【文章內容簡介】 種對象（型）的實例（值） 允許執(zhí)行的操作集合，包括操作及有關的操作規(guī)則。 完整性約束 數據的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。 數據模型的組成 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 41 所研究的對象： 與數據類型、內容、性質有關的對象，例如網狀模型中的數據項、記錄，關系模型中的域、屬性、關系等； 與數據之間聯(lián)系有關的對象，例如網狀模型中的系型（ SetType）。 數據結構是刻畫一個數據模型性質最重要的方面。 數據結構的類型，例如層次結構、網狀結構和關系結構。 數據結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。 數據結構 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 42 數據庫主要有 檢索和更新（包括插入、刪除、修改） 兩大類 操作。 數據模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī) 則（如優(yōu)先級）以及實現(xiàn)操作的語言。 數據操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。 數據操作 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 43 完整性規(guī)則 是給定的數據模型中數據及其聯(lián)系所具有的制約 和依存規(guī)則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態(tài)以及狀態(tài) 的變化，以保證數據的正確、有效、相容。 數據模型應該反映和規(guī)定本數據模型必須遵守的基本的通用 的完整性約束條件。 完整性約束 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 44 概念模型 面向計算機用戶、面向現(xiàn)實世界的數據模型，它與 DBMS無關，不 依賴于具體的計算機系統(tǒng)，它 主要用于應用系統(tǒng)開發(fā)的有關需求分 析，描述一個單位的概念化結構，將現(xiàn)實世界抽象為信息世界。 邏輯模型 數據庫的組織形式稱為邏輯數據模型，它決定了數據庫中數據之間 聯(lián)系的表達方式。 在建立了概念數據模型后，即根據一定的規(guī)則將其轉化為邏輯數據 模型。 物理模型 數據模型的分類 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 45 這類模型主要用于信息世界的建模，強調語義表達能力，能 方便、直接地表達應用中各種語義知識，其概念簡單、清 晰．用戶容易理解。 概念數據模型主要有：實體 聯(lián)系模型（ ER模型）、擴展實 體聯(lián)系模型（ EER模型）、面向對象模型（ OO模型）、 IDEF1X模型等，概念數據模型用于數據庫的設計。其中以 ER模型最為著名。 概念模型 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 46 目前，常用的邏輯數據模型有三種：層次模型、網狀模型、 關系模型。 層次模型（ Hierachical Model）： 數據之間的聯(lián)系像一棵倒放的樹，樹根、樹的分枝點和樹葉都稱為節(jié)點，節(jié)點是分層次的，樹根是最高層。 軍隊中的建制、機關編制、家譜等都屬于層次模型。 邏輯模型 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 47 校長 校長辦公室 各學院 …… 各職能處 （ 電信學院） 計算機系 電子系 信控系 … 計算機教學實驗中心 網絡所 … .. 軟件教研室 層次模型示意圖 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 48 網絡模型（ Network Model）： 數據之間的聯(lián)系象一張網，網上的聯(lián)接點稱為節(jié)點，節(jié)點 與節(jié)點之間是平等的，不分層次。 學生 教學課程表 教室 課程 教師 網絡模型 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 49 關系模型（ Relational Model）： 關系模型是當前 DBMS所支持的數據模型的主流，關系模 型建立在集合論的基礎上，工資表、成績表、檔案表等都 屬于關系模型。 其組織形式是一張二維表 ， 一個表即一個關系；其特點： 一個關系一張表 數據獨立性高 操作簡單 一行是一個記錄 一列是一個數據項 （ 字段 ） 關系模型 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 50 物理數據模型反映數據的存儲結構 ，例如存儲介質的物理 塊、指針和索引等。 每個邏輯數據模型在實現(xiàn)時，都有其對應的物理數據模型。 物理數據模型不但與 DBMS有關，而且還與計算機系統(tǒng)的硬 件和操作系統(tǒng)有關。 物理數據模型和邏輯數據模型用于 DBMS的實現(xiàn)。 物理模型 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 51 數據庫應用系統(tǒng)設計步驟 DB應用系統(tǒng)的設計步驟符合軟件工程設計思想。 ⑴用戶需求分析 理解用戶對該項目所提出的各種要求，并進一步對各個環(huán)節(jié)進行抽象。 ⑵概念設計 將需求分析的結果抽象為信息結構，得到系統(tǒng)的全局 ER圖。 ⑶邏輯設計 將得到的抽象的 ER圖轉換成數據模型。 ⑷物理設計 確定得到的數據模型最后反映在物理設備上是個什么物理結構。 ⑸數據庫實施 在選定的 RDBMS中，建立系統(tǒng)的數據庫結構，對原始數據進行采集、整理、轉換并錄入。 ⑹數據庫的維護 包括故障排除、數據備份和恢復、安全性和完整性機制的定期改善，以及對數據庫性能進行改進。 數據庫應用系統(tǒng)設計步驟 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 52 從數據庫管理系統(tǒng)角度看，數據庫系統(tǒng)通常采用三級模式 結構 數據庫模式的概念 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 數據庫的兩級映射功能與數據獨立性 第 3節(jié) 數據庫體系結構 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 53 在數據模型中有型與值的概念 模式（ Schema）是數據庫中 全體數據的邏輯結構和特征的 描述 ，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。模式的 主體就是數據庫的數據模型。 模式反映的是數據的結構及其聯(lián)系，而實例反映的是數據庫 某一時刻的狀態(tài)。 數據模式的概念 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 54 外模式 也稱子模式（ Subschema）或用戶模式，它是數據庫用戶 （包括應用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的 局部數據 的邏輯結構和特征的描述 ，是數據庫用戶的數據視圖，是與 某一應用有關的數據的邏輯表示。 外模式通常是模式的子集。 一個數據庫可以有多個外模式。 一個應用程序只能使用一個外模式。 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 55 模式 也稱為邏輯模式，是數據庫中 全體數據的邏輯結構和特征的 描述 ，是所有用戶的公共數據視圖。 模式實際上是數據庫數據在邏輯級上的視圖。 一個數據庫只 有一個模式 。 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 56 內模式 也稱存儲模式（ Storage Schema），它是 數據物理結構和 存儲方式的描述 ，是數據在數據庫內部的表示方式。 一個數據庫只有一個內模式。 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 57 用戶圖表 1 用戶圖表 2 用戶圖表 3 子模式 1 子模式 2 子模式 3 概念模式 內模式 最終用戶 I/O視圖 程序管理員 外部視圖 概念視圖 系統(tǒng)程序員 DBA 物理視圖 內部視圖 物理 組織 數據 數據庫系統(tǒng)的分層視圖 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 58 數據庫管理系統(tǒng)在三級模式之間提供了兩層映射：外模式 /模 式映射；模式 /內模式映射。 正是這兩層映射保證了數據庫系統(tǒng)中的數據能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。 外模式 /模式映射 模式 /內模式映射 數據庫的兩級映射功能與數據獨立性 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 59 模式描述的是數據的全局邏輯結構，外模式描述的是數據的 局部邏輯結構。 對應于同一個模式可以有任意多個外模式。 對于每一個外模式，數據庫系統(tǒng)都有一個外模式 /模式映射， 它定義了該外模式與模式之間的對應關系。這些映射定義通 常包含在各自外模式的描述中。 當模式改變時（例如增加新的關系、新的屬性、改變屬性的 數據類型等）， 由數據庫管理員對各個外模式 /模式的映射作 相應改變，可以使外模式保持不變。 應用程序是依據數據的 外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程 序的邏輯獨立性，簡稱 數據的邏輯獨立性 。 外模式 /模式映射 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 60 數據庫中只有一個模式，也只有一個內模式，所以 模式 /內模 式映射是唯一 的，它定義了數據庫全局邏輯結構與存儲結構 之間的對應關系。 當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結 構），由數據庫管理員對模式 /內模式映射作相應改變，可以 使模式保持不變，從而應用程序也不必改變。保證了數據與 程序的物理獨立性，簡稱 數據的物理獨立性 。 模式 /內模式映射 大學計算機基礎 Fundamentals of Computers 61 關系模型的基本概念 關系的形式化定義 關系代數基礎 結構化查詢語言 (SQL)基礎