第三章 数据库的逻辑结构与物理结构设计

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1、第三章数据库的逻辑结构与物理结构设计数据库的逻辑结构设计的主要任务是把概念层数据模型转换为组织层数据模型，即根据数据库的概念结构导出特定的数据库管理系统可以处理的数据库的逻辑结构。与数据库的逻辑结构相对应，本章我们称组织层的数据模型为逻辑模型。数据库的物理结构设计的主要任务是为逻辑模型选取一个最适合应用要求的物理结构。本章主要介绍以下内容：逻辑模型关系模型关系规范化逻辑结构设计的任务数据库的物理结构设计第一节逻辑模型概念模型经过转换成为逻辑模型（也称为结构数据模型、组织层数据模型，常简称为数据模型）。它直接面

2、向数据库的逻辑结构，直接与DBMS有关。一、主要的逻辑模型目前，数据库领域中主要的逻辑模型有层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。1.层次模型层次模型（HierarchicalModel）是按照层次结构的形式组织数据库数据的数据模型，是数据库中使用较早的一种数据模型，其典型代表是IBM公司研制的、曾经被广泛使用的第一个大型商用数据库信息管理系统IMS（InformationManagementSystem）。（1）数据结构。层次模型使用树形结构表示实体及实体间的联系。层次模型的基本特点是：有且只有一个

3、结点没有父结点，这个结点称为根结点；根以外的其他结点有且只有一个父结点。在层次模型中，树的结点是记录类型。上一层记录类型和下一层记录类型之间的联系是1:n的，用结点之间的连线表示。这种联系是父子之间的一对多联系。层次模型如图3-1所示。在层次模型数据库中查找记录，必须指定存取路径，即从根结点开始沿途所经过的路程。在层次模型中，同一父结点的子结点称为兄弟结点，没有子结点的结点称为叶结点。如果要存取某一记录类型的记录，可以从根结点开始，按照有向树层次逐层向下查找，查找路径就是存取路径。任何一个给定的记录值只有按其

4、路径查看时，才能显示其全部意义，没有一个记录值能够脱离父记录而独立存在。除根节点外，任何结点的父结点都是唯一的，因此只要知道每个结点的父结点，就可以知道整个模型的整体结构。60R1R2R3R4R5图3-1层次模型示例（2）层次模型的优缺点。层次模型的优缺点，如表3-1所示。表3-1层次模型的优缺点内容优点（1）层次模型结构简单、层次分明，便于在计算机内实现。在层次数据结构中，从根结点到树中任一结点均存在一条唯一的层次路径，为有效地进行数据操纵提供条件（2）由于层次结构规定除根结点外所有结点有且仅有一个父结点，

5、故实体集之间的联系可用父结点唯一地表示，并且层次模型中总是从父记录指向子记录，所以记录类型之间的联系名可省略（3）由于实体集间的联系固定，所以层次模型DBMS对层次结构的数据有较高的处理效率（4）层次数据模型提供了良好的完整性支持缺点（1）层次数据模型缺乏直接表达现实世界中非层次关系实体集间的复杂联系能力（2）对插入或删除操作有较多的限制（3）查询子结点必须通过父结点2.网状模型网状模型的典型代表是DBTG系统，亦称CODASYL系统。这是20世纪70年代数据系统语言研究会(ConferenceonDataS

6、ystemLanguage,简称CODASYL)下属的数据库任务组(DataBaseTaskGroup,简称DBTG)提出的一个系统方案。DBTG系统虽然不是实际的软件系统，但是它提出的基本概念、方法和技术具有普遍意义，对于网状数据库系统的研制和发展起了重大的影响。（1）数据结构。网状模型是用网状结构表示实体及其之间联系的模型。网状模型的特点如下：可以有一个以上结点无父结点；至少有一个结点有一个以上父结点。网状模型和层次模型在本质上是一样的，它们都是基本层次联系的集合。网状模型结点之间的联系不受层次的限制，可

7、以任意发生联系，所以它的结构是结点的连通图，如图3-2所示。ABCD图3-2网状数据模型（2）网状模型的优缺点。网状模型的优缺点如表3-2所示。60表3-2网状模型的优缺点内容优点（1）能更为直接描述现实世界（2）具有存取效率高等良好性能缺点（1）数据结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库结构变得更加复杂，不便于终端用户掌握（2）由于记录之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径，因此，用户必须了解系统结构的细节，加重了编写应用程序的负担3.关系模型关系模型是目前最重要、应

8、用最广泛的一种数据模型。现在主流的数据库系统大都是基于关系模型的关系数据库系统（RelationalDatabaseSystem）。关系模型是由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd于1970年首次提出的。20世纪80年代以来，计算机新推出的DBMS几乎都支持关系模型。（1）数据结构。在关系数据模型中，把二维表格称为关系，表中的列称为属性，属性的取值范围称为域，表中的一行称为一个