数据库系统绪论

数据库系统组成

• 数据库
• 数据库管理系统（及其开发工具）
• 应用系统
• 数据库管理员
• 硬件平台及数据库
• 软件
• 人员

数据库系统概述

基本概念

• 数据库系统（DBS）是由数据库、数据库管理系统（及其应用开发工具）、应用程序和数据库管理员（DBA）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统

• 数据库管理系统(DBMS)：核心软件

  • 功能：数据定义；数据组织、存储和管理；数据操纵；数据库的事务管理和运行管理；数据库的建立和维护；其他

• 数据库(DataBase)：DB

  • 是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合

• 数据库用户

  • 第一类用户：最终用户（End User）
  • 第二类用户：应用程序员（Application Programmer）
  • 第三类用户：数据库管理员（DataBase Administrator）：DBA

发展过程

系统特点

• 数据库系统特点：
  • 数据结构化：数据模型 最小存取单位：数据项
  • 数据共享性高
  • 数据独立性高：物理 逻辑 数据
  • 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

数据模型

基本概念

• 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息

• 分类：概念模型：用于DBMS实现 网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型、对象关系模型

  ​ 逻辑模型和物理模型：对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示和存取

• 组成要素：数据结构；数据操作；完整性约束条件；

概念模型

• 基本概念：实体；属性；码；域；实体型；实体集；联系

  • 码：唯一标识实体的属性集
  • 域：属性的取值范围
  • 实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体
  • 实体集：同一类型实体的集合称为实体集
  • 这都啥玩意

• 两个实体型之间的联系

  

• 两个以上实体型之间联系

  

• 单个实体型内的联系

  某一职工（干部）“领导”若干名职工，一个职工仅被另外一个职工直接领导

  

实体－联系方法(E-R方法)

• 实体型：矩形，矩形框内写实体名
• 属性：椭圆形，用无向边连接
• 联系：菱形，框内写明联系名，用无向边连接，并标上联系类型（1:1、1:n或m:n）

层次模型

• 出现最早 树形结构 只能一对多或将多对多分解为一对多

• 完整性约束条件：

  • 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
  • 如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除
  • 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性

• 存储结构

  • 邻接法：按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存

    

  • 链接法

    • 子女-兄弟链接法：每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女和最近的兄弟

      

    • 层次序列链接法：按树的前序穿越顺序链接各记录值

      

• 优点：数据结构简单清晰；查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型；提供了良好的完整性支持；

• 缺点：多对多联系不自然；对插入和删除限制多，应用程序编写复杂；查询子女节点必须通过双亲结点；结构严密使层次命令趋于程序化；

网状模型

• 允许多个结点无双亲；一个结点可以有多个双亲；

• 层次模型实际上是网状模型的一个特例

• 完整性约束

  • 码：唯一标识记录的数据项的集合；
  • 一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系；
  • 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件

• 要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录

  

• 优点：更直接地描述现实世界；具有良好的性能，存取效率较高；

• 缺点：结构比较复杂，且随着应用环境的扩大，数据库结构越来越复杂，不利于最终用户掌握；DDL、DML语言复杂，用户不容易使用；

关系模型

• 用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张由行和列组成的二维表，存取路径对用户透明

• 实体及实体间的联系都用表来表示，表以文件形式存储

• 关系：一张表；元组：一行；属性：一列；

  主码：某个属性组，可以唯一确定一个元组；

  域：属性的取值范围；

  分量：元组中的一个属性值；

  关系模式：一对一，一对多，多对多；

  

• 关系不允许表中还有表（禁止套娃）

• 完整性约束条件：实体完整性；参照完整性；用户定义的完整性；

• 优点：建立在严格的数学概念基础上；概念单一；关系模型的存取路径对用户透明；

• 缺点：查询效率不如非关系数据模型；DBMS开发难度增加；

数据库系统结构

基本概念

• 型：对某类数据的结构和属性说明；

  值：是型的一个具体赋值；

• 模式：管理数据的，是型的描述

  实例：数据

• 从数据库管理系统看：三级模式结构

• 从数据库最终用户看：单用户结构；主从式结构；分布式结构；客户/服务器；浏览器/应用服务器/数据库服务器多层结构等

三级模式结构

• 一个数据库只有一个内模式和一个模式，可以有多个外模式

• 模式（逻辑模式）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述；数据库系统模式结构的中间层；

• 外模式（子模式或用户模式）：保证数据库安全性的一个有力措施；每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据；

• 内模式（存储模式）：数据物理结构和存储方式的描述；数据在数据库内部的表示方式；

二级映像功能与数据独立性

• 二级映象在DBMS内部实现三级模式的联系和转换

• 外模式/模式映像：保证数据的逻辑独立性

  • 每一个外模都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系
  • 映象定义通常包含在各自外模式的描述中

• 模式/内模式映像：保证数据的物理独立性

  • 定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
  • 该映象定义通常包含在模式描述中