一、數據庫和數據庫系統

1、數據

數據(Data)是事物的符號表示，數據可以是數字、文字、圖像、聲音等。

2、數據庫

數據庫(Database)是以特定的組織結構、存放在計算機的存儲介質中的相互關聯的數據集合。
數據庫具有以下特徵：
（1）是相互關聯的數據集合，不是雜亂無章的數據集合。
（2）數據存儲在計算機的存儲介質中。
（3）數據結構比較複雜，有專門理論支持。
數據庫包含了以下含義：
（1）提高了數據和程序的獨立性，有專門的語言支持。
（2）建立數據庫的目的是爲應用服務。

3、數據庫系統

數據庫系統(Database System, DBS)是數據庫應用系統的簡稱，數據庫系統由數據庫、操作系統、數據庫管理系統、應用程序、用戶、數據庫管理員組成，如右圖所示。

圖片資料：

4、數據庫發展階段

人工管理階段
文件系統階段

數據庫系統階段

在開發設計數據庫應用系統時需要使用不同的數據模型，它們是概念模型、邏輯模型、物理模型，根據模型應用的不同目的，按不同的層次可將它們分爲兩類，第一類是概念模型，第二類是邏輯模型、物理模型。數據模型是數據庫系統的核心和基礎。
從概念模型到邏輯模型的轉換由數據庫設計人員完成，從邏輯模型到物理模型的轉換主要由數據庫管理系統完成。

二、數據模型

1、概念模型

概念模型(Conceptual Model)又稱信息模型，它是按用戶的觀點對數據和信息進行建模，
描述現實世界的概念化結構，它獨立於數據庫邏輯結構和具體的DBMS。

【專業術語】

•（1）實體(entity)：客觀存在並可相互區別的事物稱爲實體，實體用矩形框表示，框內爲實體名。
•（2）屬性(attribute)：實體所具有的某一特性稱爲屬性，屬性採用橢圓框表示，框內爲屬性名，並用無向邊與其相應實體連接。
•（3）碼(key)：能唯一標識實體的最小屬性集。
•（4）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，稱爲實體型。
•（5）實體集(entity set)：同型實體的集合稱爲實體集
•（6）聯繫(relationship)：實體之間的聯繫，可分爲兩個實體集之間的聯繫、多個實體集之間的聯繫、單個實體集內的聯繫。

兩個實體集之間的聯繫包括一對一的聯繫、一對多的聯繫、多對多的聯繫。
•一對一的聯繫（1 : 1）
如果實體A中的每個實例在實體B中至多有一個（也可以沒有）實例與之關聯，反之亦然，則稱實體A與實體B具有一對一聯繫，記作：1:1。

•一對多的聯繫（1:n）
如果實體A與實體B之間存在聯繫，並且對於實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應；而對實體B中的任意一個實例，在實體A中都只有一個實例與之對應，則稱實體A到實體B的聯繫是一對多的，記爲1: n。

•多對多的聯繫（m:n）
如果實體A與實體B之間存在聯繫，並且對於實體A中的一個實例，實體B中有多個實例與之對應；而對實體B中的一個實例，在實體A中也有多個實例與之對應，則稱實體A到實體B的聯繫是多對多的，記爲m: n。

一個學生可選擇多門課程，一門課程也可以多個學生選擇 **
** 學生與課程之間兩個實體存在多對多（M:N）

【概念模型的表示方法】

概念模型較常用的表示方法是實體-聯繫模型(Entity-Relationship Model, E-R模型)。
E-R模型即實體-聯繫模型，在E-R模型中：
（1）實體採用矩形框表示，把實體名寫在矩形框內。
（2）屬性採用橢圓框表示，把屬性名寫在橢圓框內，並用無向邊將其與相應的實體框相連。
（3）聯繫採用菱形框表示，聯繫名寫在菱形框中，用無向邊將參加聯繫的實體矩形框分別與菱形框相連，並在連線上標明聯繫的類型，例如1:1、1:n 或m:n，如果聯繫也具有屬性，則將屬性框與菱形框也用無向邊連上。

【常用的數據模型】

1、層次模型

用樹狀層次結構組織數據，樹狀結構每一個結點表示一個記錄類型，記錄類型之間的聯繫是一對多的聯繫。層次模型有且僅有一個根結點，位於樹狀結構頂部，其它結點有且僅有一個父結點。

2、網狀模型

採用網狀結構組織數據，網狀結構每一個結點表示一個記錄類型，記錄類型之間可以有多種聯繫。

3、關係模型

採用關係的形式組織數據，一個關係就是一張二維表，二維表由行和列組成。

三、數據庫系統結構

【數據庫系統的三級模式結構】

模式(Schema)指對數據的邏輯結構或物理結構、數據特徵，數據約束的定義和描述，它是對數據的一種抽象，模式反映數據的本質、核心或型的方面。
數據庫系統的標準結構是三級模
式結構，它包括外模式、模式和內模式，如右圖示。

1、外模式

外模式(External Schema)又稱子模式或用戶模式，位於三級模式的最外層，對應於用戶級，它是某個或某幾個用戶所看到的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。外模式通常是模式的子集，一個數據庫可以有多個外模式，同一外模式也可以爲某一用戶的多個應用系統所用，但一個應用程序只能使用一個外模式，它是由外模式描述語言(外模式DDL)來描述和定義的。

2、模式

模式(Schema)又稱概念模式，也稱邏輯模式，位於三級模式的中間層，對應於概念級，它是由數據庫設計者綜合所有用戶的數據，按照統一觀點構造的全局邏輯結構，是所有用戶的公共數據視圖(全局視圖)。一個數據庫只有一個模式，它是由模式描述語言(模式DDL)來描述和定義的。

3、內模式

內模式(Internal Schema)又稱存儲模式，位於三級模式的底層，對應於物理級，它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。一個數據
庫只有一個內模式,它是由內模式描述語言(內模式DDL)來描述和定義的。

【數據庫的二級映像功能和數據獨立性】

1、外模式/模式映象

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。數據庫系統都有一個外模式/模式映象，它定義了該外模式與模式之間的對應
關係。
當模式改變時，由數據庫管理員對各個外模式/模式映象作相應改變，可以使外模式保持不變。
應用程序是依據數據的外模式編寫的，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱爲數據邏輯獨立性。

2、模式/內模式映象

數據庫中只有一個模式，也只有一個內模式，所以模式/內模式映象是唯一的，它定義了數據庫全局邏輯結構與存儲

【數據庫管理系統的工作過程】

數據庫管理系統控制的數據操作過程基於數據庫系統的三級模式結構與二級映象功能，下面通過讀取一個用戶記錄的過程反映數據庫管理系統的工作過程，如下圖所示。

四、數據庫設計

本部分內容過多，不在這展示，內容會在其他文章更新

數據庫編程技術——數據庫系統概論