
相互干扰而得到错误的结果 。
? 数据库恢复 （ Recovery）
– 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确
状态 。
数据库
整体逻辑结构
用户的局部逻辑结构 数据库的物理结构
逻辑数据
独立性
物理数据
独立性
数据库系统的结构
文件系统阶段信息处理的传统
方式
输入 程序 输出
数据库阶段信息处理方式的演
变
要求
报表
查询处理程序 报表生成程序
数据库
应用程序 应用程序
输入
输出
输入
输出
联机
终端
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
数据模型
? 在数据库中用数据模型这个工具来 抽象、表示
和处理 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
? 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
数据模型 (续 )
? 数据模型分成两个不同的层次
(1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对
数据和信息建模，主要用于数据库的设计。
(2) 数据模型 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，主要
用于 DBMS的实现 。
数据模型 (续 )
? 客观对象的抽象过程 ---两
步抽象
– 现实世界中的客观对象抽象为概
念模型；
– 把概念模型转换为某一 DBMS支
持的数据模型 。
概念模型是现实世界到机器世界
的一个中间层次 。
1.2 数据模型
1.2.1 数据模型的组成要素
1.2.2 概念模型
1.2.3 常用数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.1 数据模型的组成要素
? 数据结构（静态特性）
? 数据操作（动态特性）
? 数据的完整性约束条件
1,数据结构
? 什么是数据结构
– 对象类型的集合
? 两类对象
– 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
? 数据结构是对系统静态特性的描述
2.数据操作
? 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
? 数据操作的类型
– 检索
– 更新 （ 包括插入, 删除, 修改 ）
数据操作 (续 )
? 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
? 数据操作是对系统动态特性的描述 。
3.数据的约束条件
? 数据的约束条件
– 一组完整性规则的集合。
– 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 。
数据的约束条件 (续 )
? 数据模型对约束条件的定义
– 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。
– 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 。
1.2.2 概念模型
1,概念模型
2,信息世界中的基本概念
3,概念模型的表示方法
1,概念模型
? 概念模型的用途
– 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, 能够方便, 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 。
2,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 (续 )
(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）
同型实体的集合称为实体集
信息世界中的基本概念 (续 )
(7) 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
中反映为实体内部的联系和实体之间的联系
实体型间联系
两个实体型 一对一联系 （ 1:1）
三个实体型 一对多联系 （ 1:n）
一个实体型 多对多联系 （ m:n）
两个实体型间的联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
1
1:1联系
实体型 1
联系名
实体型 2
m
n
m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
n
1:n联系
两个实体型间的联系
? 一对一联系
– 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。
– 实例 （ 乘客与座位 ）
班级与班长之间的联系：
一个班级只有一个正班长
一个班长只在一个班中任职
两个实体型间的联系 (续 )
? 一对多联系
– 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
– 实例 （ 车间与工人 ）
班级与学生之间的联系：
一个班级中有若干名学生,
每个学生只在一个班级中学习
两个实体型间的联系 (续 )
? 多对多联系 （ m:n）
– 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
– 实例
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
多个实体型间的联系 (续 )
? 多个实体型间的一对多联系
– 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。
多个实体型间的联系 (续 )
– 实例
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
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
课程与教师、参考书之间的联系是一对多的
? 多个实体型间的一对一联系
? 多个实体型间的多对多联系
同一实体集内各实体间的联系
? 一对多联系
– 实例
职工实体集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
? 一对一联系
? 多对多联系
3,概念模型的表示方法
? 概念模型的表示方法很多
? 实体－联系方法 (E-R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。
学生 教师
E-R图 (续 )
? 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
学号 年龄性别姓名
E-R图 (续 )
? 联系
– 联系本身, 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（ 1:1,1:n或 m:n）
– 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
联系的表示方法
实体型 1
联系名
实体型 2
1
1
1:1联系
实体型 1
联系名
实体型 2
m
n
m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
n
1:n联系
联系的表示方法 (续 )
实体型 1
联系名
m n
同一实体型内
部的 m:n联系
实体型 1
联系名
实体型 2
1
m
多个实体型间的 1:n联系
实体型 3
n
联系的表示方法示例
班级
班级 -班长
班长
1
1
1:1联系
课程
选修
学生
m
n
m:n联系
班级
组成
学生
1
n
1:n联系
联系的表示方法示例 (续 )
职工
领导
1 n
同一实体型内
部的 1:n联系
课程
讲授
教师
1
m
多个实体型间的 1:n联系
参考书
n
联系属性的表示方法
课程
选修
学生
m
n
成绩
举例说明用 E-R图来表示某个工厂的物资管理的概念模型
(1) 物资管理涉及的实体
A、仓库。属性有仓库号，仓库面积，电话号码。
B、零件。属性有零件号，名称，规格，单价，描述。
C、供应商。属性有供应商号，姓名，地址，电话号码，帐号。
D、项目。属性有项目号，预算，开工日期。
E、职工。属性有职工号，姓名，年龄，职称。
(2) 这些实体之间的联系
A、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。因此,仓库和零件具有多对多的联系。
B、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。 因此,仓库和职工之间是一对多的联系。
C、职工之间具有领导和被领导关系。因此,职工实体中具有一
对多的联系。
D、供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系。
仓库号 面积 电话号 职工号 姓名 年龄 职称
仓库 职工
零件号 名称 规格 单价 描述 项目号 预算 开工日期
零件 项目
（ a） 实体及其属性图
（ 3） 该工厂的物资管理 E-R图
供应商
项目 零件
供应量
仓库
库存量
职工
m
p
n
m 1 n
n
1 n
（ b） 某工厂物资管理实体及其联系图（ E-R图）
供应 库存
工作
领导
供应商号 姓名 地址 电话号 帐号
供应商
（ a） 实体及其属性图
E-R图 (续 )
完整的 E-R图
实体联系模型（二）
① 首先确定实体类型。本问题有三个实体类型：零件 PART，工程项目 PROJECT，零件供应
商 SUPPLIER。
② 确定联系类型。 PROJECT和 PART之间是
M:N联系,PART和 SUPPLIER之间也是 M:N
联系，分别命名为 P_P和 P_S.
