【数据库系统原理与设计】（一）数据库系统概论

写在前面：

 

近来比较浮躁（浮躁的很），打算自己整理一些数据库相关知识点静静心，水平有限，诸君可当个消遣看看，参考教材如下:

不要挂科！不要挂科！不要挂科！阿弥陀佛

 

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一. 数据库系统概论

（本章主要是理论，可考前抱佛脚）

 

1.1 数据库系统的作用

1.1.1 数据与数据管理

1. 数据：描述事物的符号记录

               可以用二维表格结构来表达逻辑的称为 结构化数据 （表）

               对应着有 非结构化数据 （文档、文本、图片、视音频、HTML ...）

               和介于他们之间的 半结构化数据（XML文档、数据混内容等）

2. 数据管理

 

1.1.2 数据管理技术的产生与发展

1. 人工管理阶段：一个程序管一个数据集，易数据冗余

2. 文件系统阶段：技术成熟了但没完全成熟，有”按文件名访问，按记录存取“的管理技术，但数据共享性差、独立性差、获取困难

 

 

 3. 数据库管理系统阶段：数据库管理系统（Database Management System，DBMS）

         ♦ 特点：① 数据结构化

                      ② 数据共享度高、冗余度低、易扩充

                      ③ 数据独立性高（物理独立性、逻辑独立性）

                      ④ 数据由数据库管理系统统一管理控制（安全性保护、完整性检查、并发控制、数据库恢复）

 

1.1.3 数据库应用

嗯，应用很广...

 

1.2 数据模型

1.2.1 数据模型的分层

分为3层：

1. 概念模型：是现实世界的第一层抽象，用于数据库设计

                    （ 实体-联系模型 E-R模型 ， 面向对象模型 OO模型 ）

2. 逻辑模型：是数据抽象的中间层，用于描述数据库数据的整体逻辑结构

                    （ 层次模型 ， 网状模型 ， 关系模型；面向对象模型 ， XML模型； 对象关系模型 ）

3. 物理模型：是数据抽象的最低层，用来描述数据的物理存储结构和存取方法

                    （ 物理数据模型 ）

 

1.2.2 数据模型的组成要素

1. 数据结构：是对系统静态特性的描述，是所描述的对象类型的集合

2. 数据操作：主要有 查询 和 更新（含插入、删除、修改） 两大类操作

3. 数据完整性约束：包括 数据结构完整性规则 和 数据操作完整性规则

 

1.2.3 层次模型

1. 用树状结构来表示各类实体及实体间的联系

2. 满足如下两个条件：

      ① 有且仅有一个 根结点 没有双亲结点；

      ② 根以外的其他结点有且只有一个双亲节点。

3. 缺点：

      ① 表示多对多联系时，只能通过引入冗余数据（易产生不一致性）或创建非自然的数据结构（引入虚拟结点）来解决；

      ② 对插入、删除的限制较多，编写复杂；

      ③ 查询孩子结点必须通过双亲结点；

      ④ 结构严密，层次命令趋于程序化。

 

 

 1.2.4 网状模型

1. 网状数据模型的典型代表是DBTG系统（CODASYL系统）

2. 满足如下两个条件：

      ① 允许一个以上的 结点 无双亲；

      ② 一个结点可以有多个双亲。

3. 缺点：

      ① 结构复杂，且越用越复杂；

      ② 操作语言也复杂。

 

1.2.5 关系模型

1. 关系数据模型的数据结构：

       ① 关系（Relation）：一个关系对应一张二维表（关系名）

       ② 元组（Tuple）：表中一行为一个元组

       ③ 属性（Attribute）：表中一列为一个属性（属性名）

       ④ 码（Key）：可以唯一地标识表中某个属性或属性组

       ⑤ 域（Domain）：属性的取值范围

       ⑥ 分量（Component）：元组中的一个属性值

       ⑦ 外码（Foreign Key）：用来描述元组间关系的表中某个属性或属性组

       ⑧ 关系模式（Relational Schema）：一般形式为 关系名（属性名1，属性名2，...，属性名n）

 2. 关系数据模型的操作与完整性约束：

• 数据操作：查询、更新（插入、删除、修改）

• 数据完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性

3. 关系数据模型的优缺点

 

1.3 数据抽象与数据库三级模式

1.3.1 数据抽象

物理层 >> 逻辑层 >> 视图层

 

1.3.2 数据库三级模式结构及两层映像

1. 数据库的三级模式结构：指数据库管理系统提供的外模式、内模式、模式，3个不同抽象级别观察数据库中数据的角度

• 内模式：存储模式，对应物理层数据抽象；
• 模式：逻辑模式，对应逻辑层数据抽象；
• 外模式：子模式/用户模式，对应视图层数据抽象。

 

 

2. 数据库的两层映像与数据独立性

• 为了能够在DBMS内部实现上述3个抽象层次的联系和转换，DBMS在这三级模式间提供了两层映像：
  • 外模式 / 模式映像
  • 模式 / 内模式映像
• 设计数据库模式结构时，应首先确定数据库的逻辑模式

 

1.3.3 数据库三级模式与三层模型的联系与区别

三级模式是DBMS的体系结构；三层模型是数据库设计的工具和方法

 

 

1.4 数据库系统

数据库系统（Database System，DBS）：是计算机系统中引入数据库后的系统

 

1.4.1 数据库系统组成

1. 数据库中包含4类数据：

• 用户数据：结构化关系（二维表）组织的所有业务数据集合；
• 元数据（数据字典）：描述数据、统计数据；
• 索引：加强访问性的附加数据；
• 应用元数据：是用户窗体、报表、查询和其他形式的应用组件。

 

 

1.4.2 数据库管理系统（DBMS）

1. DBMS 的功能：

• 数据定义
• 数据组织、存储、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
• 其他功能（通信...）

2. DBMS 的组成：

 

3. DBMS 的查询处理器

• 查询处理器是 DBMS 中的一个部件集合，它将用户的查询和更新命令转换为数据库上的操作序列，并执行

4. DBMS 的存储管理器

• DBMS 直接控制磁盘存储器
• 存储管理器负责将 SQL 的多元组操作转化为底层的单元组操作

 

5. DBMS 的事务管理系统

• 事务被正确执行时的 ACID 特性是：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）
• 封锁管理、事务管理、日志管理

 

1.4.3 数据库系统的相关人员

1. 开发、管理、使用数据库系统的人员主要有：

• 数据库管理员（DBA）
• 系统分析员和数据库设计人员
• 应用程序员
• 用户