01-概述

人工管理 & 文件系统

方面	人工管理	文件系统
数据管理者	用户（程序员）	文件系统
数据保存	不保存	保存
数据面向的对象	某一应用程序	某一应用
数据的共享程度	无共享、冗余度极大	共享性差、冗余度大
数据的独立性	不独立，完全依赖于程序	独立性差
数据的结构化	无结构	记录内有结构，整体无结构
数据控制能力	应用程序自己控制	文件系统控制

数据库基本概念

• 数据：描述事物的符号记录，数据库中储存的基本对象

• 数据库：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合

  • 结构化

  • 共享度高、冗余度小

  • 独立性高：以牺牲性能为代价封装数据操作的复杂细节

    • 物理独立性：应用程序和数据的物理存储无关

    • 逻辑独立性：应用程序和数据的逻辑结构无关

  • 易扩展

• 数据库管理系统

  • 数据安全性保护

  • 数据完整性检查

  • 数据库恢复

  • 并发控制

• 数据库系统：数据库 数据库管理系统 应用程序 数据库管理员

数据模型

• 定义：对现实世界数据的抽象，用以抽象、表示、处理现实世界中的数据信息

• 满足要求

  • 比较真实的模拟现实世界

  • 容易被人所理解

  • 便于在计算机上实现

• 数据模型：数据库系统的核心和基础

• 数据结构：描述数据库的组成对象及对象间的联系

  • 与对象的类型、内容、性质有关

  • 与数据之间的联系有关

  • 对系统静态特性的描述

• 数据操作：对数据库中对象的实例允许执行操作的集合，包括操作及有关的操作规则

  • 数据操作的类型：增删改查

  • 数据模型对操作的定义：操作的确切含义、操作符号、操作规则（优先级）

  • 对系统动态特性的描述

• 数据完整性的约束条件：限定数据库状态（的变化），保证数据的正确、有效、相容

概念/逻辑/物理模型

类别	概述	应用场景
概念（信息）模型	按用户观点对数据和信息建模	数据库设计
逻辑模型	按计算机系统观点对数据和信息建模	DBMS实现
物理模型	描述数据在系统内部的表示和存取方法	数据库实现

• （现实世界）客观对象 -> （信息世界）概念模型 -> （机器世界）数据模型

概念模型

• 实体 Entity：客观存在且可区分的事物

• 属性 Attribute：实体的特征

• 码 Key：唯一标识实体的属性集

• 实体型 Entity Type：具有相同属性的实体集合，相当于编程中的类型

• 实体集 Entity Set：同一实体型的实体集合，相当于编程中的数组

• 联系 Relationship：事物内部/之间的联系，即实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系

  • 实体之间的联系：1:1、1:N、M:N

  • 实体内部的联系：各属性之间的联系

• 实体联系方法 Entity-Relationship Model：描述实体、属性、联系的模型，即 E-R 图

  • 实体：矩形

  • 属性：椭圆

  • 联系：菱形

常用数据模型

• 格式化模型

  • 层次模型

  • 网状模型

• 关系模型

• 对象模型

  • 面向对象数据模型

  • 对象关系数据模型

关系模型

• 关系 Relation：二维表，由行和列组成

• 元组 Tuple：表中的一行

• 属性 Attribute：表中的一列

• 主码 Primary Key：唯一标识元组的属性集

• 域：具有相同数据类型的值的集合。（取值范围）

• 外码 Foreign Key：表中的属性，引用另一表的主码

• 关系模式 Relation Schema：关系的描述，关系名(属性1, 属性2, ...)

• 关系模型必须是规范化的，每一个分量是不可分的数据项，属性不能再分

关系模型的操作和完整性

• 增删查改都是对关系的集合操作

• 关系模型隐蔽了数据的物理存储细节

• 关系模型的完整性

  • 实体完整性：主码非空

  • 参照完整性：外码必须是另一表的主码

  • 用户定义完整性：用户自定义的完整性约束

关系模型的优缺点

• 优点

  • 建立在严格的数学概念技术上

  • 概念单一

  • 关系模型的存取路径对用户透明

    • 具有更高的数据独立性、安全保密性

    • 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

• 缺点

  • 查询效率低

  • 增加了开发 DBMS 的难度

数据库系统的结构

• 开发人员角度：三级模式结构

  • 外模式：用户视图

  • 模式：数据库的全局逻辑结构

  • 内模式：数据库的物理存储结构

• 最终用户角度

  • 单用户结构

  • 主从式结构

  • 分布式结构

  • 客户-服务器结构

  • 浏览器-服务器结构/数据库服务器多层结构

模式 实例

• 模式 Schema：数据库全体逻辑结构和特征的描述，包含数据的逻辑结构、数据之间的联系、数据的安全性、完整性

  • 相对稳定，一个数据库只有一个模式

  • 不涉及具体的值

  • 中间层：与硬件/软件无关

  • 所有用户的公共视图

• 实例 Instance：数据库某一时刻的状态

  • 模式的具体值，随数据库更新而变动

• 外模式 External Schema：数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征描述

  • 也称子模式/用户模式

  • 用户视图，和应用有关的数据的逻辑表示

  • 介于模式和应用之间

  • 模式和外模式：一对多

  • 外模式和应用：一对多

  • 保证数据库安全：用户只能访问外模式中的有限数据

• 内模式 Internal Schema：数据物理结构和存储方式的描述

  • 底层相关

  • 一个数据库只有一个内模式

• 三级模式：外模式 -> 模式 -> 内模式

• 二级映像

  • 外模式/模式映像：每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，定义外模式和模式的对应关系

    • 保证数据（与程序）的逻辑独立性：模式改变时，管理员只需改变映像，而不用改变外模式和应用程序

  • 模式/内模式：唯一，定义了数据全局逻辑结构和储存结构的对应关系

    • 保证数据（与程序）的物理独立性：内模式改变时，管理员只需改变映像，而不用改变模式

数据库系统的组成

• 硬件平台：足够大的内存、磁盘、较高的通道能力

• 软件：DBMS、OS、编译系统、开发工具、数据库应用系统

• 人员：数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员、最终用户