数据库系统(2):数据库系统的结构抽象与演变
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2019-03-08 03:32:19
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重点与难点
- 一组概念的区分:三级模式两层映像,物理独立性和逻辑独立性
- 一组概念的区分:数据 -> 模式 -> 数据模型
- 几种数据模型的差异:网状/层次模型 -> 关系模型 -> OO数据模型
一、数据库系统的标准结构
- Externel Level = User Level (某一用户能够看到与处理的数据,全局数据中的一部分)
- Conceptual Level = Logic Level (从全局角度理解/管理的数据,含相应的关联约束)
- Internal Level = Physical Level (存储在介质上的数据,含存储路径、存储方式、索引方式等)
- 数据 与 数据的结构 --模式
- 模式(Schema)
- 对数据库中数据所进行的一种结构性的描述
- 所观察到的数据的结构信息
- 某一种表现形式下表现出来的数据库中的数据
- External Schema --- (External) View (某一用户能够看到与处理的数据的结构描述)
- (Conceptual) Schema --- Conceptual View (从全局角度理解/管理的数据的结构描述,含相应的关联约束,体现在数据之间的内在本质联系)
- Internal Schema --- Internal View (存储在介质上的数据的结构描述,含存储路径、存储方式、索引方式等)
- E-C Mapping:External Schema - Conceptual Schema Mapping (将外模式映射为概念模式,从而支持实现数据概念视图向外部视图的转换、便于用户观察和使用)
- C-I Mapping:Conceptual Schema - Internal Schema Mapping (将概念模式映射为内模式,从而支持实现数据概念视图向内部视图的转换、便于计算机进行存储和处理)
- 数据库系统的标准结构
- 逻辑独立性:当概念模式变化时,可以不改变外部模式(秩序改变E-C Mapping),从而无需改变应用程序
- 物理数据独立性:当内部模式变化时,可以不改变概念模式(只需要改变C-I Mapping),从而不改变外部模式
二、什么是数据模型
- 规定模式统一描述方法的模型,包括:数据结构、操作和约束
- 数据模型是对模式本身结构的抽象,模式是对数据本身结构形式的抽象
- 关系模型:表的形式组织数据
- 层次模型:树的形式组织数据
- 网状模型:图的形式组织数据
三、数据库系统的演变与发展
- 第一阶段:数据库技术探索阶段(59-65/67)
- 第二阶段:数据库技术确立阶段(65/68-75)
- 第三阶段:数据库技术成熟阶段(76-80s前期)
- 第四阶段:数据库技术深化发展阶段(85年以来)
- 文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理、文件保护、向用户提供操作接口
- 提供了不同的存取方法(索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件等),支持对文件的基本操作(增、删、改、查等),数据存取基本上以记录为单位
- 优点:用户(程序)不比考虑文件存储的物理细节,解脱了对物理设备存取复杂性处理的负担
- 不足:数据与程序紧密结合,数据的组织及语义紧密依赖于处理该文件的应用程序,数据结构发生改变则必须修改应用程序,文件之间无联系,文件的记录之间无联系,共享性差,冗余度大,不一致性高
- 由DBMS统一存取、维护数据组织形式及语义,可较强地独立于应用程序(两个独立性)
- 把数据及数据结构的定义和描述从应用程序中分离出去,交给DBMS,使得多个应用程序可共享数据及数据结构的操作,数据存取可以记录为单位,也可以以数据项和记录集合为单位
- 统一的数据控制功能,数据共享程度高,系统可自动检查安全性,完整性和并发正确性
- 整体数据结构化,文件之间、记录之间相互有关联,数据的冗余度小,易扩充
- 独立于应用程序的高效率查询/统计操作
- 重要发展:由层次模型数据库、网状数据库到关系数据库
- 层次模型与网状模型数据库
- 数据之间的关联关系由复杂的指针系统来维系,结构描述复杂
- 数据检索操作依赖于由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
- 数据之间的关联关系由Table中属性的值来表征,结构描述简单
- 数据检索操作不依赖与路径信息或过程信息,支持非过程化的数据操作
- 有效支持记录集合的操作
- 较为完整的理论基础
- 重要发展:由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库
- 关系数据库
- 按行按列形式组织数据
- 数据项的不可再分特性(即关系的第1范式)
- 关系运算:关系代数、元祖演算、域演算 --> 标准SQL
- 关系数据库设计理论
- 可有效支持不满足关系第1范式的数据项
- 以对象来封装需分解的数据项
- 行对象与列对象,聚集对象与结构对象
- 面向对象技术(O-O)与集合/聚集操作技术(SQL)的结合
- 支持复杂的数据类型,数据封装与抽象数据结构
- 支持面向对象的一些特性:类、继承、封装、多态...
- 是数据库的另一种形式,被称为半结构化数据库
- 数据与数据的语义合并在一起进行存储和处理
- 面向数据交换而提出,在互联网世界得到广泛应用
- 重要发展:由多种多样的数据库到多数据库开放式互连
- 多种多样的数据库:Oracle、Sybass、Ingres、DB 2、MS Access、Informix
- 开放互连多种多样的数据库:ODBC、JDBC
- 重要发展:由普通数据库到与各种先进技术结合所形成的新型数据库
- 新型数据库:
- OA
- Database Machine
- Intelligent Database
- Distributed Database(DDB)
- Image Database/Multimedia Database
- Temporal Database
- Mobile Database
- Active Database
- ......
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