目錄

• 一、數據庫系統概述
• • 1.1四個基本概念
  • 1.2數據庫管理技術的產生和發展
  • 1.3數據庫系統的特點
• 二、數據模型
• • 2.1兩類數據模型
  • 2.2概念模型
  • 2.3 數據模型的組成要素
  • 2.4常用的數據模型
  • 2.5層次模型
  • 2.6網狀模型
  • 2.7關系模型
• 三、數據庫系統的結構
• • 3.1 數據庫系統模式的概念
  • 3.2 數據庫系統的三級模式結構
  • 3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性
• 四、數據庫系統的組成

一、數據庫系統概述

1.1四個基本概念

數據：數據庫中存儲的基本對象
數據的定義：描述事物的符號記錄
數據的種類：數字、文字、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄等
數據舉例：學生檔案中的學生記錄（李明，男，199505，江蘇南京市，計算機系，2013）語義：學生姓名、性別、出生年月、出生地、所在院系、入學時間解釋：李明是個大學生，1995年5月出生，江蘇南京市人， 2013年考入計算機系

數據庫
定義：長期存儲在計算機內、有組織、可共享的大量數據的集合
基本特征：

• 數據按一定的數據模型組織、描述和儲存
• 可為各種用戶共享
• 冗余度較小
• 數據獨立性較高
• 易擴展

數據庫管理系統

描述：

• 位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件；是基礎軟件，是一個大型復雜的軟件系統

用途：

• 科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據

功能：

• 數據定義功能：提供數據定義語言（DDL）定義數據庫中的數據對象
• 數據組織、存儲和管理：分類組織、存儲和管理各種數據；確定組織數據的文件結構和存取方式；實現數據之間的聯系；提供多種存取方法提高存取效率
• 數據操縱功能：提供數據操縱語言（DML）；實現對數據庫的基本操作 （查詢、插入、刪除和修改）
• 數據庫的事務管理和運行控制：數據庫在建立、運行和維護時由數據庫管理系統統一管理和控制；保證數據的安全性、完整性、多用戶對數據的并發使用；發生故障后的系統恢復
• 數據庫的建立和維護功能：數據庫初始數據的裝載和轉換；數據庫轉儲、恢復功能；數據庫的重組織；性能監視、分析等
• 其他功能：數據庫管理系統與網絡中其它軟件系統的通信；數據庫管理系統系統之間的數據轉換；異構數據庫之間的互訪和互操作

數據庫系統

構成：

數據庫

數據庫管理系統（及其應用開發工具）

應用程序

數據庫管理員

1.2數據庫管理技術的產生和發展

數據管理：

• 對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護
• 數據處理的中心問題

發展過程：

• 人工管理階段（20世紀50年代中之前）
• 文件系統階段（20世紀50年代末–60年代中）
• 數據庫系統階段（20世紀60年代末–現在）

發展動力：

• 應用需求的推動
• 計算機硬件的發展
• 計算機軟件的發展

1.3數據庫系統的特點

數據結構化
數據的整體結構化是數據庫的主要特征之一
整體結構化：不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織；不僅數據內部結構化，整體是結構化的，數據之間具有聯系；數據記錄可以變長；數據的最小存取單位是數據項
數據的用數據模型加粗樣式描述，無需應用程序定義

數據的共享性高，冗余度低且易擴充
數據面向整個系統，可以被多個用戶、多個應用共享使用。
數據共享的好處：減少數據冗余，節約存儲空間；避免數據之間的不相容性與不一致性 ‘使系統易于擴充

數據獨立性高
物理獨立性：指用戶的應用程序與數據庫中數據的物理存儲是相互獨立的。當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。
邏輯獨立性:指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯結構改變了，應用程序不用改變。
數據獨立性由數據庫管理系統的二級映像功能來保證/

數據由數據庫管理系統統一管理和控制
數據庫管理系統提供的數據控制功能
（1）數據的安全性（Security）保護
保護數據以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。
（2）數據的完整性（Integrity）檢查
保證數據的正確性、有效性和相容性。
（3）并發（Concurrency）控制
對多用戶的并發操作加以控制和協調，防止相互干擾而得到錯誤的結果。
（4）數據庫恢復（Recovery）
將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態。

二、數據模型

2.1兩類數據模型

**概念模型：**也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于數據庫設計。

邏輯模型和物理模型：

• 邏輯模型主要包括網狀模型、層次模型、關系模型、面向對象數據模型、對象關系數據模型、半結構化數據模型等。按計算機系統的觀點對數據建模，用于DBMS實現。
• 物理模型是對數據最底層的抽象，描述數據在系統內部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。

