數據模型是現(xiàn)實世界數據特征的抽象，用于描述一組數據的概念和定義。數據模型是數據庫中數據的存儲方式，是數據庫系統(tǒng)的基礎。在數據庫中，數據的物理結構又稱數據的存儲結構，就是數據元素在計算機存儲器中的表示及其配置；數據的邏輯結構則是指數據元素之間的邏輯關系，它是數據在用戶或程序員面前的表現(xiàn)形式，數據的存儲結構不一定與邏輯結構一致。

數據模型的研究包括以下三個方面：

1.概念數據模型

這是面向數據庫用戶的現(xiàn)實世界的數據模型，主要用來描述世界的概念化結構，它使數據庫的設計人員在設計的初始階段，擺脫計算機系統(tǒng)及數據庫管理系統(tǒng)的具體技術問題，集中精力分析數據以及數據之間的聯(lián)系等，與具體的數據庫管理系統(tǒng)無關。概念數據模型必須換成邏輯數據模型，才能在數據庫管理系統(tǒng)中實現(xiàn)。

2.邏輯數據模型

這是用戶在數據庫中看到的數據模型，是具體的數據庫管理系統(tǒng)所支持的數據模型，主要有網狀數據模型、層次數據模型和關系數據模型三種類型。此模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)，主要用于數據庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。在數據庫中用數據模型來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數據和信息，主要是研究數據的邏輯結構。

3.物理數據模型

這是描述數據在存儲介質上的組織結構的數據模型，它不但與具體的數據庫管理系統(tǒng)有關，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關。每一種邏輯數據模型在實現(xiàn)時都有與其相對應的物理數據模型。數據庫管理系統(tǒng)為了保證其獨立性與可移植性，將大部分物理數據模型的實現(xiàn)工作交由系統(tǒng)自動完成，而設計者只設計索引、聚集等特殊結構。

1.三個世界的劃分

數據的加工是一個逐步轉化的過程，經歷了現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界這3個不同的世界，經歷了兩級抽象和轉換，如圖所示。

(1)現(xiàn)實世界

現(xiàn)實世界是指客觀存在的事物及其相互間的聯(lián)系。現(xiàn)實世界中的事物有著眾多的特征和千絲萬縷的聯(lián)系，但人們只選擇感興趣的一部分來描述，如學生，人們通常用學號、姓名、班級、成績等特征來描述和區(qū)分，而對身高、體重、長相不太關心；而如果對象是演員，則可能正好截然相反。事物可以是具體的、可見的實物，也可以是抽象的事物。

(2)信息世界

信息世界是人們把現(xiàn)實世界的信息和聯(lián)系，通過“符號”記錄下來，然后用規(guī)范化的數據庫定義語言來定義描述而構成的一個抽象世界。信息世界實際上是對現(xiàn)實世界的一種抽象描述。在信息世界中，不是簡單地對現(xiàn)實世界進行符號化，而是要通過篩選、歸納、總結、命名等抽象過程產生出概念模型，用以表示對現(xiàn)實世界的抽象與描述。

(3)計算機世界

計算機世界是將信息世界的內容數據化后的產物。將信息世界中的概念模型，進一步的轉換成數據模型，形成便于計算機處理的數據表現(xiàn)形式。

2.數據模型的三要素

數據模型所描述的內容有3個部分，分別是數據結構、數據操作和數據約束。

(1)數據結構

數據結構用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征，包括數據的類型、內容、性質及數據之間的聯(lián)系等。它是數據模型的基礎，也是刻畫一個數據模型性質最重要的方面。在數據庫系統(tǒng)中，人們通常按照其數據結構的類型來命名數據模型。例如，層次模型和關系模型的數據結構就分別是層次結構和關系結構。

(2)數據操作

數據操作用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特征，包括數據的插入、修改、刪除和查詢等。數據模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語言。

(3)數據約束

數據的約束條件實際上是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是指給定數據模型中的數據及其聯(lián)系所具有的制約和存儲規(guī)則，用以限定符合數據模型的數據庫及其狀態(tài)的變化，以保證數據的正確性、有效性和相容性。例如，限制一個表中學號不能重復，或者年齡的取值不能為負，都屬于完整性規(guī)則。