四个基本概念

1. 数据 data：
2. 数据库 database ：是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的 大量数据的集合
3. 数据库管理系统 DBMS：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
4. 数据库系统 DBS：是指在计算机系统中引入数据库后的系统

DBMS的用途

• 组织和储存好大量的数据，并提供方便、高效地检索数据和维护数据的手段

DBMS的主要功能

• 数据定义功能
• 数据组织、存储和管理
• 数据操纵功能
• 数据库的事务管理和运行管理
• 数据库的建立和维护功能
• 其他功能

数据库系统DBS的构成

• 数据库
• 数据库管理系统（及其开发工具）
• 应用系统
• 数据库管理员 DBA

数据库管理技术的产生和发展

• 人工管理阶段
  • 数据不保存、数据由程序管理、数据不共享、没有独立性
• 文件系统阶段
  • 数据可以长期保存，有文件系统管理，共享性和独立性差
• 数据库系统阶段
  • 数据长期存储，有DBMS管理、数据整体结构化、共享性和独立性较高

数据库系统的特点

• 数据的管理者：DBMS
• 数据的结构化：整体结构化
• 数据的共享程度：共享性高
• 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性
• 数据控制能力：有DBMS统一管理和控制

整体数据结构化 是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别

数据结构化

• 数据库不仅数据内部是结构化的，而且整体是结构化的 数据之间是有联系的

数据独立性：数据独立于应用程序

• 物理独立性
  • 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的，当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变
• 逻辑独立性
  • 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变

数据的独立性是由 DBMS 的二级映像功能来保证的

数据共享性高

• 数据被多用户、多应用共享使用
• 减少数据冗余，借阅存储工具
• 避免数据之间的不相容与不一致
• 可以根据用户需求增加新的应用

DBMS 对数据的控制功能

• 数据的统一管理
• 数据的安全性保护
• 数据的完整性检查
• 并发控制
• 数据库恢复

数据模型

模型 是对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象

数据模型 也是一种模型，它是对现实世界数据特征的数字化抽象

数据模型分为两类（分属两个不同的层次）

• 概念模型（信息模型）

  • 按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计

• 逻辑模型

  • 网状模型
  • 层次模型
  • 关系模型

• 物理模型

  • 描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式或存取方法

概念模型

信息世界的基本概念

• 实体：客观存在并相互可区别的事物

• 属性：实体所具有的某一特性

• 码：唯一标识实体的属性集

• 实体型：用实体名和属性名集合来抽象和刻画

• 实体集：同一类型实体的集合

两个实体型的联系

• 1：1联系
• 1：n联系
• m：n联系

概念模型的表示方法：实体-联系方法 E-R图

数据模型的组成要素

• 数据结构
  • 描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系
  • 是对系统静态特性的描述
• 数据操作
  • 对数据库中各种对象的实例允许执行的操作以及有关的操作规则
  • 数据操作是对系统动态特性的描述
• 数据的约束条件
  • 一组 完整性规则的集合
  • 完整型规则是对数据模型中数据及其联系定义的制约和储存规则

常用数据模型

• 层次模型
  • 树的形式组织数据
• 网状模型
  • 图的形式组织数据

层次和网状模型

• 数据之间的关联关系由复杂的指针关系来维护，结构描述复杂

• 数据检索操作依赖于指针系统指示的路径

• 逐一记录的操作，不能有效支持记录集合的操作

• 关系模型

  • 被广泛使用
  • 基本概念
  • 关系
  • 元组
  • 属性
  • 码：表中的某个属性组，它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
    • 对关系的描述
    • 表示为：关系名（属性1，属性2，...，属性n）

关系必须是规范化的，满足一定的规范条件

最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分割的数据项，不允许表中还有表 即原子性

• 面向对象模型

• 对象关系模型

这些数据模型都是逻辑上的，是计算机能够理解，且被DBMS支持的数据视图

数据库系统结构

从数据库管理系统角度看，数据库系统采用 三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构

数据库系统模式的概念

型：对某一类数据的结构和属性的说明

值：是型的一个具体赋值

模式（也称逻辑模式）

• 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
• 所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求，
• 一个数据库只有一个模式

模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层

• 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
• 与具体的应用程序、开发工具以及高级程序设计语言无关

模式定义的内容

• 数据的逻辑结构（例如：数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字，类型，取值范围
• 数据之间的联系
• 数据有关的安全性、完整性要求

外模式（子模式或用户模式）

• 数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
• 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

外模式的地位：介于模式与应用之间

模式与外模式的关系：一对多

• 外模式通常是模式的子集
• 一个数据库可以有多个外模式
• 对模式中同一数据，在外模式的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同

外模式与应用的关系：一对多

• 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用
• 但一个应用程序只能使用一个外模式

内模式（也称存储模式）

• 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
  • 记录的存储方式，索引的组织方式
  • 数据是否压缩存储，是否加密，记录结构规定

一个数据库只有一个内模式

数据库的二级映像功能与数据独立性

• 外模式/模式映像
  • 定义外模式与模式之间的对应关系
  • 每一个外模式都对应一个外模式/模式映像
  • 映像定义通常包含在各自外模式的描述中

保证数据的逻辑独立性

• 模式/内模式映像
  • 定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，例如，逻辑记录和字段在内部是如何表示的
  • 数据库中模式/内模式映像是唯一的
  • 该映像定义通常包含在模式的描述中

数据库系统的组成

• 数据库
• 数据库管理系统（及其开发工具）
• 应用系统
• 数据库管理员

即三大块，硬件平台以及数据库，软件，人员

数据库系统对硬件资源的要求

• 足够大内存
• 足够大外存
• 较高的通道能力，提高数据传送率

软件

• DBMS
• 操作系统
• 与数据库接口的高级语言及其编译系统
• 以DBMS为核心的应用开发工具
• 为特定应用环境开发的数据库应用系统

人员

• 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
  • 周期性转储数据库
    • 数据文件，日志文件
  • 系统故障恢复
  • 介质故障恢复
  • 监视审计文件
  • 数据库的改进和重组
    • 性能监控和调优
    • 数据重组
  • 数据库重构
• 系统分析员
  • 负责应用系统的需求分析和规范说明
  • 与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置
  • 参与数据库系统的概要设计
• 数据库设计人员
  • 参加用户需求调查和系统分析
  • 确定数据库中的数据
  • 设计数据库各级模式
• 应用程序员
  • 设计和编写应用系统的程序模块
  • 进行调试和安装
• （最终用户）