第2章 概念模型设计

2.1 概念模型的基础知识
2.1.2 信息的三种世界及其描述 3．信息的计算机世界 计算机世界也叫机器世界或数据世界。在计算机世界中 用到下列术语。 （1）数据项（Item） 数据项是对象属性的数据表示。 （2）记录（Record） 记录是实例的数据表示。 （3）文件（File） 文件是对象的数据表示，是同类记录的集合。 （4）数据模型（Data Model） 现实世界中的事物反映到计算机世界中就形成了文件的 记录结构和记录，事物之间的相互联系就形成了不同文件间 的记录的联系。记录结构及其记录联系的数据化的结果就是 数据模型。
SQL Server数据库技术及应用教程
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第2章 概念模型设计
2.1 概念模型的基础知识
2.2 E-R模型的设计
2.3 实训——学籍管理系统概念结构设计
2.1 概念模型的基础知识
2.1.1 数据模型 1．数据库模型的概念 数据模型是对现实世界中各类数据特征的抽象和模拟。 数据库中的数据是结构化的，因此建立数据库首先要考虑如 何去组织数据，如何表示数据及数据之间的联系，并将其合 理的存储在计算机中，以便于对其进行有效的处理。 数据模型就是描述数据及数据之间联系的结构形式，它 研究的内容就是如何组织数据库中的数据。数据库技术中用 数据模型这个工具把现实世界的具体事物及其状态转换成计 算机能够处理的数据。数据模型是数据库技术的核心内容。 任何数据库系统的建立，都要依赖某种数据模型，来描述和 表示信息系统。在数据库的结构设计和实施阶段，使用组织 层数据模型（也称数据模型或组织模型），它是按计算机系 统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。
2.2 E-R模型的设计
2.2.1 概念模型的特点及设计方法 2．概念模型设计的方法 概念模型是数据模型的前身，它比数据模型更独立于机 器、更抽象，也更加稳定。概念模型设计的方法有4种： （1）自顶向下的设计方法 该方法首先定义全局概念模型的框架，然后逐步细化为 完整的全局概念模型。 （2）自底向上的设计方法 首先定义各局部应用的概念模型，然后将它们集成起来 ，得到全局概念模型的设计方法。 （3）逐步扩张的设计方法 此方法首先定义最重要的核心概念模型，然后向外扩充 ，生成其他概念模型，直至完成总体概念模型； （4）混合策略设计的方法 采用自顶向下与自底向上相结合的方法。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.3 概念模型的基本概念 2．实体联系的类型 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。 实体与实体之间的联系通常比较复杂，一般分为3种类型。 （1）两个实体集之间的联系 两个实体集之间的联系可概括为3种： ① 一对一联系（1:1） 例如，在一个班级有一个班长，一个学生只能在一个班级 里任班长，则班级与班长之间具有一对一联系。 ② 一对多联系（1:n）。 例如，一个系可以有多个教研室，而一个教研室只属于一 个系，则系与教研室之间具有一对多联系。 ③ 多对多联系（m:n）。 例如，一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多个 学生选修，则学生与课程之间具有多对多联系。
2.2 E-R模型的设计
2.2.1 概念模型的特点及设计方法 最常采用的策略是自底向上的方法，即自顶向下地进行 需求分析，然后再自底向上地设计概念结构，其方法如图2-7 所示。
2.2 E-R模型的设计
2.2.2 概念模型的设计步骤 按照图2-7所示的自顶向下分析需求与自底向上设计概 念结构方法，概念结构的设计可分为两步：第一步是抽象数 据并设计局部视图；第二步是集成局部视图，得到全局的概 念结构。其设计步骤如图2-8所示。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.3 概念模型的基本概念 （3）实体集内部的联系 实际上，在一个实体集的实体之间也可以存在一对多或多 对多的联系。例如，学生是一个实体集，学生中有班长，而班 长自身也是学生。学生实体集内部具有管理与被管理的联系， 即某一个学生管理若干名学生，而一个学生仅被一个班长所管 ，这种联系是一对多的联系。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.3 概念模型的基本概念 （2）多实体集之间的联系 两个以上的实体集之间也会存在有联系，其联系类型为 ：一对一、一对多、多对多3种。 ① 多实体集之间的一对多联系。 例如一门课程可以有若干教师讲授，一个教师只讲授一 门课程；一门课程使用若干本参考书，每一本参考书只供一门 课程使用。所以课程与教师、参考书之间的联系是一对多的。 ② 多实体集之间的多对多联系 在两个以上的多个实体集之间，当一个实体集与其他实体 集之间均存在多对多联系，而其他实体集之间没有联系时，这 种联系称为多实体集间的多对多联系。
2.3 实训——学籍管理系统概念结构设计
