第一章 數據庫系統概述
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第一節 數據庫基本概念
一、數據庫基本概念
（1）、數據（Data）：描述事物的符號記錄，是指用物理符號記錄下來的，可鑑別的信息。
（2）、數據庫（DB）：長期存儲在計算機中的有組織的，可共享的數據集合，其中的數據按一定的數據模型組織、描述和共享，具有較小的冗餘度、較高的數據獨立性，易於擴展並可被用戶共享。（被稱爲存儲數據的倉庫）
1、數據庫中存儲的數據具有三個特點：
永久存儲、有組織、可共享。
（3）、數據庫管理系統（DBMS）：專門用於建立和管理數據庫的一套系統軟件，介於應用程序和操作系統之間。（選擇題、填空題）
數據庫管理系統的功能包括：
（1）、數據定義功能
通過數據庫管理系統提供的數據定義語言（DDL），定義數據庫中的數據對象，包括表、默認約束、視圖、存儲過程、觸發器。（2）、數據操縱功能
通過數據操作語言（DML）操縱數據庫中的數據，實現查詢、插入、刪除、修改等基本操作。（3）、數據庫的運行管理功能
爲保證數據的安全性、可靠性，提供了統一的控制和管理機制，使數據間不會互相干擾併發使用，且在發生故障時能對數據庫進行恢復。（4）、數據庫的建立和維護功能
創建數據庫及對數據庫空間的維護、數據庫的備份與恢復功能、數據庫的重組織功能和性能監視、分析（5）、數據組織、存儲和管理功能
數據庫管理系統需要對數據進行分類存儲和管理，例如：索引查找、順序查找（6）、其他功能：
與其他軟件的網絡通信功能、不同數據庫管理系統之間的數據傳輸。
（4）、數據庫系統（DBS）：指計算機中引入數據庫技術之後的系統。一般完整的數據庫系統：數據庫、數據庫管理系統及相關實用工具、應用程序、數據庫管理員和用戶。
第二節 數據管理技術的發展
一、數據庫設計的目標
（1）、人工管理階段，此階段數據管理的特點如下：
1、數據不保存
2、應用程序管理數據邏輯結構、物理結構、存取方法等設計工作都由編寫人員來完成。
3、數據面向應用
一組數據只能對應一個程序。程序與程序之間存在大量的冗餘數據，數據的獨立性差。
（2）、文件系統階段，將數據的邏輯結構和物理結構分離，由存放方法實現邏輯結構與物理結構之間的映射。
數據可長期保存和專門管理的特點
提供了物理數據獨立性
可實現文件級的數據共享。
（3）、數據庫系統階段，有如下特點
1、數據集成
數據的集成是數據庫管理系統的主要目的。2、數據共享性高
3、數據冗餘小
4、數據一致性（引起數據不一致的根源是數據冗餘）
5、數據獨立性高
6、實施統一管理與控制1）、
數據的安全性是指保護數據，以防止不合法的使用而造成的數據泄密和破壞。2）、
數據的完整性是對數據的正確性、有效性和相容性的要求，保證輸入到數據庫中的數據滿足相應約束條件。3）、
併發控制是指當多個用戶的併發進程同時存取、修改數據庫時，出現錯誤，因而對多用戶的併發操作加以控制和協調。4）、
故障恢復，計算機產生的硬件故障、操作員的失誤以及人爲破壞都會影響數據庫中數據的正確性，甚至造成數據庫的數據丟失，DBMS必須具有將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態的功能。7、減少應用程序開發與維護的工作量
第三節 數據庫系統的結構
一、數據庫系統的三級模式結構
三級體系結構：用戶級、概念級、物理級
數據庫系統的三級模式結構是指數據庫系統是由模式、外模式和內模式。
（1）、模式（稱爲概念模式或邏輯模式，公共數據視圖，概念視圖，一個數據庫只有一個模式，也是數據庫的核心）
DBMS提供模式描述語言來定義模式、數據之間的聯繫、與數據相關的安全性、完整性等。（選擇題）
模式定義數據的邏輯結構、數據之間的聯繫、數據相關的安全性、完整性。
數據庫外模式的描述向用戶提供數據，按內模式的描述存儲數據，而模式是兩者間的中間層。
（2）、外模式（稱爲子模式或用戶模式，用戶視圖）
外模式是用於滿足不同數據庫用戶需求的數據視圖，是模式的子集，是對數據庫整體數據結構的局部重構。
（3）、內模式（稱爲存儲模式，對數據庫中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形式。一個數據庫只有一個內模式）
