数据模型及组成要素

第一章数据库系统概述本章学习重点：1.数据库系统的三级模式结构2.数据模型中概念层模型（E-R）模型域逻辑层模型（关系模型）第一节数据库基本概念一、数据（Data）：是描述事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的、可以鉴别的信息包括数字、字母、文字、特殊字符组成的文本数据，也可以是图形、图像、动画、影像、声音、语言等多媒体数据。

例如，日常生活和工作中使用的客户档案记录、商品销售记录等都是数据二、数据库（Database,简称DB）1.定义：是长期储存在计算机中的有组织的、可共享的（大量）数据集合2.数据库中存储的数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点三、数据库管理系统（Data Management System,简称DBMS）数据库管理系统产生的时期是20世纪60年代后期DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态的功能，这就是数据库的故障恢复1.定义：是位于应用程序（用户）与操作系统之间的一层数据管理软件2.主要功能（1）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例如：表、视图、存储过程、触发器等（2）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例如：查询、插入、删除和修改（3）数据库的运行管理：保证数据的安全性（用户只能使用视图定义中的数据，而不能使用视图定义外的其它数据）、完整性（数据的正确性、有效性和相容性，防止错误的数据进入数据库）、多用户对数据的并发使用以及发生故障后的系统恢复（4）数据库的建立和维护功能：创建数据库及对数据库空间的维护、数据库的备份与恢复功能、数据库的重组织功能和性能监视、分析等数据库恢复采用的方法：建立检查点、建立副本、建立日志文件（5）数据组织、存储和管理功能例如：索引查找、顺序查找（6）其他功能：主要包括与其他软件的网络通信功能、不同数据库管理系统之间的数据传输以及相互访问功能等四、数据库系统（Database System,DBS）：是指在计算机中引入数据库技术之后的系统1.通常一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统及相关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户2.数据库管理员（Database Administrator,DBA）：专门负责对数据库进行维护，并保证数据库正常、高效运行第二节数据管理技术的发展一、人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）特点：1.数据不保存2.应用程序管理数据3.数据面向应用注意：记录内无结构，整体无结构二、文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）缺陷：数据冗余、数据不一致、数据联系弱特点：1．数据的管理者：文件系统，数据可长期保存2．数据面向的对象：某一应用程序3．数据的共享程度：共享性差、冗余度大4．数据的结构化：记录内有结构，整体无结构5．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6．数据控制能力：应用程序自己控制三、数据库系统阶段（20世纪60年代后期以来）特点：1.数据集成2.数据共享性高3.数据冗余度小4.数据一致性5.数据独立性高6.实施统一管理与控制7.减少应用程序开发与维护的工作量第三节数据库系统的结构一、数据库系统的三级模式结构1.模式：也称为概念模式或逻辑模式，它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图2.外模式：也称为子模式（Subschema）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述DBMS提供子模式描述语言（Subschema DDL）来严格地定义子模式3.内模式：也称为存储模式（Storage Schema），它是对数据库中数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示形式4.三级模式结构的两层映像与数据独立性（1）外模式/模式映像（逻辑独立性）（2）模式/内模式映像（物理独立性）数据独立性：不会因为系统数据库存储（物理）结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序二、数据库系统的运行与应用结构1.客户/服务器（Client/Server,C/S）模式（需要下载）例如：QQ、桌面客户端游戏2.浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）模式例如：网站、在线web游戏第四节数据模型一、数据特征与数据模型组成要素1.数据结构：描述的是系统的静态特性及数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系2.数据操作：描述的是系统的动态特性，是对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3.数据约束：描述数据结构中数据间的语法和语义关联，包括相互制约与依存关系以及数据动态变化规则，以保证数据的正确性，有效性与相容性二、数据模型的分类1.概念层数据模型（1）信息世界中的基本概念A．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，B．属性（Attribute）：实体所具有的某种特性称为实体的属性，一个实体可以由多个属性来描述C．码或键（Key）：唯一标识实体的属性集称为码D．域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域E．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F．实体集（Entity Set）：同型实体的集合称为实体集G．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：★一对多1：N★一对一1：1★多对多N：M（2）概念模型的表示方法概念模型：用来描述现实世界的事物，与具体的计算机系统无关表达用户需求观点的数据全局逻辑结构的模型最典型的概念模型是实体联系（E-R）2.逻辑层数据模型（1）层次模型（2）网状模型（3）关系模型（4）面向对象模型在面向对象技术中，相同元素的有序集合，并且允许有重复的元素的复合数据类型是列表类型3.物理层数据模型：也称为数据的物理模型（Physical Model），其描述数据在存储介质上的组织结构，是逻辑模型的物理实现，即每一种逻辑模型在实现时都有与其相对应的物理模型逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模第二章关系数据库本章学习重点：1.关系数据库的相关概念2.关系规范化理论，各个范式之间的转化关系第一节关系数据库概述系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd1.1970年提出关系数据模型2. E.F.Codd在1970年发表了论文《Communication of the ACM》3.之后，提出了关系代数和关系演算的概念4.1972年提出了关系的第一、第二、第三范式5.1974年提出了关系的BC范式关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据80年代后，关系数据库系统成为最重要、最流行的数据库系统典型实验系统：System R、University INGRES典型商用系统：ORACLE（占有率最高）、SYBASE、INFORMIX、IBM DB2课程中使用的是MySQL第二节关系数据模型一、关系数据结构关系模型的数据结构非常简单，只包含单一的数据结构，即关系基本术语：1.表（Table）：表，也称为关系，是一个二维的数据结构，它由表名构成表的各个列（如学号、姓名等）及若干行数据（各个学生的具体信息）组成。