本书以学籍管理系统为贯穿全书的讲解案例，该系统的主 要功能如表2-2所示。
2.3 实训——学籍管理系统概念结构设计
【实训】学籍管理系统的概念模型设计。 设计过程如下。 1．选择学籍管理系统的局部应用 2．数据抽象、确定实体及其属性与码
3．确定实体间关系和设计分E-R图
2.1 概念模型的基础知识
2.1.2 信息的三种世界及其描述 4．现实世界、信息世界和计算机世界的关系 现实世界、信息世界和计算机世界这三个领域是由客观 到认识、由认识到使用管理的三个不同层次，后一领域是前 一领域的抽象描述。 现实世界、信息世界和计算机世界的转换关系如图2-1 所示。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.3 概念模型的基本概念 1．概念模型涉及的基本概念 （1）对象（Object）和实例（Instance） 对象是实体集信息化（数据化）的结果。对象中的每一 个具体的实体的抽象为该对象的实例。 （2）属性（Attribute） 属性为实体的某一特征的抽象表示。一个实体可以由若 干个属性来描述。 （3）码（Key）、主码和次码 码也称关键字，它能够惟一标识一个实体。例如在学生 的属性集中，由于学号可以惟一地标识一个学生，所以学号 为码。实体集中不能惟一标识实体属性的叫次码。 （4）域（Domain） 属性的取值范围称为属性的域。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.2 信息的三种世界及其描述 1．信息的现实世界 信息的现实世界通过实体、特征、实体集及联系进行划 分和认识。 （1）实体（Entity） 现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念称为实体 。例如，一个学生、一个工人、一台机器、一部汽车等是事 物实体，一门课、一个班级等称为概念实体。 （2）实体的特征（Entity Characteristic） 每个实体都有自己的特征，利用实体的特征可以区别不 同的实体。 （3）实体集（Entity Set）及实体集之间的联系 实体集不是孤立存在的，实体集之间有着各种各样的联 系，例如学生和课程之间有“选课”联系，教师和教学系之 间有“工作”联系。
4．合并分E-R图、消除冗余和设计基本E-R图
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2.2 E-R模型的设计
2.2.1 概念模型的特点及设计方法 1．概念模型的特点 概念模型独立于数据库逻辑结构和支持数据库的DBMS， 其主要特点是： （1）概念模型是对现实世界的一个真实模型 概念模型应能真实、充分反映现实世界，能满足用户对 数据的处理要求。 （2）概念模型应当易于理解 概念模型只有被用户理解后，才可以与设计者交换意见 ，参与数据库的设计。 （3）概念模型应当易于更改 易于更改的概念模型有利于修改和扩充。 （4）概念模型应易于向数据模型转换 概念模型最终要转换为数据模型。设计概念模型时应当 注意，使其有利于向特定的数据模型转换。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.4 概念模型的表示方法 概念模型是对信息世界的建模，E-R图来描述现实世界的 概念模型，提供了表示实体集、属性和联系的方法。E-R图也 称为E-R模型。在E-R图中： （1）用长方形表示实体集，长方形内写实体集名。 （2）用椭圆形表示实体集的属性，并用线段将其与相应的实 体集连接起来。例如，学生具有学号、姓名、性别、年龄和所 在系，共5个属性，用E-R图表示如图2-5所示。 （3）用菱形表示实体集间的联系，菱形内写上联系名，用线 段分别与有关实体集连接起来，在线段旁标出联系的类型。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.2 信息的三种世界及其描述 2．信息世界 在信息世界中：实体的特征在头脑中形成的知识称为属 性；实体通过其属性表示称为实例；同类实例的集合称为对 象，对象即实体集中的实体用属性表示得出的信息集合。实 体与实例是不同的，例如王五是一个实体，而“王五，男， 20岁，计算机系学生”是实例，现实世界中的王五除了姓名 、性别、年龄和所在系外还有其他的特征，而实例仅对需要 的特征通过属性进行了描述。在信息世界中，实体集之间的 联系用对象联系表示。 信息世界通过概念模型（也称信息模型）、过程模型和 状态模型反映现实世界，它要求对现实世界中的事物、事物 间的联系和事物的变化情况准确、如实、全面地表示。
2.1 概念模型的基础知识
2.1.1 数据模型 2．数据模型的要素 数据模型是由数据结构、数据操作和数据的约束条件3 各要素组成的。 （1）数据结构 数据结构用于描述系统的静态特征。它是表现一个数据 模型性质最重要的方面。 （2）数据操作 数据操作包括操作对象和有关的操作规则两部分。数据 库中的数据操作主要有数据检索和数据更新（即插入、删除 或修改数据的操作）两大类操作。 （3）数据约束条件 数据约束条件是一组数据完整性规则的集合。数据完整 性规则是指数据模型中的数据及其联系所具有的制约和依存 规则。