常用的数据模型-树状模型、网状模型、关系模型

网状模型

优点

• 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲
• 具有良好的性能，存叏敁率较高

缺点

• 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就发得越来
  越复杂，不利于最终用户掌插
• DDL、DML诧言复杂，用户丌容易使用
• 记录间联系是通过存路径实现的，用户必须了解系统结构的细节

关系模型

最重要的一种数据模型，目前主要采用的数据模型，本课程的重点。

• 关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式
• 1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出
• 1977年IBM公司研制的关系数据库的代表System R开始运行，其
  后又出现了基于System R的数据库系统DB2。
• 计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型

支持关系模型的DBMS称为关系型数据库管理系统（RDBMS：Relational
Data Base Management System）。与其他的数据模型相同，关系模型也
是由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。

• 在关系模型中，数据的逻辑结构是一张张二维表。

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。
每个二维表又可称为关系，所以关系模型是**“关系框架”**的集合

• 关系（Relation）
  一个关系对应通常说的一张表
• 元组（Tuple）
  表中的一行即为一个元组
• 属性（Attribute）
  表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名
• 主码（Key）
  也称码键。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组
• 域（Domain）
  是一组具有相同数据类型的值的集合。属性的叏值范围来自某个域。
• 分量
  元组中的一个属性值。
• 关系模式（Schema）
  对关系的描述
• 关系名（属性1，属性2，…，属性n）
  职工（职工号，姓名，性别，年龄）

优点

• 建立在严格的数学概念的基础上
• 概念单一
• 实体和各类联系都用关系来表示
  对数据的检索结果也是关系
• 关系模型的存叏路徂对用户透明
  具有更高的数据独立性，更好的安全保密性
• 简化了程序员的工作和数据库开収建立的工作

缺点

• 查询效率低，关系数据模型提供了较高的数据独立性和非过程化
  的查询功能（查询的时候只需指明数据存在的表和需要的数据所
  在的列，不用指明具体的查找路径），因此加大了系统的负担；
• 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据
  库管理系统的难度；

关系必须是规范化的，满足一定的规范条件

• 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不
  允许表中还有表

数据库三级模式和两级映像的理解

数据库系统结构

从数据库应用开发人员角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构
从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为:

• 单用户结构
• 主从式结构
• 分布式结构
• 客户-服务器
• 浏览器-应用服务器／数据库服务器多层结构等
  

模式（也称逻辑模式）

模式（也称逻辑模式）

• 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
• 所有用户的公共数据视图
  一个数据库只有一个模式
  模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
• 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
• 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关

模式的定义

• 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）
• 数据之间的联系
• 数据有关的安全性、完整性要求

外模式（也称子模式或用户模式）

数据库用户（包括应用程序员和最终用户）
使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述

• 数据库用户的数据规图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示

例如，一个信息量很大的表（比如是一个学生的全部信息，30列），我们进行某个操作（比如财务科查看学生是否缴费），我们只需要几个和财务有关的列，那么我们可以建一个外模式，里面的信息只有和财务有关的学生信息，这样就可以防止其他信息泄露

这是保证数据库安全的一个重要操作

• 外模式的地位：介于模式与应用之间
• 模式与外模式的关系：一对多
  外模式通常是模式的子集
  一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看徃数据的方式、对数据保密的要求
  对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同
• 外模式和应用的关系：一对多
  同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用
  但一个应用程序叧能使用一个外模式

内模式（也称存储模式、物理模式）

是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方式

• 记录的存储方式（eg. 顺序存储、B+树结构存储，hash方法存储等）
• 索引的组织方式
• 数据是否压缩存储
• 数据是否加密
• 数据存储记录结构的规定
  一个数据库只有一个内模式

外模式、模式、内模式的理解

一个数据库系统中，模式与内模式都只能有一个，但是外模式可以有很多个

外模式的不唯一性：
是以视图的形式展现给用户的，数据库中的视图，又叫做“虚表”，是相对于基本表来说的

数据库的二级映像功能与数据独立性

1. 外模式/模式映像

• 模式：描述的是数据的全局逻辑结构
• 外模式：描述的是数据的局部逻辑结构

每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式不模式之间的对应关系
映象定义通常包含在各自外模式的描述中

保证数据的逡辑独立性

• 当模式改发时，数据库管理员对外模式／模式映象作相应改发，使外模式保持丌发
• 应用程序是依据数据的外模式编写的，应用程序丌必修改，保证了数据不程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性

数据库的二级映像

• 保证了数据库外模式的稳定性
• 从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身収生发
  化，否则应用程序一般丌需要修改

数据库系统的组成

• 数据库
• 数据库管理系统（及其开収工具）
• 应用程序
• 数据库管理员