绪论单元测试1.数据模型的三要素是数据结构、数据操作、数据完整性约束( ).A:错B:对答案:B2.数据模型的三要素是数据检索、数据更新、数据删除( ).A:对B:错答案:B3.数据模型的三要素是主键、元组、属性( ).A:错B:对答案:A第一章测试1.下列选项中，( )不是数据库系统的特点.A:数据共享B:数据独立性高C:数据完整性D:数据冗余很高答案:D2.数据模型的三要素是( ).A:数据检索、数据更新、数据删除B:实体、属性、联系C:数据结构、数据操作、数据完整性约束D:主键、元组、属性答案:C3.在下面的两个关系中,学号和学院代号分别为学生关系和学院关系的主键(或称主码),则外键是什么.学生(学号,姓名,学院代号,成绩)学院(学院代号,学院名称,学生人数) ( )A:学生关系的”学院代号”B:学院关系的”学院名称”C:学生关系的”学号”D:学院关系的”学院代号”答案:A4.设有顾客和商品两个实体,每个顾客会购买多种商品,每种商品会有多个顾客购买,则顾客和商品实体之间的联系类型是( ).A:1:1B:m:n答案:B5.一个结点只能有一个双亲,结点之间只可以有一对多联系的模型是( ).A:网状模型B:层次模型C:关系模型答案:B第二章测试1.从关系数据库中选出部分列的查询操作是( ).A:选择B:投影C:连接D:除答案:B2.关系R与关系S只有一个公共属性,T1是R与S作θ条件连接的结果,T2是R与S自然连接的结果,则( ).A:T1的属性个数大于或等于T2的属性个数B:T1的属性个数小于T2的属性个数C:T1的属性个数大于T2的属性个数D:T1的属性个数等于T2的属性个数答案:C3.一个关系模式只有一个( ).A:外键B:主键C:组合键D:候选键答案:B4.设关系R和S的属性个数分别为2和3，那等价于（）.A:1B:1C:1D:1答案:D5.设关系R和S具有相同的目，且它们相对应的属性的值取自同一个域，则R-(R-S)等于（）。

请描述数据模型的组成要素和具体含义
数据模型通常由数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分组成。

1.数据结构：是指对实体类型和实体间联系的表达和实现，是所描述的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。

