数据库原理第一章

第一章 数据库系统概述

1.1 数据库基本概念

1.1.1 什么是数据

数据（DATA）是描述事物的符号记录，是指利用物理符号记录下来的、可以鉴别的信息
例如：张三，男，26，北京，上海

​

​ 但是出现问题 北京和上海对于张三有什么意义？

​ 当我填上描述信息 如下观察：

现居地	户籍地
北京	上海

​ 通过上面分析我们发现：

数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理的数据才能成为有用的信息

​

1.1.2 什么是数据库

数据库（DARABASE，DB） 是指长期存储在计算机的有组织的、可共享的数据集合

​ 数据要按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的 数据独立性，系统易于扩展，并可以被多个用户分享。

​ 数据库中存储的数据的三个基本特点

简答：永久存储、有组织、可共享

1.1.3 什数据库管理系统及其功能

数据库管理系统（DBMS）是专门用于建立和管理数据库的一套软件，介于应用程序和操作系统之间

​ 数据库管理系统功能：

​ 1）数据定义功能

​ 2）数据操纵功能

​ 3）数据运行管理功能

​ 4）数据库的建立和维护功能

​ 5）数据组织、存储和管理功能

​ 6）其他功能 ----> 网络相关功能

1.1.4 数据库系统的构成

用户（程序员）            用户（数据库终端用户）
	|                       |
	|						|
	|						|
	--------应用程序-----------
	|						|
	|						|
	|						|
	---数据库管理系统（DBMS）-----------数据库管理员（DBA）
			   |
			   |
			   |
			 数据库

1.2 数据库管理技术的发展

1.2.1 人工管理阶段

​ 1）数据不保存

​ 2）应用程序管理数据

​ 3）数据面向应用程序

1.2.2 文件系统阶段

​ 文件系统 保存数据 由文件系统 进行文件级别共享操作

1.2.3 数据库系统阶段

​ 1）数据集成（主要目的）

​ 2）数据共享性（高）

​ 3）数据冗余（低）

​ 4）数据一致性

​ 5）数据独立性（高）

​ 6）实施统一管理与控制

​ 7）减少应用程序开发与维护的工作量

解释1  数据独立性
数据定义与使用数据的应用程序分离称为数据独立


解释2  统一管理与控制、程序开发与维护
主要包括：数据的安全性、完整性并发控制于故障恢复等，即数据库保护

1.3 数据库系统的结构

1.3.1 数据库系统的结构分类

                                       |-模式
		  |---内部系统结构，采用三级模式---|--内模式
          |                            |-外模式
从DBA的视角|
		  |                |--集中式结构
		  |---外部系统结构---|--分布式结构
		                   |--并行结构


                       |---- 客户/服务器（C/S）结构 例如APP
从数据库应用的用户的视角---|
                       |---- 浏览器/服务器（B/S）结构 例如网页

1.3.2 数据库系统的三级模式结构

应用A        应用B     应用C     应用D    应用E
  |          |	       |         |       |
	|      |           |          |     |
	  |  |             |            |  |
	 外模式1          外模式2        外模式3
	   |			   |             |
	    ---------------|-------------|
					  模式
					   |
					   |
					 内模式
					   |
					   |
					 数据库

