《信息系统分析与设计》第4章：数据库系统与数据模型.pptVIP

第4章 数据库系统与数据模型 【学习目标】 通过本章学习，你将能够： 理解文件组织技术 分析数据库管理系统的意义 理解数据库管理系统的抽象层次 掌握数据模型建立的一般步骤 4.1 引 言 在信息时代，信息是一种资源。信息的原料是数据，只有对数据进行有效组织，才能加工出有价值的信息。许多组织由于缺乏关于企业内部运作和外部环境的有效数据，而导致在竞争中失败。因此，企业必须应用信息技术和管理工具对数据进行有效的管理，而数据库管理系统正是为解决数据管理问题而提出的。有效应用数据库管理系统的前提是必须首先对企业的运作进行数据建模，并理解数据的逻辑模式和物理模式的关系。 4.2 传统的文件系统 4.2.1 文件的概念 如图4-1所示是一个基于纸质的文件记录。而在计算机系统中往往是以最基本的形式存储数据：二进制数(又称位或比特)。 4.2.1 文件的概念 由位构成字节，由字节构成数据项，由数据项构成记录，由记录构成文件，如图4-2所示。 一个数据项或域，是由字符组成的逻辑集合。一个记录是若干数据项按一定逻辑关系组合在一起的集合，同一类型的记录组成一个文件。 4.2.2 文件的结构 文件的结构是指在磁盘上存储记录的方式。通常包括以下方面的文件结构。 1) 顺序文件结构 2) 直接文件结构 3) 索引文件结构 4.2.3 文件系统 每个文件中的记录往往被设计成只适合某个应用程序，从而不能被其他应用程序读取。显然，这给程序设计以及修改造成了很大的障碍。如图4-4所示，某公司运行了一个给员工发放薪水的程序，这个程序使用一个薪水主文件来存储员工个人数据。 4.2.3 文件系统 这种设计模式所存在的主要问题有以下方面。 1) 数据的独立性 2) 数据的冗余性 3) 数据的一致性 4.3 数据库管理系统 4.3.1 数据库管理系统的概念 在数据库管理系统中，数据不再仅仅是服务于某个应用程序或用户，而成为一个组织甚至组织之间的共享资源，由数据库管理系统统一管理，实现了数据与程序的真正独立，并且最大限度地降低了数据冗余，充分做到了数据为多个用户共享，提高了数据的一致性，并且允许多个用户同时访问某一数据，也就是实现数据的并发使用，对数据的安全必威体育官网网址和完整性也有了保证措施，如图4-5所示。 4.3.2 数据库管理系统的抽象层次 如图4-6所示，数据库管理系统中的数据被描述为三级抽象：概念模式、物理模式和外模式。 4.3.3 数据库的优势 由前面的论述可知，使用数据库的优势包括以下方面。 1) 减少数据冗余 2) 保持数据的一致性 3) 数据和程序可以保持独立 4) 面向用户或者用户程序提供逻辑视图 5) 应用程序的开发能力得到提高 6) 安全措施易于执行 4.3.4 数据库的劣势 虽然数据库的使用日益普遍，但是也存在局限性。 1) 数据库设计需要花费更多的时间和成本 2) 需要考虑数据库硬件和软件的成本 3) 数据库访问比直接的文件访问速度要慢 4.4 数据库模型 数据库模型反映了数据库管理系统关于数据组织的逻辑思路。先后出现了三种数据模型：层次模型、网状模型及关系模型。 文件系统和数据库系统的主要区别之一就在于前者仅仅是相同类型记录的一个简单集合，而后者则包括： 不同类型的记录集合； 各记录集合间的关系。 4.4.1 层次数据模型 层次模型是早期数据库管理系统中常用的一种模型。层次模型没有关于多个对象之间直接关系的表示。 图4-7描述了某所大学数据库的部分层次结构。 4.4.2 网状数据模型 网状数据模型是层次数据模型的变形。 图4-9中的学生与课程之间的关系就是典型的多对多的关系，一个学生可选修多门课程，而一门课程可有多个学生选修。 同层次模型类似，网状模型一般也只在较老的数据库系统中使用，如今一般不选择这种数据库模型。 4.5 关系数据库模型 关系数据库模型的发展在很大程度上得益于E.F.Codd在20世纪70年代的理论探讨。关系模型的数据库管理系统相对网状和层次模型有着固有的优势，是目前开发信息系统使用的主流数据库模型。 4.5.1 关系 一个关系数据库可以看作是由一系列相互关联的二维表的集合，如图4-10所示。网状模型和层次模型通过联接来表示各种各样的关系，关系模型通过关系或者表来表示各个对象之间的联系。 4.5.2 关系的键 1) 主键和候选键 2) 组合键 3) 外键 4.5.3 关系的完整性规则 关系的完整性规则是对关系的某种约束。一般包括两个方面实体完整性规则和参照完整性规则。 1) 实体完整性规则 2) 参照完整性规则 总之，完整性规则是定义关系模式时的约束条件，过滤不合法的数据，只允许合法的数据存储于数据库中。 4.5.4 关系的规范化 1) 函数依赖 2) 关系的规范化