数据结构有两类，一类是与对象的类型、内容、性质有关的，如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等；另一类是与数据之间联系有关的对象，如网状模型中的系型。

2.数据操作：是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。

数据库主要有查询和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。

3.数据完整性约束：是一组完整性规则，它给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则。

【关键字】精品第1章部分习题解答一. 填空题1．数据模型通常由(数据结构)、(数据操作)和(数据完整性约束)三要素组成。

2．数据模型通常分(层次)、(网络)、(关系)和(面向对象)是四种。

3．数据操作描述的是系统的动态特性，主要分为(检索)和(革新)两大类，共包括(查询)、(插入)、(删除)和(修改)4种操作。

4．关系数据库系统是以(关系模型)为基础的数据库系统。

5．从数据库管理系统的角度划分数据库系统的体系结构，可分为(外模式)、(模式)和(内模式)三层。

6．有了外模式／模式映象可以保证数据和应用程序之间的(逻辑独立性)；有了模式/内模式映象，可以保证数据和应用程序之间的(物理独立性)。

7．数据库管理系统主要由(数据描述语言及其翻译程序)、(数据操纵/查询语言及其翻译程序)和(数据库管理例行程序)三部分组成。

8．数据库管理系统在三层结构之间提供的两层映象是(外模式/模式映象)和(模式/内模式映象)。

9．当前数据库系统的主流是(关系数据库系统)。

10．在E-R图中，实体集用(矩形)表示，实体集和联系的属性用(椭圆形)表示，实体之间的联系用(菱形)表示，联系与其涉及的实体集之间以直线连接，并在直线端部标上联系的种类(1:1，1:n，m:n)。

11．房屋租赁公司利用数据库记录房主的房屋和公司职员的信息。

其中房屋信息包括房屋编号、地址、面积、朝向、租金价格。

职员的信息包括员工编号、姓名、联系的客户、约定客户见面时间、约定客户看房的编号。

房屋租赁公司的E-R图如下图所示：图房屋租赁公司的E-R图在括号中填人正确的答案。

A： (房屋) B：(带客户看房) C：(职员) D：(地址) E：(租金价格) F：(联系的客户)G：(约定客户见面时间) H：(约定客户看房的编号)二. 选择题1．( B )是按照一定的数据模型组织的，长期储存在计算机内，可为多个用户共享的数据的聚集。

A．数据库系统B．数据库C．关系数据库D。

第2章数据模型1.试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

解：数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具,是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。

一般地讲,数据模型是严格定义的概念的集合。

这些概念精确描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。

因此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。

(1)数据结构：是所研究的对象类型的集合,是对系统静态特性的描述。

(2)数据操作：是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许进行的操作的集合,包括操作及有关的操作规则,是对系统动态特性的描述。

(3)数据的约束条件：是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依存规则,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。

2.模型的作用。

解：模型用于对客观事物及其联系进行有效的描述与刻画。

模型是对现实世界特征的模拟和抽象。

数据模型是现实世界数据特征的抽象，是用来描述数据的一组概念和定义。

不同的数据模型提供给我们模型化数据和信息的不同工具。

3.概念模型中以下术语：实体，实体型，实体集，属性，码，实体联系图(E-R图)解：实体：客观存在并可以相互区分的事物叫实体。

实体型：具有相同属性的实体具有相同的特征和性质,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。

实体集：同型实体的集合称为实体集。

属性：实体所具有的某一特性,一个实体可由若干个属性来刻画。

码：惟一标识实体的属性集称为码。

实体联系图(E-R 图)：提供了表示实体型、属性和联系的方法：·实体型：用矩形表示,矩形框内写明实体名；·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；·联系：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)。

不同的联系。

数据库课后答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2第1章习题一、填空题1. 在数据管理技术发展历程的几个阶段中，在（人工管理）阶段数据不能保存。