（4）、三級模式結構的兩層映像與數據獨立性
1、數據庫系統三級模式結構的三級模式分別是對數據的三級抽象，有如下特點：
1）、一個數據庫的整體邏輯結構和特徵的描述（概念模式）是獨立於數據庫其他層次結構（內/外模式）的描述，是數據庫的核心和設計的關鍵。
2）、一個數據庫的內部存儲模式依賴於概念模式，但存儲模式獨立於外部模式，也獨立於具體的存儲設備。
3）、用戶邏輯結構（外模式）是在全局邏輯結果描述的基礎上定義的，面向具體的應用程序，獨立於內部模式和存儲設備。
4）、特定的應用程序是外模式的邏輯結構上編寫的，依賴於特定的外模式，與數據庫的模式和存儲結構獨立。
2、兩層映像
1）、外模式/模式映像
定義了各個外模式與概念模式之間的映像關係，在外模式中描述。數據庫系統的模式如若發生改變，數據庫管理員通常會對各個外模式/模式的映像做出相應的改變，但是保持外模式不受影響，並保證數據與程序的邏輯獨立性。
2）、模式/內模式映像，
是唯一的。定義了數據庫全局邏輯結構與物理存儲之間的對應關係，在模式中描述。數據庫系統的物理存儲如若發生改變，數據庫管理員通常會對各個模式/內模式的映像做出相應的改變，但是保持概念模式不受影響，並保證數據與程序的邏輯獨立性。
二、數據庫系統的運行與應用結構
（1）、客戶/服務器結構（Clinet/Sever,C/S）
（2）、瀏覽器/服務器結構（Browser/Sever,B/S）
第四節 數據模型
一、數據特徵與數據模型組成要素
數據模型是用來描述數據的結構定義在結構上的操作以及數據間的約束的一組概念和定義。（數據模型通常由數據結構、數據操作和數據約束三要素組成）
（1）、數據結構（反應了數據模型最基本特徵）
數據結構描述的是系統的靜態特性，即數據對象的數據類型、內容、屬性以及數據對象之間的聯繫。
（2）、數據操作
數據操作描述的是系統的動態特徵，是對各種對象的實例允許執行的操作集合，包括操作及有關的操作規則。有更新和檢索兩大類數據操作。
（3）、數據約束（數據完整性約束、安全性約束以及併發控制約束）
數據約束描述數據結構中數據間的語法和語義關聯，包括相互制約與依存關係以及數據動態變化規則，以保證數據的正確性、有效性與相容性。
二、數據模型的分類
（1）、概念層數據模型
概念層是數據抽象級別的最高層，其目的是按用戶的觀點來對世界建模。概念層數據模型，也稱爲概念模型或信息模型
1、信息世界中的基本概念
1）、實體：客觀存在並可相互區別的事物稱爲實體。
2）、屬性：實體所具有的某種特性稱爲實體的屬性。
3）、碼或鍵：可唯一標識實體的屬性集稱爲碼或鍵
4）、域：屬性的取值範圍稱爲該屬性的域。
5）、實體型：具有相同屬性的實體必然具有共同的特徵和性質。（實體名與屬性名集合來構成實體型）
6）、實體集：同型實體的集合稱爲實體集。
7）、聯繫：實體內部的聯繫通常是指實體各屬性之間的聯繫。
2、概念模型的表示方法
實體-聯繫方法，用E-R圖，也稱爲E-R方法或E-R模型
實體型，用矩形表示
屬性，用橢圓形表示
聯繫，用菱形表示
（2）、邏輯層數據模型（數據的邏輯模型）
邏輯層是數據抽象的中間層，描述數據整體的邏輯結構。
邏輯數據模型：層次模型、網狀模型、關係模型、面向對象模型
1、層次模型
特點：有且僅有一個結點沒有父節點，其他結點有且僅有一個父節點。
2、網狀模型
3、關係模型
關係模型用二維表結構來表示實體及實體間聯繫的模型，並以二維表格的形式組織數據庫中數據。關係模型有以下優點：
1）、關係模型是建立在嚴格的數學概念的基礎上的。
2）、關係模型的概念單一，統一用關係來表示實體以及實體之間的聯繫，對數據的檢索和更新結果同樣也是用關係來表示，其簡單、清晰、用戶易懂、易用。
3）、關係模型的存取路徑對用戶透明，有更高的數據獨立性、更好的安全保密性，簡化部分工作。4、面向對象模型
面向對象模型是概念模型又是邏輯模型
（3）、物理層數據模型（稱爲數據的物理模型）
每一種邏輯模型在實現時都有與其相對應的物理模型。物理模型是數據庫最底層的抽象，確定數據的物理存儲結構、數據存取路徑以及調整、優化數據庫的性能。
物理模型的設計目標：提高數據庫性能和有效利用存儲空間。