第一章-数据库系统概述

目录

• 一、概述
  • 基本概念
  • 数据管理技术的历史
  • 数据库系统的特点
• 二 、数据模型
  • 数据模型的分类
  • 概念模型
  • 数据模型的组成要素
  • 常用的数据模型
  • 关系模型
• 三、数据库系统的结构
  • 数据库系统的三级模式结构
  • 数据库的二级映像功能与数据独立性

一、概述

基本概念

• 数据：描述事物的符号；
• 数据库：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据的集合，其中的数据按一定的数据模型组织存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和一扩展性；
• 数据库管理系统：提供如下功能
  • 数据定义
  • 数据组织和管理
  • 数据操纵
  • 数据事务管理和运行管理
  • 数据库的建立和维护
• 数据库系统：由数据库、数据库管理系统、应用程序、数据库管理员组成的存储、管理处理和维护数据的系统。

数据管理技术的历史

1. 人工管理阶段
2. 文件系统阶段
3. 数据库系统阶段

数据库系统的特点

1. 数据结构化

   数据库系统实现了整体数据的结构化，是数据库的主要特征，也是数据库系统与文件系统的本质区别。

   所谓整体结构化是指数据库中的数据不再仅仅面向某个应用，而是面向整个组织；不仅是内部结构化，而且是整体的结构化，数据之间具有联系。

2. 数据的共享性高、冗余度低且易扩充

   数据共享可大大减少数据冗余，节约存储空间。数据面向整个系统，其结构性使得数据库易于扩充。

3. 数据独立性高

   物理独立性：用户的应用程序与数据库中数据的物理存储相互独立；

   逻辑独立性：用户的应用程序域数据库的逻辑结构相互独立。

4. 数据由DBMS统一管理和控制

   数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制、数据库恢复。

数据库是长期存储在计算机内有组织、大量、共享的数据集合。它可以共各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运行和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性和安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后进行恢复。

二 、数据模型

数据模型是对现实世界数据的抽象，它是数据库系统的核心和基础。

数据模型的分类

• 概念模型：概念模型按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计；

• 逻辑模型：逻辑模型按计算机的观点对数据建模，主要用于数据库的实现，其主要包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、对象关系数据模型、半结构化模型等；

• 物理模型：物理模型是对数据最底层的抽象，它描述了数据在系统内部的表示方式和存取方法，数据库设计人员需要了解和选择选择物理模型。

概念模型

基本概念：

• 实体（entity）：客观存在并可相互区别的事物；
• 属性（attribute）：实体所具有的某一特性；
• 码（key）：唯一标识实体的属性集；
• 实体型（entity type）：具有相同属性的同一类实体的抽象；
• 实体集（entity set）：同一类型实体的集合；
• 联系（relationship）：实体内部（实体各属性之间）与实体之间（不同实体集之间）的联系。

实体之间的联系有一对一、一对多、多对多等，概念模型可使用实体-关系(E-R)图描述。

数据模型的组成要素

1. 数据结构：描述了数据库的各组成对象以及对象之间的联系；
2. 数据操作：对数据库中各对象和实例允许执行的操作的集合；
3. 数据的完整约束条件：数据的完整性约束条件是一组完整性规则。

常用的数据模型

1. 层次模型
2. 网状模型
3. 关系模型

关系模型

1. 关系模型的数据结构

关系模型与以往的模型的不同在于，它是建立在严格的数据基础上的。

其组成有：

• 关系(relation)：一张表；
• 元组(tuple)：表中的一行;
• 属性(attribute)：表中的一列;
• 码(key)：表中的某个属性组，它唯一确定一个元组；
• 域(domain)：一组具有相同数据结构的值的集合;
• 关系模式：对表的描述。

2. 关系模型的数据操纵与完整性约束

关系模型的操作主要包括：查询、插入、删除和更新；

关系的完整性约束包括：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性；

关系模型中的数据操作都是集合操作，操作的对象和结果都是关系；关系模型将存取路径封装起来，用户只用指出“干什么”，而不必详细说明”怎么干“，增强了数据独立性，提高了用户的使用效率。

3. 关系模型的优点

• 关系模型建立在严格的数学基础之上；
• 关系模型的概念单一，无论是实体还是实体间的联系都用关系来标识，对数据的检索和更新结果也是关系，因此其数据结构简单；
• 关系模型的存取路径对用户透明，增强了数据独立性，简化了用户对数据库的使用。

三、数据库系统的结构

数据库管理系统的系统结构可总结为”三级模式，两级映像“，这样的结构保证了数据库系统能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

其结构如下图所示：

数据库系统的三级模式结构

1. 模式（schema）

模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。

2. 外模式（external schema）

外模式也称为子模式（subschema），或用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是域某一应用有关的数据的逻辑表示，外模式通常是模式的子集。

3. 内模式（internal schema）

内模式也称存储模式（storage schema），一个数据库只有一个内模式。他是数据的物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的组织方式。

数据库的二级映像功能与数据独立性

1. 外模式/模式映像

模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对于一个模式可以有任意多个外模式；对于一个外模式，DBMS都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对象关系。

2. 模式/内模式映像

数据库中只有一个模式和一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。

在数据库的三级模式结构中，模式是数据库的核心与关键所在，它独立于数据库的其他层次，因此设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式。