③ 把实体类型和联系类型组合成 ER图。
④ 确定实体类型和联系类型的属性。
⑤ 确定实体类型的键，在 ER图中属于码的属性
名下画一条横线。
实体联系模型（三）
J #
P ROJ ECT
P _ P
JN A M E
DA T E
P #
P NA M E
COL OR
W EI G H T S #
S NA M E
S A DD R
T OT AL QU A NT I T Y
P _ S
P A R T P ROJ ECT
M M NN
实体联系模型（四）
M
M N
N
P ROJ ECT
S UPP L IER P A R T
P _ P _ S
P A R T
S UBP A R T
P
?作业：为某百货公司设计一个 E－ R模型：
该百货公司管辖若干个连锁店，每家店经营
若干商品，每家商店有若干职工，但每个职工
只有服务于一家店。
1.2.3 常用数据模型
? 非关系模型
– 层次模型（ Hierarchical Model）
– 网状模型 (Network Model )
– 数据结构：以基本层次联系为基本单位
基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多
（ 包括一对一 )的联系
常用数据模型 (续 )
? 关系模型 (Relational Model)
– 数据结构：表
? 面向对象模型 (Object Oriented Model）
– 数据结构：对象
1.2 数据模型
1.2.1 数据模型的组成要素
1.2.2 概念模型
1.2.3 常用数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.4 层次模型
1,层次数据模型的数据结构
2,层次数据模型的数据操纵
3,层次数据模型的完整性约束
4,层次数据模型的存储结构
5,层次数据模型的优缺点
6,典型的层次数据库系统
1,层次数据模型的数据结构
? 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
1,有且只有一个结点没有双
亲结点, 这个结点称为根
结点
2,根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
– 根结点, 双亲结点, 兄弟
结点, 叶结点
学院
系 处
教研室 班级
层次数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1 根结点
Ｒ 2 兄弟结点 Ｒ 3
叶结点
Ｒ 4 兄弟结点 Ｒ 5
叶结点 叶结点
层次数据模型的数据结构 (续）
? 表示方法
实体型,用记录类型描述 。
每个结点表示一个记录类型 。
属性,用字段描述 。 每个记录类型可包含若干个字段 。
联系,用结点之间的连线表示记录 （ 类 ） 型之间的
一对多的联系
系编号 系名 办公地点
教研室编号 教研室 学号 姓名 成绩
职工号 姓名 研究方向
教研
室
系
教
员
学
生
图 1.18教员 学生数据库模型
层次数据模型的数据结构 (续）
? 特点
– 结点的双亲是唯一的
– 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
– 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
层次数据模型的数据结构 (续）
? 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
二、多对多联系在层次模型中的表示
学号 姓名 成绩
课程号 课程名
S-C
学号 姓名 成绩
学号 姓名 成绩 课程号 课程名
课程号 课程名
学生 S S
SC
C
m
n
（ a） （ b）
（ c）
学号 姓名 成绩 课程号 课程名S C
V.C V.SC S
图 1.20 用层次模型表示多对多联系
2,层次模型的数据操纵
? 查询
? 插入
? 删除
? 更新
3,层次模型的完整性约束
? 无相应的双亲结点值就不能插入子女结
点值
? 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
4.层次数据模型的存储结构
? 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
? 链接法
用指引元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
1 邻接法
A
B
C
A1
B1 B4 B6
C3 C5 C7 C14 C2 C9 C4 C6 C8
（ a） （ b）
图 1.21 层次数据库及实例
A1 B1 C3 C5 C7 C14 B4 C2 C9 B6 C4 C6 C8 A2 …
…图 1.22 邻接法
2,链接法
用指引元来反映数据之间的层次联系,
(1) 子女 —兄弟链接法
A1 ··
(2) 层次序列链接法
B1 ·· B4 ·· B6 ·*
A2 · ·
C3 · C5 · C14 *C7 · C2 · C9 * C4 · C6 · C8 *
· B6· B4
· B1
· A1
· C3
· C14· C7
· C5
· C8
· C9· C2 · C6· C4
5,层次模型的优缺点
? 优点
– 层次数据模型简单, 对具有一对多的层次关系的部
门描述自然, 直观, 容易理解
– 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
– 查询子女结点必须通过双亲结点
– 层次命令趋于程序化
6,典型的层次数据库系统
IMS数据库管理系统
– 第一个大型商用 DBMS
– 1968年推出
– IBM公司研制
