数据库系统概论：第一章绪论

古城微笑少年丶 2022-04-12 14:28 491阅读 0赞

# 1.1 数据库系统概论 #

## 1.1.1 数据库系统概论 ##

### 1. 数据 ###

描述事物的符号记录称为是数据;

数据的解释叫做语义，他与数据时密不可分的;

记录是计算机中表示和储存数据的一种格式或者一个方法;

### 2. 数据库 ###

把数据以一定的格式存放在计算机储存设备上的仓库就是数据库;

共享性、有组织、永久储存是数据库的三大特征;

### 3. 数据库管理系统 ###

位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件;

功能：

1.  数据定义功能
2.  数据组织、存储和管理
3.  数据操纵功能
4.  数据库的建立和维护功能
5.  其他功能

数据库管理系统是数据库系统中重要的组成部分;

### 4. 数据库系统 ###

一般是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般是由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库系统管理员构成;

数据库系统在不混淆的情况下一般简称数据库;

# 1.2 数据模型 #

## 1.2.1 两类数据模型 ##

概念：数据模型是对现实世界数据特征的抽象，也就是说数据模型是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作的。

数据模型是数据库系统的核心和基础。

数据模型的三个要求：

1.  很好的模拟现实世界
2.  易于人们的理解
3.  容易在计算机上实现

数据模型的三大类：概念模型、逻辑模型和物理模型

概念模型：又叫做信息模型，按照用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库的设计。

逻辑模型：包括层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型和对象关系模型；按照计算机系统的观点对数据建模，主要用于对DBMS的实现。

物理模型：是对数据最底层的抽象，描述计算机在系统内部的表示方式和存取方式，在磁盘或者磁带上的储存方式和存取方式。

## 1.2.2 数据模型的组成元素 ##

数据模型的严格定义是一组概念的集合，它们精确地描述了系统的静态特征，动态特征和完整性约束条件。数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。

### 一、数据结构 ###

数据结构描述数据库的组成对象和对象之间的联系。

它是刻画一个数据模型性质最重要的方面。

数据结构对模型的静态特征的描述。

### 二、数据操作 ###

数据操作是指数据库对象之间（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作以及操作的规则。主要有查询和更新（插入、删除、修改）两大类操作。数据操作是对数据模型的动态特征的描述。

### 三、 数据的完整性约束条件 ###

完整性约束条件是一组完整性规则，是给定的数据模型中数据以及其联系所具有的约束和依存规则。用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。

## 1.2.3 概念模型 ##

### 一、信息世界的节本概念 ###

（1）实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物叫做实体。  
可以是具体的人、事、物，也可以是概念或者联系：一个学生；一次订货；老师与院系的工作关系

（2）属性（Attribute）：是实体所具有的某一特征，例如学生的姓名，年龄等等。

（3）码（key）：唯一标示实体的属性，例如学号

（4）域（Domain）：是一组具有相同数据类型的值的集合

（5）实体型（Entity Type）：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。

（6）实体集（Entity Set）：同一类型实体集合称为实体集

（7）联系（Relationship）：实体内部联系通常是指实体的属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体之间的联系；

### 二、两个实体型之间的联系 ###

实体型之间关系有三种： 设有实体集A 实体集B

① 一对一联系（1:1）

实体集A中至多一个（也可以没有）实体与实体集合B的每一个元素有联系，则称A，B有一对一联系A是班级集合 B是班长的集合

②一对多联系（1:n）

A是班级集合 B是学生的集合

③多对多联系（n:n）

A是科目的集合 B是学生的集合。事实上，一对一是一对多的特列，一对多是多对多的特列

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### 三、两个以上的实体之间的联系 ###

一般也有一对一、一对多对和多对多的关系

### 四、单个实体型内的联系 ###

### 五、概念模型的一种表示方法–实体联系方式 ###

用E-R图（实体联系图）来表示概念模型：

实体型：用矩形表示，矩形内写明实体名。

属 性：用椭圆表示，并用无向边将其与相应的实体型相连接起来。

联 系：用菱形表示，里面写明联系名，并用无向边与实体型连接起来。

![在这里插入图片描述][20181204095214530.png]

![在这里插入图片描述][20181204095220353.png]

## 1.2.4 最常用的数据模型 ##

最常用的逻辑数据模型有：

*  层次模型
 *  网状模型
 *  关系模型
 *  面向对象模型
 *  对象关系模型

层次模型和网状模型统称为格式化模型，20世纪70年代比较流行，后来逐渐被关系模型逐渐取代。

数据结构，数据操作和完整性约束三方面完整的描述了一个数据模型。数据结构是刻画模型性质的最本质方面。

在格式化模型中实体用记录来表示，实体的属性对应记录的数据项（或字段），在格式化模型中，数据结构的基本单位是基本层次联系，所谓基本层次联系就是两个记录以及两个记录之间的联系。