2. 数据模型由以下三要素组成：（数据结构）、数据操作和数据的约束条件。

3. 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、（逻辑数据模型）、（物理数据模型）。

4. E-R模型属于（概念数据）模型，结构数据模型指层次、网状、关系。

5. 数据库专家们提出了数据库系统分级的系统结构模型，整个系统分为三级，它们分别是（外模式）、（模式）和（内模式）。

二、选择题1．在文件系统阶段，操作系统管理数据的基本单位是（A ）。

A.文件B.记录C.程序D.数据项2. 数据管理技术发展过程中，文件系统与数据库系统的重要区别是数据库具有（C）。

A.数据可共享B.数据无冗余C.特定的数据模型D.有专门的数据管理软件3. 在数据库的数据模型中有（A）。

A.网状模型、层次模型、关系模型B.数字型、字母型、日期型C.二数值型、字符型、逻辑型D.数学模型、概念模型、逻辑模型4. 用表格形式的结构表示实体类型以及实体类型之间联系的数据模型是（A）。

A.关系数据模型B.层次数据模型C.网状数据模型D.面向对象数据模型5. 描述概念模型的常用方法是（D）。

A.建立数据模型方法B.需求分析方法C.二维表方法D.实体－联系方法三、判断题1. 数据库管理员是专门从事数据库设计、管理和维护的工作人员。

（√）2. 计算机的数据管理技术经历了人工管理、文件系统管理和数据库系统三个阶段。

（√）3. 逻辑数据模型（又称数据模型），它是一种面向客观世界、面向用户的模型；它与具体的数据库系统无关，与具体的计算机平台无关。

（⨯）4. 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。

（√）5. 内模式亦称为子模式或用户模式，描述的是数据的局部逻辑结构。

1.2《数据库系统概论》之数据模型（概念模型、逻辑模型--物理模型、层次模型、⽹状模型、关。

前⾔本篇⽂章学习书籍：《数据库系统概论》第5版王珊萨师煊编著视频资源来⾃：由于学长已经系统的整理过本书了，我在学习课本和视频以及学长⽂章的同时在学长⽂章的基础上进⾏相应学习修改。

（学长原系列⽬录：）资料参考⽹站：0.思维导图1.数据模型的概念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2.两⼤类数据模型数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(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，⽤于数据库设计。

(2) 逻辑模型和物理模型逻辑模型主要包括⽹状模型、层次模型、关系模型、⾯向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，⽤于DBMS实现。

物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表⽰⽅式和存取⽅法，在磁盘或磁带上的存储⽅式和存取⽅法。

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。

3.数据模型的组成要素(1)数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合。

这些对象是数据库的组成成分，数据结构指对象和对象间联系的表达和实现，是对系统静态特征的描述，包括两个⽅⾯：（1）数据本⾝：类型、内容、性质。

例如关系模型中的域、属性、关系等。

（2）数据之间的联系：数据之间是如何相互关联的，例如关系模型中的主码、外码联系等。

(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查询更新(包括插⼊、删除、修改)(3)数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件是⼀组完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满⾜的条件，以保证数据的正确性、有效性和相容性。

完整性规则：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4.概念模型(1)⽤途与基本要求概念模型的⽤途: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。

数据通信基本模型的组成
数据通信基本模型是指在数据通信过程中，涉及到的各个部分和组成要素。

它由发送方、接收方、传输介质、协议等基本组成部分构成。

首先，发送方是数据通信基本模型的重要组成部分之一。

发送方是指数据来源，它可以是计算机、手机、传感器等各种终端设备。

发送方在传输数据的过程中需要将数据转换成特定的信号格式，以便在传输介质中进行传输。

其次，接收方也是数据通信基本模型的重要组成部分之一。

接收方是指数据的目的地，它可以是计算机、手机、显示器等各种终端设备。

接收方在接收数据时需要将信号格式转换成原始数据格式，以便进行后续处理。

除了发送方和接收方，传输介质也是数据通信基本模型的重要组成部分之一。

传输介质是指在发送方和接收方之间进行数据传输的媒介，可以是电缆、无线电波、光纤等各种介质。

最后，协议也是数据通信基本模型的重要组成部分之一。

协议是指在数据传输过程中，发送方和接收方之间进行通信的规则和标准，它包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层等七层。