客觀對象的抽象過程—兩步抽象

• 現實世界中的客觀對象抽象為概念模型； 將現實世界抽象為信息世界
• 把概念模型轉換為某一數據庫管理系統支持的數據模型；將信息世界轉換為機器世界

2.2概念模型

用途：

• 概念模型用于信息世界的建模
• 是現實世界到機器世界的一個中間層次
• 是數據庫設計的有力工具
• 數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言

對概念模型的基本要求：

• 較強的語義表達能力
• 簡單、清晰、易于用戶理解

信息世界中的基本概念：

• 實體（Entity） ：客觀存在并可相互區別的事物稱為實體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。
• 屬性（Attribute） ：實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。
• 碼（Key）： 唯一標識實體的屬性集稱為碼。
• 實體型（Entity Type）：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型
• 實體集（Entity Set） ：同一類型實體的集合稱為實體集
• 聯系（Relationship）： 現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界中反映為實體（型）內部的聯系和實體（型）之間的聯系。實體內部的聯系通常是指組成實體的各屬性之間的聯系。實體之間的聯系通常是指不同實體集之間的聯系。實體之間的聯系有一對一、一對多和多對多等多種類型

實體-聯系方法（Entity-Relationship Approach）：

• 用E-R圖來描述現實世界的概念模型
• E-R方法也稱為E-R模型

2.3 數據模型的組成要素

數據結構：

數據模型的數據結構：描述數據庫的組成對象，以及對象之間的聯系

描述的內容

與對象的類型、內容、性質有關

與數據之間聯系有關

數據結構是對系統靜態特性的描述。

數據操作：

對數據庫中各種對象（型）的實例（值）允許執行的操作的集合，包括操作及有關的操作規則
數據操作的類型：查詢、更新（包括插入、刪除、修改）
數據模型對操作的定義：操作的確切含義、操作符號、操作規則（如優先級）、實現操作的語言

數據操作是對系統動態特性的描述。

數據的完整性約束條件：

• 一組完整性規則的集合
• 完整性規則：給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和依存規則
• 用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確、有效和相容

數據模型對完整性約束條件的定義：

• 反映和規定必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。
• 提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應用所涉及的數據必須遵守的特定的語義約束條件。

2.4常用的數據模型

• 層次模型（Hierarchical Model）
• 網狀模型（Network Model）
• 關系模型（Relational Model)）
• 面向對象數據模型（Object Oriented Data Model）
• 對象關系數據模型（Object Relational Data Model）
• 半結構化數據模型（Semistruture Data Model）

2.5層次模型

數據庫系統中最早出現的數據模型
層次數據庫系統的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）數據庫管理系統
層次模型用樹形結構來表示各類實體以及實體間的聯系

滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合為層次模型：

有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根結點

根以外的其它結點有且只有一個雙親結點

特點：

• 結點的雙親是唯一的
• 只能直接處理一對多的實體聯系
• 每個記錄類型可以定義一個排序字段，也稱為碼字段
• 任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義
• 沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在

完整性約束條件 ：

• 無相應的雙親結點值就不能插入子女結點值
• 如果刪除雙親結點值，則相應的子女結點值也被同時刪除
• 更新操作時，應更新所有相應記錄，以保證數據的一致性

優點：
層次模型的數據結構比較簡單清晰 ；查詢效率高，性能優于關系模型，不低于網狀模型；層次數據模型提供了良好的完整性支持

缺點：
結點之間的多對多聯系表示不自然；對插入和刪除操作的限制多，應用程序的編寫比較復雜；查詢子女結點必須通過雙親結點；層次命令趨于程序化

2.6網狀模型

滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合：

允許一個以上的結點無雙親；

一個結點可以有多于一個的雙親。

網狀數據庫系統（如DBTG）對數據操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束

• 碼：唯一標識記錄的數據項的集合
• 一個聯系中雙親記錄與子女記錄之間是一對多聯系
• 支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件

優點：

• 能夠更為直接地描述現實世界，如一個結點可以有多個雙親
• 具有良好的性能，存取效率較高

缺點：

• 結構比較復雜，而且隨著應用環境的擴大，數據庫的結構就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握
• DDL、DML語言復雜，用戶不容易使用
• 記錄之間聯系是通過存取路徑實現的，用戶必須了解系統結構的細節

2.7關系模型

關系數據庫系統采用關系模型作為數據的組織方式.
在用戶觀點下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。

