数据库系统概述 第一章绪论

一、数据库系统概述

1.数据(Data)

数据是数据库中存储的基本对象

数据是信息的载体，它会代表一定的信息，不同场景代表的含义不一样，比如说90这个数据，可能代表一个人的体重，也可能代表的是一个人的分数。单纯看数字是没有意义的

定义:

描述事物的符号记录称为数据。描述事物的符号可以是数组，也可以是文字，图形，声音，语言等，数据可以有多种表现形式，它们都可以经过数字化后存到计算机中

2.数据库(DB)

数据库是长期存储在计算机内，有组织的，可以共享的大量数据的集合
数据库数据具有永久存储，有组织，可共享三个基本特点

3.数据库管理系统(DBMS)

3.1概念

• 用来定义和管理数据的软件，可以保证数据的安全性和完整性，比较流行的数据库管理系统有:MySql、Oracle、SQL server、DB2等
• 比如说我们写了xxx.doc，这个就是一个word文件，那么我们是不是使用word去打开里面的文件，那么word这个软件就当于这里说的DBMS
• 数据库管理系统(DBMS)可以管理多个数据库，一般开发人员会针对每一个应用创建一个数据库。为保存应用中实体的数据，一般会在数据库创建多个表，以保存程序中实体用户的数据。
  数据库管理系统、数据库和表的关系如图所示：
  
  

3.2主要功能

接下来看看数据库管理系统的主要功能

• ①数据定义功能

DBMS提高数据定义语言DDL，用户可以通过它来对数据库中的数据对象进行定义

• ②数据组织，存储和管理

DBMS要分类组织，存储和管理各种数据，包括数据字典，用户数据，数据的存取路径等

• ③数据操作功能

DBMS提高数据操作语言DML，用户可以使用DML操作数据，实现对数据的插入，修改，删除等基本操作

• ④数据库的事务管理和运行管理

数据库在建立，运用和维护式由数据库管理系统统一管理，统一控制，以保证数据的安全性，完整性，多用户对数据的并发使用一间发送故障后的系统恢复

• ⑤数据库的建立和维护功能

数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的存储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能建设、分析等

4.数据库管理员(DBA)

对数据库管理系统进行操作的人员，主要负责数据库的运营和维护

5.数据库应用系统

在数据库管理系统的基础上，使用数据库管理系统的语法，开发的直接面对最终用户的应用程序，比如：学生管理系统、人事管理系统、图书管理系统

我们可以这样来理解:不是每一个人都可以接触到数据库的，而且接触到数据库也不一定会使用，举个例子:以学生管理系统来说，学生只要点击选课，就代表选到了，点击退选，就把课程给退了，底层其实还是操作数据库，不过这样子对那些不懂数据库的人来说是很方便的。

6.数据库系统(DBS)

数据库系统一般是由数据库，数据库管理系统(及其开发工具),数据库应用系统，数据库管理员组成

7、数据管理技术的产生和发展

数据管理技术经历了人工管理，文件系统，数据库系统三个阶段

7.1.人工管理阶段

早期计算机处理数据是用纸带，比如纸带有一个小孔就代表1，没有孔代表0，所以无法保存到计算机中，因为它的数据是保存在纸带上面
特点:

• 数据不保存

• 应用程序管理数据

• 数据不共享

• 数据不具有独立性

  • 数据和应用程序是绑定在一起的

缺点:

• 数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，应用程序必须做相应的修改，加重程序员的负担

7.2.文件系统阶段

用文件系统管理数据有下面的特点

• 数据可以长期保存(数据保存到文件中)
• 由文件系统管理数据

缺点

• 数据共享性差，冗余度大
• 数据独立性差

7. 3.数据库系统阶段

用数据库系统管理数据具有下面的特点

• 数据结构化
• 数据的共享性高，冗余度低，易扩充
• 数据独立性高
• 数据由DBMS统一管理和控制
  

二、数据模型的初步认识

数据模型也是一种模型，它是对现实世界数据特征的抽象，数据模型就是现实世界的模拟
像沙盘，航模等就是模型

1.两类数据模型

数据模型要满足三方面要求
①能比较真实地模拟现实世界
②容易被人所理解
③便于在计算机上实现
根据模型应用的不同目的，可以分成两类

1.1 第一类是概念模型

概念模型也称信息模型，它是按照用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计
概念模型是现实世界到机器世界的中间层次，表现为
①概念模型用于信息世界的建模
②现实世界到信息世界的第一层抽象
③数据库设计人员进行数据库设计的有理工具
④数据库设计人员和用户之间进行交流的语言
概念模型的要求:
①具有较强的语义表达能力
②能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识
③简单，清晰，易于用户理解

1.2第二类是逻辑模型和物理模型

• ①逻辑模型

  • 层次模型
  • 网状模型
  • 关系模型
  • 面向对象模型
  • 对象关系模型

  它是按照计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现

• ②物理模型

物理模型是对数据最底层的抽象，它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和存取方法，是面向计算机系统的

2.数据模型的组成要素

数据模型通常由数据结构，数据操作和完整性约束三部分组成

• 数据结构

  • 数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系，数据结构是所描述的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述

