3）数据独立性高 4）有统一的数据控制功能 三、 数据模型 数据库是某个企业、组织或部门所涉及的数据的综合，它不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库技术中使用数据模型来抽象、表示现实世界中的数据和信息。 模型：对现实世界特征的模拟和抽象。 数据模型：对现实世界数据特征的模拟和抽象。 现实世界中的数据要进入到数据库中，需要经过人们的认识、理解、整理、规范和加工。可以把这一过程划分成三个主要阶段，即现实世界阶段、信息世界阶段和机器世界阶段。 （1）现实世界 ? 实体：客观存在并且可以相互区别的事物称为实体，如学生、课程、零件、案件等都是实体。 ? 特征：描述实体的特性称为属性。如 “学生”实体具有学号、姓名、性别等特征； “零件”实体具有名称、规格型号、生产日期、单价等特征。 ? 标识特征：在一个实体集中，用于区分实体的特征称。例如，对于学生实体，学号可以作为其标识特征，而性别则不能作为其标识特征。 （2） 信息世界 人们对现实世界的对象进行抽象，并对其进行命名、分类，在信息世界用概念模型来对其进行描述。 信息世界涉及的主要概念： ? 实体：对应于现实世界的实体。如一个学生、一门课等。 ? 属性：对应于实体的特征。一个实体可以由若干个属性来刻画。例如，学生实体可以有学号、姓名、性别、班级、年龄等属性。 ? 码：对应于实体的标识特征。例如，学生实体可以用学号来唯一标识，因此学号可以作为学生实体的码。 ? 域：属性的取值范围称为该属性的域。例如，姓名的域为字符串集合；年龄的域为不小于零的整数；性别的域为(男，女)。 ? 实体型：用实体名及其属性名集合来描述实体， 例如，学生实体型描述为： 学生(学号，姓名，性别，年龄) 例如，课程实体型可以描述为：课程(课程号，课程名，学分)
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? 实体集：同型实体的集合构成了实体集。即具有相同特征的一类实体的集合构成了实体集。例如，所有的学生构成了“学生”实体集。 ? 联系：现实世界中的事物之间通常都是有联系的，这些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。实体内部的联系通常指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常指不同实体集之间的联系。这些联系总的来说可以划分为三种：一对一联系、一对多(或多对一)联系、 多对多联系。 ? 概念模型：概念模型是对信息世界的建模，因此，概念模型应该能够方便、准确地表示出信息世界中的常用概念。概念模型有多种表示方法，其中最常用的是“实体－联系方法”(Entity Relationship Approach)，简称E-R方法，E-R方法用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R图提供了表示实体、属性和联系的方法。 现实世界中的数据经过人们的认识和抽象，形成信息世界；在信息世界中用概念模型来描述数据及其联系，概念模型按用户的观点对数据和信息进行建模，独立于具体的机器和DBMS；根据所使用的具体机器和DBMS，需要对概念模型进行进一步转换，形成在具体机器环境下可以实现的数据模型。 三个阶段之间的相互关系： 现实世界 抽象 信息世界：概念模型 转换 机 器 世 界： 某DBMS支持的数据模型 （3）机器世界 概念模型是独立于机器的，需要转换成具体的DBMS所能识别的数据模型，才
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能将数据和数据之间的联系保存到计算机上。在计算机中可以用不同的方法来表示数据与数据之间的联系，把表示数据与数据之间的联系的方法称为数据模型。数据库领域常见的数据模型有3种： (1) 层次模型(Hierarchical Model) 层次模型是以记录型结点构成的树型结构。它适合描述现实世界中主次分明的结构关系 ? 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点； ? 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 ? 层次型模型数据之间是1：N的关系。 ? 层次模型在进行数据操纵过程中要注意完整性约束条件 ? 层次数据库中不仅要存储数据本身，还要存储数据之间的层次关系 (2) 网状模型(Network Model) 网状模型的基本特征是一个父结点允许有多个子结点，一个子结点也允许有多个父结点。网状模型有两个特点： ? 有一个以上结点无父结点； ? 至少有一个结点有多于一个的父结点。 (3) 关系模型(Relational Model) 其中，关系模型是目前使用最广泛的数据模型。 数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。 ? 数据结构是研究对象类型的集合。 ? 数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。 ? 数据约束条件是一组完整性规则的集合。 1）关系数据结构 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。 例如，学生信息表： 学号 980010101 980010102 980010103 ?? 姓名 张涛 李明 刘心 ?? 性别 男 男 女 ?? 年龄 18 18 19 ??