## 1.2.5 层次结构 ##

代表：IBM公司的IMS（information management system）数据库管理系统

### 一、层次模型中的数据结构 ###

满足下满的基本层次联系的集合为层次模型：

1.  有且只有一个结点没有双亲结点 ，这个结点称为跟结点。
2.  根以外的其他结点有且只有一个双亲节点。
3.  这就使得层次数据库系统只能处理一对多的实体联系。
4.  同一个双亲节点的叫做兄弟结点，没有子女结点的叫做叶节点。

![在这里插入图片描述][20181204095227292.png]

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## 1.2.6 网状模型 ##

网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式。 典型代表是DBTG系统。

满足一下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：

1.  允许一个以上的结点无双亲
2.  一个结点可以有多于一个的双亲。

网状模型可以更直接的去描述现实世界，层次结构就是网状结构的一个特列。网状结构中的每个结点表示一个记录类型（实体），每个记录类型可包含若干字段（字段的属性），结点间连线表示记录类型（实体）之间一对多的父子联系。在网状模型中的子女与双亲的结点联系不是唯一的，例如图1.23（a,b,c）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMTI1MTgz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 1.2.7 关系模型 ##

关系模型是目前最重要的一种数据模型。

### 一、关系模型的数据结构 ###

关系模型是由一组关系组成的，每个关系的数据结构是一张规范化的二维表。

*  关系：一个关系通常对应一张表
 *  元组：表中一行即为一个元组
 *  属性：一列
 *  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：用表模型来描述：关系名（属性1，属性2，。。。属性n）

关系模型要求必须是规范的，即要求关系满足一定的规范要求（范式要求）。

### 二、关系数据模型的操纵与完整性约束 ###

操纵主要有：插入、删除、查询和更新数据

完整性约束包括：①实体完整性②参照完整性③用户定义的完整性

关系模型把储存路径隐藏起来，用户只要指出“干什么”或“找什么”而不需要详细说明怎么做，从而大大提高了数据的独立性，提高了用户的生产率。

### 三、关系数据模型的储存结构 ###

有的DBMS一个表对应一个系统文件，有的DBMS在若干大文件中自己设计表，建立索引。

### 四、关系数据模型的优缺点 ###

优点：

1.  与格式化模型不同，关系模型是建立在严格的数学概念模型上的
2.  关系模型的概念单一
3.  存储路径透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

缺点：查询效率不如格式化数据模型，DBMS设计难度大

# 1.3 数据库系统结构 #

## 1.3.1 数据库系统模式的概念 ##

型和值的概念：型是指一类数据的结构和属性的说明，值是一个具体的赋值。

模式：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，不仅仅涉及型的描述，也涉及具体的值。

模式的一个具体值叫做模式的一个实例。

## 1.3.2 数据库系统的三级模式结构 ##

数据库的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级组成.

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### 一、模式（逻辑模式） ###

模式是数据库中全体数据的逻辑结构的特征描述，是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个逻辑模式

### 二、外模式（子模式&用户模式） ###

外模式是数据库用户（包括程序员和最终的用户）能够看见和使用的局部数据逻辑和特征的描述，

外模式是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

### 三、 内模式（存储模式） ###

内模式是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。

## 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性 ##

数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映像：

1.  外模式/模式映像
2.  模式/内模式映像

正是这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

### 一、外模式/模式映像 ###

模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描叙的是数据的局部逻辑结构。当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式映像进行改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的为外模式进行编写，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。

### 二、模式/内模式映像 ###

当数据库的存储结构发生了变化，由数据库管理员对模式/内模式映像作出相应的变化，可以使模式保持不变,从而应用程序不用作出改变，保证了数据与数据的物理独立性，简称数据的物理独立性。

在三级模式结构中，数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键，他独立于数据库的其他的层次。设计数据库的首要任务是首先确定数据库的逻辑结构。

# 1.4 数据库系统的组成 #

## 一、硬件平台以及数据库 ##

要求：内存足够大，足够大的外存设备，良好的通道性

## 二、软件 ##

1.  DBMS。DBMS是为了数据库的建立、使用和维护配置的系统软件。
2.  支持DBMS运行的操作系统
3.  具有与数据库接口的高级语言以及其编译系统，便于开发应用程序。
4.  以DBMS为核心的应用开发工具
5.  为特定应用环境开发的数据库应用系统

## 三、人员 ##

### 1. 数据库管理员 ###

*  决定数据库中的信息内容和结构
 *  决定数据库中的存储结构和存取策略
 *  定义数据的安全性要求和完整性约束条件
 *  监控数据库的使用和运行情况
 *  数据库的改进和重组重构

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### 2.系统分析师和数据库设计人员 ###

*  系统分析师负责应用程序的需求分析和规范说明，要和用户以及DBA相结合，
 *  确定系统的软件配置，并参与数据库系统的概要设计。
 *  数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计，一般由DBA担任。

### 3. 应用程序员 ###

### 4.用户 ###

用户访问数据库的接口通常有：浏览器、菜单驱动、表格操作、图形显示、报表书写等。

1.  偶然用户
2.  简单用户
3.  复杂用户

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