  • 数据操作

    • 数据库主要由查询，更新(包括插入，删除，修改)两大类操作，数据操作是对系统动态特性的描述

  • 数据的完整性约束条件

    • 数据不是随便存的，而是有一定的约束的，数据的完整性约束条件是一组完整性规则，比如说身高体重的数据是数字，不能是图片，音频 。比如规定成绩最低是0分，不可能出现-1分的情况等等
    • 在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件
      • 实体完整性
        • 比如说，身份证号能唯一标识一个人的身份，学号可以唯一标识学生
      • 参照完整性
        • 比如说在学生表中编号001号表示的是学生张三，那么在成绩表中，编号001表示的学生也必须是张三，不能是其他人

三、信息世界中的基本概念

1.相关概念

1.1实体(Entity)

客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。
实体可以是人，事，物，也可以是抽象的概念或联系
例如：一个学生，一个部门，学生的一次选课等都是实体

1.2.属性(Attribute)

• 属性是对实体的描述
• 实体所具有的某一特征称为属性
• 一个实体可以由若干个属性来刻画
• 举例：学生实体可以由学号，姓名，性别，年龄，入学设计等属性组成，这些属性组合起来表征一个学生

1.3.码(Key) 也可以叫关键字

可以唯一标识实体的属性集称为码
也就是说给其中的一个属性值，我们就可以唯一确定一条记录，就比如说给一个身份证号，我们就就可以找到对应的那个人一样
学号是学生实体的码
身份证是人这个实体的码

1.4.域

域是一组由相同数据类型的值的集合。属性的取值范围来自某一个域
比如说:人的性别的域是(男，女)
学生的成绩的域是[0,100]
学生的年龄的域为整数

1.5.实体型(Entity Type)

具有相同属性的实体一定有共同的特征和性质，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型
比如说张三，李四等学生都有学号，姓名，性别等属性，我们就可以把这些学生归纳成为实体型

1.6.实体集

同一类型的实体的集合称为实体集，比如全体学生就是一个实体集

1.7.联系

实体之间是有联系的，比如说老师和学生之间存在着教书和听课的关系
在现实世界，事物内部，以及事物之间是有联系的，这种联系在信息世界中反映为实体(型)内部的联系是实体(型)之间的联系

实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系，实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系

2.两个实体型之间的联系

2.1一对一联系(1:1)

2.2一对多联系(1:n)

2.3多对多联系(m:n)

3.两个以上实体型之间的联系

两个以上的实体型之间也存在着一对一，一对多，多对多联系

4.单个实体型内的联系

5.概念模型的一种表示方法:实体-联系图(E-R图)

E-R图提供了表示实体型，属性和联系的方法

四、关系模型

1.关系数据模型的数据结构

• 关系:一个关系对应通常说的一张表
• 元组：表中的一行就是一个元组
• 属性：表中的一列就是一个属性，给每个属性起名就是属性名
• 码(Key)：也称为码键，码也是一个属性，表中的某一个属性组，它可以唯一确定一个元组，比如学生表中的学号，可以唯一确定一个学生
• 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，一般表示为；关系名(属性1，属性2，…，属性n)
  

2.关系数据模型的操纵与完整性约束

关系型数据模型的操作主要包括查询，插入，删除和更新数据，这些操作必须满足关系的完整性约束
关系的完整性约束包括三大类:
①实体完整性
②参照完整性
③用户定义的完整性

3.关系数据模型的优点

①关系模型和格式化模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的
②关系模型的概念单一
③关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的独立性，更好的安全保密性也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

五、数据库系统结构

1.数据库系统模式的概念

模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，同一个模式可以有很多的实例，通俗的话来说，比如说模式规定了一个人有眼睛，鼻子等，但是不同的人他们的眼睛，鼻子是不一样的，这个就是实例
模式是抽象的，实例是具体的，我们可以近似理解成像Java的类和对象

例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录
2013年的一个学生数据库实例，包含：
2013年学校中所有学生的记录
学校开设的所有课程的记录
所有学生选课的记录
2012年度学生数据库模式对应的实例与
2013年度学生数据库模式对应的实例是不同的

2.数据库系统的三级模式结构

数据库系统的三级模式是指数据库系统是由外模式，模式和内模式三级构成

模式：数据在数据库中的存储形式，比如二维表

模式也叫逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图
它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节的硬件环境，也和具体的应用程序，所使用的高级程序设计语言 无关

外模式：应用程序根据用户的实际需求展示数据

外模式也叫子模式或 用户模式，它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是和某一应用无关的数据的逻辑表示

内模式：数据在实际物理硬盘如何存储

• 内模式也叫存储模式
• 一个数据库只有一个内模式
• 它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
  
• 外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式，因为我们一般只是查看数据库中的部分信息
• 同一个外模式也可以为某一用户的多个应用系统使用，但是一个应用程序只能使用一个外模式。比如说学生成绩表，可以用在查询期末考试成绩这个应用中使用，毕业以后，要查询每一科的成绩也是使用学生成绩这张表
• 外模式有助于保证数据库的安全性，因为用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库的其他数据是看不见的

3.数据库的二级映像功能与数据独立性

数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映像
外模式/模式映像
模式/内模式映像