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(1) 关系: 一个关系对应于一张二维表。 (2) 关系名: 如“学生信息” 。 (3) 元组: 表中的一行，对应于存储文件中的一个记录。 (4) 属性: 表中的一列。 (5) 属性名: 给每个属性起一个名字。对应于存储文件中的字段。 (6) 候选码：如果在一个关系中，存在多个属性(或属性组合)都能用来唯一标识该关系的元组，这些属性(或属性组合)都称为该关系的候选码(或候选关键字)。 例如，假设 “学生信息”关系中的姓名没有重名现象，则学号和姓名都是候选码。 (7) 主码：在若干个候选码中指定作为码的属性(或属性组合)称为该关系的主码(或主关键字)。 例如，学号可以作为“学生信息”关系的主码。 (8) 全码: 如果一个关系模型的所有属性一起构成该关系的码，则称为全码。 (9) 主属性: 包含在候选码中的属性。如学号。 (10) 非主属性: 不包含在任何候选码中的属性称为非码属性或非主属性。如性别和年龄。] (11) 域：属性的取值范围。 如，性别域: (男、女)，年龄域: 大于0的整数。 (12) 分量：元组中的一个属性值。如“李明”。 (13) 关系模式：对关系的描述。一般表示为：关系名(属性1，属性2，?，属性n) 例如， “学生信息”表表示为：学生信息(学号，姓名，性别，年龄) 在关系模型中，实体和实体之间的联系都是用关系来表示的，例如，学生、课程和选修关系可以表示为： 学生信息(学号，姓名，性别，年龄) 课程(课程号，课程名，学分) 选修(学号，课程号，成绩) 2）关系操作 ? 关系操作主要包括: ? 查询 ? 插入 ? 修改 ? 删除数据
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? 特点: 集合操作， 操作对象和操作结果都是关系，即元组的集合。 3）关系的完整性约束 主要包括三类: ? 实体完整性 ? 参照完整性 ? 用户定义的完整性。 其中，实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，用户定义的完整性是指针对具体应用需要自行定义的约束条件。 a. 实体完整性 现实世界中的实体是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。主码中的属性即主属性不能取空值。所谓空值就是“不知道”或“无意义”的值。如果主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体，这与现实世界的应用环境相矛盾，因此这个实体一定不是一个完整的实体。这就是实体的完整性规则。 实体完整性定义：若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。 b. 参照完整性 在关系模型中，实体及实体间的联系都是用关系来描述的，这样就需要在关系与关系之间通过某些属性建立起它们之间的联系。 例如，对于以下三个关系模式： 学生信息(学号，姓名，性别，年龄) 主码:学号 课程(课程号，课程名，学分) 主码: 课程号 选修(学号，课程号，成绩) 主码 (学号，课程号) 选修关系的学号必须在学生信息关系中存在的学号，而选修关系的课程号也必须是一个在课程关系中存在的课程号。 参照完整性定义：设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码，如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码，并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系。 关系R和S不一定是不同的关系。 例如，设有以下两个关系模式： 职工(职工编号，姓名，性别，部门编号) 部门(部门编号，名称，地址，简介) 在“职工”关系中，主码为职工编号，在“部门”关系中，主码为部门编号，所以“职工”关系中的部门编号是该关系的外码。
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