外模式：也称为子模式或用户模式     --》用户级相关外模式

模式：也称为概念模式或逻辑模式     --》概念级相关外模式

内模式：也称存储模式             --》物理级相关外模式

​

名称	别称	视图类型
模式	概念模式、逻辑模式	概念视图
外模式	子模式、用户模式	数据视图、用户视图
内模式	存储模式	内部视图，存储试图

备注：视图就是你眼中的数据，能让用户看懂的叫视图

模式是数据库的核心，也是数据库设计的关键

​ 三级模式结构的两层映像与数据独立性

​ 所谓映像，就是一种对应规则，它指出映像双方是如何进行转换得到

模式/内模式映像
保证了数据与程序的物理独立性

外模式/模式映像
保证了数据与程序的逻辑独立性

1.3.3 客户/服务器（C/S）结构

客户服务器结构（C/S）中，客户端、前台或表示层：主要完成与数据库使用者的交互任务；服务器、后台或数据层：主要负责数据管理

		    《-------》
		表示层        数据层
		    《-------》

​ 单机方式 一台电脑上

​ 网络方式 多台设备联机

1.3.4 浏览器/服务器（B/S）结构

浏览器服务器（B/S）结构，是一种基于WEB应用的客户服务器结构，也称三层客户服务器结构
三层：表示层、处理层、数据层

			《-------》	《-------》
		表示层        处理层         数据层
		    《-------》	《-------》
		  

1.4 数据模型

1.4.1 什么是模型

​ 模型是现实世界特征的模拟和抽象表达

​ 数据模型是对现实世界数据特征的抽象，描述的是数据的共性内容

​ 例如：姓名 、性别、职业、省份证号、等等之类的 共通的内容

​ 当然在一定程序上具有一定的意义更合适更好一些

1.4.2 数据的特征

​ 数据的特征分为静态特征和动态特征

       | 数据的基本结构  例如 队列、二叉树、表
       |
静态特征|  数据间的联系   例如 身高和体重 越高相对越重
       |
       | 数据取值范围    例如 性别
在一定程度上静态特征上是不会变的

动态特征：指对数据可以进行符合一定规则的操作，例如 18岁过了生日就19岁

1.4.3 数据模型组成要素

数据结构：描述的是系统的静态特征，即数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系

数据操作：描述的是系统的动态特征

数据约束：描述数据结构中数据间的语法和语义关联，在此环境中是一种特例约束，

1.4.4 数据模型的分类

数据模型是模型化数据和信息的工具，也是数据库系统的核心和基础

满足三点：比较真实的模拟现实世界，容易为人们理解，便于在计算机上实现

现实世界
	|
	|（抽象）
	|
概念模型（信息世界）
    |
    |（转换、组织）
    |
逻辑模型和物理模型（机器世界）

1.4.5 什么是概念层数据模型

概念层是数据抽象级别的最高层。概念层数据模型，也称为数据的概念模型或信息模型，这类模型主要用于数据库的设计阶段

例如、E-R图的设计 组织人员架构

1.4.6 信息世界涉及的基本概念

名称	概念	举例
实体（Entity）	把每一类数据对象的个体称为实体	学生
属性（Attribute）	事物的性质与事物之间关系	（学号，性别，出生年月）
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	学生（学号，性别，出生年月）
实体集（Entity Set）	实体集是具有相同类型及相同属性的实体的集合	一群学生
码或键（Key）	唯一标识该实体的属性	学号
域（Domain）	取值范围	性别属性
联系（Relationship）	属性或实体之间有一定的联系	父子，师生

​ 数据模型中有型和值两个概念

​ 例如：表头是型，数据为值

1.4.7 概念模型的表示方法

​ E-R图：一般实体型用长方形，属性用椭圆，联系用菱形

1.4.8 什么是逻辑层数据模型

​ 逻辑层是数据抽象级别的中间层，逻辑层数据模型，也称为数据的逻辑模型

​ 任何DBMS都是基于某种逻辑数据模型

1.4.9 逻辑模型的类型

层次模式：
​    是最早使用的一种数据模型

​	 有且仅有一个结点没有父结点，称作根结点

​	 有其他结点有且仅有一个父结点

​

网状模型：
​	 以网状结构表示实体与实体间的联系
​	 允许结点有多于一个父结点
​	 可以有一个以上的结点没有父结点

​

关系模型：
用二维表结构来表示实体间的联系
优点：
​	 建立在严格的数学概念的基础上
​	 概念单一
​	 存储路径对用户透明，有更高的数据独立性，更好的安全保密性

​

面向对象模型：  面向对象方法和数据库
​	 即是概念模型又是逻辑模型
​	 表达能力丰富，对象可复用、维护方便

1.4.10 物理层数据模型

​ 物理层数据模型，也称为物理模型，描述数据在存储介质上的组织结构，是逻辑模型的物理基础；

​ 是数据库最底层的抽象；

​ 设计目标是提高数据库性能和有效利用存储空间。