综上所述，数据通信基本模型是由发送方、接收方、传输介质和协议等基本组成部分构成的，它们共同协作完成数据的传输和处理。

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数据库系统原理复习资料（全）1.第一章1.1.数据库基本概念1.1.1.数据(Data)描述事物的符号记录，用物理符号记录下来的，可以鉴别的信息。

数字、字母、文字、特殊字符组成的文本数据，也可以是图像、图形、动画等。

1.1.2.数据库(DataBase, DB）俗称存储数据的仓库，按一定的格式进行存储。

1.1.3.数据库管理系统（DBMS）专门用于建立和管理数据库的一套软件，介于应用程序和操作系统之间。

是一类系统软件1.1.4.数据库系统(DBS)是指在计算机中引入数据库技术之后的系统。

包括：数据库、数据库管理系统及相关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户。

1.2.数据管理技术的发展1.2.1.人工管理阶段20世纪50年代中期以前，没有磁盘，没有操作系统特点：（1）数据不保存（2）应用程序管理数据（3）数据面向应用1.2.2.文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期特点：（1）具有数据可长期保存和管理的特点（2）提供了物理数据独立性，使应用程序与数据的具体物理存储结构分离，使数据共享成为可能。

（3）不能实现数据的普通共享，只能实现文件级的共享，而不能在记录或数据项级实现数据的共享（4）文件的逻辑结构是根据它的应用而设计的，数据的逻辑结构与应用程序之间相互依赖；（5）存在大量的数据冗余；1.2.3.数据库系统阶段20世纪60年代后期特点：（1）数据集成（数据库管理系统的主要目的）（2）数据共享性高（含并发控共享）（3）数据冗余小（4）数据一致性（5）数据独立性高（6）实施统一管理与控制（数据的安全性；数据的完整性；并发控制、故障恢复）（7）减少应用程序开发与维护的工作量1.3.数据库系统的结构1.3.1.数据库系统的三级模式结构（1）模式也称为概念模式或逻辑模式，它是全体数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。

一个数据库只有一个模式，相对稳定。

由DBMS提供DDL来定义。

1、数据库4个基本概念：数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统定义。

数据库管理系统功能人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统的特点数据库管理系统的数据控制功能2、数据模型、概念模型、逻辑模型和物理模型的解释3、信息世界的基本概念：实体、属性、码、实体型、实体集、联系4、概念模型表示方法5、数据模型的三个组成要素6、常用数据模型7、关系模型的数据结构中的术语：关系、元组、属性、码、域、分量、关系模式8、关系模型数据操纵：查询、插入、删除和更新数据9、关系的完整性约束条件三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。

10、数据库系统三级模式结构：模式、外模式和内模式及其定义解释11、数据库二级映像功能及对应的数据独立性12、关系模型、关系、域、笛卡尔积、元组、分量、基数、目或度、候选码、主码、主属性、非主属性或非码属性、全码、属性、属性名13、关系的三种类型：基本关系（基本表或基表）、查询表和视图表14、基本关系六条性质：列是同质的、不同属性给与不同属性名、列的顺序无所谓、任意两个元组候选码不能取相同值、行的顺序无所谓、分量取原子值（第一范式）15、常用关系操作：查询操作和插入、删除、修改操作两大部分16、查询操作分为：选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡尔积等，其中5种基本操作为选择、投影、并、差、笛卡尔积17、实体完整性保证关系数据库中每个元组是可区分的，是唯一的实体完整性规则：一个基本表对应现实世界的一个实体集、每个实体都具有某种唯一性标识、以主码作为唯一性标识、主码的属性不能取空值。

18、参照完整性规则就是定义外码和主码之间的引用规则（具体见书本47页）19、用户定义完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。

20、运算的三大要素：运算对象、运算符、运算结果。

关系代数的运算按运算符的不同可分为传统的集合运算和专门的关系运算两类。

集合运算从行的角度，专门运算不仅从行还从列的角度。