关系是数学上集合论中的一个重要概念。1970年，E.F.Codd发表了题为《大型共享数据库数据的关系模型》的论文，把关系的概念引入了数据库，自此人们开始了数据库关系方法和关系数据理论的研究，在层次和网状数据库系统之后，形成了以关系数据模型为基础的关系数据库系统。

1.2.1  数据模型及其三要素

所谓信息，是客观事物在人类头脑中的抽象反映。人们可以从大千世界中获得各种各样的信息，从而了解世界并且相互交流。但是信息的多样化特性使人们在描述和管理这些数据时往往力不从心，因此人们把表示事物的主要特征抽象地用一种形式化的描述表示出来，模型方法就是这种抽象的一种表示。信息领域中采用的模型通常称为数据模型。

数据模型是实现数据抽象的主要工具。它决定了数据库系统的结构、数据定义语言和数据操纵语言、数据库设计方法、数据库管理系统软件的设计与实现。了解关于数据模型的基本概念是学习数据库的基础。

一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合。这些概念精确地描述系统的静态特性、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、数据操作和数据的完整性约束三部分组成。

1. 数据结构

数据结构是研究存储在数据库中的对象类型的集合，这些对象类型是数据库的组成部分。例如，在学校中要管理学生的基本情况(学号、姓名、出生年月、院系、班级、选课情况等)，这些基本情况说明了每一个学生的特性，构成在数据库中存储的框架，即对象类型。学生在选课时，一个学生可以选多门课程，一门课程也可以被多名学生所选，这类对象之间存在着数据关联，这种数据关联也要存储在数据库中。

数据库系统是按数据结构的类型来组织数据的，因此数据库系统通常按照数据结构的类型来命名数据模型。例如，层次结构、网状结构和关系结构的模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。由于采用的数据结构类型不同，通常把数据库分为层次数据库、网状数据库、关系数据库和面向对象数据库等。

数据结构是对系统静态特性的描述。

2. 数据操作

数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作和有关操作的规则。例如插入、删除、修改、检索、更新等操作，数据模型要定义这些操作的确切涵义、操作符号、操作规则以及实现操作的语言等。

数据操作是对系统动态特性的描述。

3. 数据的完整性约束

数据的完整性约束条件是完整性规则的集合，用于限定符合数据模型的数据库状态，及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。数据模型中的数据及其联系都要遵循完整性规则的制约。例如数据库的主键不能允许空值；每一个月的天数最多不能超过31天等。

另外，数据模型应该提供定义完整性约束条件的机制以反映某一应用所涉及的数据必须遵守的特定语义约束条件。例如在学生成绩管理中，本科生的累计成绩不得有三门以上不及格等。

数据模型是数据库技术的关键，它的三方面内容完整地描述了一个数据模型。实际数据库系统中所支持的主要数据模型是层次模型(Hierarchical Model)、网状模型(Network Model)和关系模型(Relational Model)。

1.2.2  关系模型

关系模型是三种数据模型中最重要的一种，数据库领域中当前的研究工作也都是以关系方法为基础的。本书把重点放在关系数据库上。

1. 关系模型的概念

在现实世界中，人们经常用表格形式表示数据信息。但是日常生活中使用的表格往往比较复杂，在关系模型中基本数据结构被限制为二维表格。因此，在关系模型中，数据在用户观点下的逻辑结构就是一张二维表。每一张二维表称为一个关系(Relation)。二维表中存放了两类数据：实体本身的数据和实体间的联系。这里的联系是通过不同的关系中具有相同的属性名来实现的。例如表1.1在学生情况关系中存储了学生的学号、姓名、年龄和班级号等信息，表1.2在班级情况关系中存储了班级的班级号(假设班级号惟一)、专业、院系等信息。这两个关系通过班级号来实现二者之间一对多的联系。

表1.1  学生情况表