• 關系（Relation）：一個關系對應通常說的一張表
• 元組（Tuple）：表中的一行即為一個元組
• 屬性（Attribute）：表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名
• 主碼（Key）： 也稱碼鍵。表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組
• 域（Domain）： 是一組具有相同數據類型的值的集合。屬性的取值范圍來自某個域。
• 分量：元組中的一個屬性值。
• 關系模式：對關系的描述。關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系名，年級）

關系必須是規范化的，滿足一定的規范條件。
**最基本的規范條件：**關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項，不允許表中還有表

關系的完整性約束條件:

• 實體完整性
• 參照完整性
• 用戶定義的完整性

優點:

• 建立在嚴格的數學概念的基礎上
• 概念單一：實體和各類聯系都用關系來表示；對數據的檢索結果也是關系
• 關系模型的存取路徑對用戶透明：具有更高的數據獨立性，更好的安全保密性；簡化了程序員的工作和數據庫開發建立的工作

缺點：

• 存取路徑對用戶透明，查詢效率往往不如格式化數據模型
• 為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優化，增加了開發數據庫管理系統的難度

三、數據庫系統的結構

從數據庫應用開發人員角度看，數據庫系統通常采用三級模式結構，是數據庫系統內部的系統結構 。
從數據庫最終用戶角度看，數據庫系統的結構分為：單用戶結構、主從式結構、分布式結構、客戶-服務器、瀏覽器-應用服務器／數據庫服務器多層結構等

3.1 數據庫系統模式的概念

• 型（Type）： 對某一類數據的結構和屬性的說明 。學生記錄： （學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）
• 值（Value）： 是型的一個具體賦值。一個記錄值： （201315130，李明，男，計算機系，19，江蘇南京市）
• 模式（Schema）：數據庫邏輯結構和特征的描述。是型的描述，不涉及具體值；反映的是數據的結構及其聯系；模式是相對穩定的
• 實例（Instance）： 模式的一個具體值。反映數據庫某一時刻的狀態；同一個模式可以有很多實例；實例隨數據庫中的數據的更新而變動

3.2 數據庫系統的三級模式結構

模式（也稱邏輯模式）：數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述；所有用戶的公共數據視圖
一個數據庫只有一個模式。
模式的地位：是數據庫系統模式結構的中間層。與數據的物理存儲細節和硬件環境無關；與具體的應用程序、開發工具及高級程序設計語言無關。

模式的定義：

• 數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等）
• 數據之間的聯系
• 數據有關的安全性、完整性要求

外模式（也稱子模式或用戶模式）：
數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述；數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。
外模式的地位：介于模式與應用之間
模式與外模式的關系：一對多
外模式與應用的關系：一對多
外模式的用途：保證數據庫安全性的一個有力措施；每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據

內模式（也稱存儲模式）：
是數據物理結構和存儲方式的描述
是數據在數據庫內部的表示方式：記錄的存儲方式（例如，順序存儲，按照B樹結構存儲，按hash方法存儲等）；索引的組織方式；數據是否壓縮存儲；數據是否加密；數據存儲記錄結構的規定
一個數據庫只有一個內模式。

3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性

外模式／模式映像：

• 模式：描述的是數據的全局邏輯結構
• 外模式：描述的是數據的局部邏輯結構
• 同一個模式可以有任意多個外模式
• 每一個外模式，數據庫系統都有一個外模式／模式映象，定義外模式與模式之間的對應關系
• 映象定義通常包含在各自外模式的描述中

保證數據的邏輯獨立性：當模式改變時，數據庫管理員對外模式／模式映象作相應改變，使外模式保持不變；應用程序是依據數據的外模式編寫的，應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性

模式／內模式映像：

• 模式／內模式映象定義了數據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。例如，說明邏輯記錄和字段在內部是如何表示的
• 數據庫中模式／內模式映象是唯一的
• 該映象定義通常包含在模式描述中

保證數據的物理獨立性：當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數據庫管理員修改模式／內模式映象，使模式保持不變。應用程序不受影響。保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。

數據庫模式：即全局邏輯結構是數據庫的中心與關鍵 ；獨立于數據庫的其他層次 ；設計數據庫模式結構時應首先確定數據庫的邏輯模式

數據與程序之間的獨立性，使得數據的定義和描述可以從應用程序中分離出去 。

數據的存取由數據庫管理系統管理：簡化了應用程序的編制；大大減少了應用程序的維護和修改

四、數據庫系統的組成

數據庫
數據庫管理系統（及其開發工具）
應用程序
數據庫管理員（DBA）
硬件平臺及數據庫
軟件
人員

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【数据库复习】第一章绪论的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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