274.数据库系统概述

1.数据库系统

1.1定义

　　数据库系统是以数据库技术为核心的计算机应用系统，其主要目的是处理生产和实践过程中产生的数据和信息，实现生产过程管理的自动化和信息化，提高信息管理效率。

　　数据、数据库、数据库管理系统与操作数据库的应用程序，加上支撑它们的硬件平台、软件平台和与数据库有关的人员一起构成了一个完整的数据库系统。图1.1描述了数据库系统的构成。

图1.1 数据库系统的构成

1.2组成

数据库系统一般包含四个部分

1.2.1数据库

  定义：是数据库系统存放结构化数据的地方，是长期存储的、有组织的、可共享的数据的集合。

Ø 数据最终是以文件的形式存储在磁盘上，只有数据库管理系统才能对这些文件进行存取操作。

Ø 每一个数据库都至少有一个这样文件，称为数据文件。

Ø SQL Server数据库的数据文件以.mdf或.ndf为扩展名。

 

数据库（DB）是存放数据的仓库，只不过这些数据存在一定的关联，并按一定的格式存放在计算机内。广义上讲，数据不仅包含数字，还包括文本、图像、音频、视频等。
例如，把一个学校的学生、课程、学生成绩等数据有序地组织并存放在计算机内，就可以构成一个数据库。

因此，数据库由一些持久的相互关联的数据的集合组成，并以一定的组织形式存放在计算机的存储介质中。

 

 

1.2.2数据库管理系统(DBMS)

　　定义: DBMS是数据库的管理软件，是应用程序和数据库之间桥梁，即应用程序必须通过DBMS才能存取数据库中的数据。

Ø DBMS对数据的存取操作最终体现为对数据文件的更新和修改，但应用程序不能直接执行这种更新和修改操作。

Ø SQL Server 2014就是SQL Server数据库系统的一种DBMS。

 

　　数据库管理系统（DBMS）是管理数据库的系统，它按一定的数据模型组织数据。DBMS应提供如下功能：

（1）数据定义功能：可定义数据库中的数据对象。

（2）数据操纵功能：可对数据库表进行基本操作，如插入、删除、修改、查询等。

（3）数据的完整性检查功能：保证用户输入的数据满足相应的约束条件。实体、参照、域（用户定义）完整性

（4）数据库的安全保护功能：保证只有具有权限的用户才能访问数据库中的数据。

（5）数据库的并发控制功能：使多个应用程序可在同一时刻并发地访问数据库的数据。

（6）数据库系统的故障恢复功能：使数据库在运行出现故障时进行数据库恢复，以保证数据库可靠运行。

（7）在网络环境下访问数据库的功能。 

（8）方便、有效地存取数据库信息的接口和工具。编程人员通过程序开发工具与数据库的接口编写数据库应用程序。数据库系统管理员（DBA，DataBase Adminitrator）通过提供的工具对数据库进行管理。

 

　　DBMS的功能主要包括以下几个方面：

   1.数据库定义功能

　　DBMS一般都提供数据定义语言（DDL, Data Definition Language），可以分别用于定义外模式、概念模式和内模式。用DDL编写的外模式、概念模式和内模式分别称为源外模式、源概念模式和源内模式。它们经过模式翻译程序翻译后将形成相应的内部表示，分别称为目标外模式、目标概念模式和目标内模式。

　　这些目标模式被保存在数据字典中（又称系统目录），它们是用于刻画数据库的框架结构，是对数据库（而不是数据）的一种描述，也是DBMS存取和管理数据的基本依据。

2.数据操纵功能

　　DBMS还提供数据操作语言(DML, Data Manipulation Language)用于实现对数据库的查询、添加、修改和删除等基本操作。

　　DML分为宿主型的和自主型的（或自含型的）的DML。

Ø 宿主型的DML用于嵌入到其他语言（称为主语言）当中，例如把它嵌入到PASCAL、FORTRAN，C等高级语言中。这类DML语言本身不能独立使用，这也就是它之所以称为宿主型DML的原因。

Ø 自主型的（或自含型）DML则是交互式命令语言，其语法简单，每条语句都可以独立执行。

Ø 如今，DBMS一般既提供宿主型的DML也提供自主型的DML，或者提供集宿主型和自主型于一体的DML，其典型的代表就是著名的SQL（Structured Query Language）语言。SQL语句既可以嵌入到其他的高级语言，也可以单独交互执行。

　　用户或者应用程序对数据库的操作实际上是通过DBMS控制并执行DML语句来实现的。

　　自主型的DML是交互式命令语言，DBMS通常以解释执行的方式运行它们。

　　对于宿主型的DML，DBMS提供两种执行方法：

Ø  预编译方法。这种方法的原理是，由DBMS提供的预编译程序对包含DML的主语言进行扫描，识别出DML，然后把这些DML转换成合法的主语言代码，以便主语言的编译程序能够接受和执行它们。

Ø  修改、扩充主语言编译程序的方法。这种方法又称为增强编译方法，增强后的编译程序既可以编译主语言代码，也可以编译和执行嵌入的DML语句。

3.数据库运行管理功能

　　数据库运行管理是DBMS提供的重要功能之一，它是数据系统能够正确、有效运行的基本保证。这种管理功能主要包括存取控制、安全性检测、并发控制、完整性约束条件的检查和执行、数据库内部的维护和管理等。

4.数据库的建立和维护功能

　　这包括数据库初试数据的装载和转换、数据库的转储和恢复、数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能主要是由DBMS提供的实用程序来完成。

 

 

1.2.3应用程序

定义: 是指通过访问数据库来完成用户操作的程序。

Ø 它介于系统用户和DBMS之间，用户通过操作应用程序来获取他们的需求，而应用程序则通过DBMS访问数据库来实现用户提出的需求。

Ø 应用程序可以用Java、JSP、.NET等技术开发。

 

 

1.2.4系统用户

  定义:是大致分为两类——系统用户和系统管理员。

Ø 系统用户是指应用程序的用户，他们是整个数据库系统的最终使用者；

Ø 系统管理员可以分为不同级别类型的管理人员，他们主要负责数据库的管理和维护工作。

 

 

1.2.5数据库系统各部分之间的关系

 

 

 

 

 

1.3 数据库系统的模式结构

　　现在数据库系统软件产品非常多，它们可能基于不同的操作系统，支持不同的数据库语言，采用不同的数据结构，等等。但是，它们的体系结构却基本相同，那就是三级模式结构。

　　三级模式结构是由美国国家标准学会（ANSI, American National Standards Institute）所属的标准计划和要求委员会（SPARC, Standards Planning And Requirements Committee）于1975年提出的，称为SPARC分级结构。

 

　　三级模式结构将数据库系统抽象为三个层次，分别为内模式、概念模式和外模式。

 

1.3.1内模式

　　定义:又称存储模式，它是数据在数据库系统中最底层的表示，描述了数据的物理结构和存储方式，即定义了存储记录的类型、存贮域的表示、存储记录的物理顺序、索引等。

　　一个数据库仅有一个内模式。

 

1.3.2概念模式

　　定义:又称逻辑模式，简称模式，它用于对整个数据库中数据的逻辑结构和特征、实体及其性质与联系进行描述。但这种描述并不涉及具体的物理存储方式和硬件环境，也不涉及任何特定的应用程序及其开发工具。

　　一个数据库也只有一个概念模式。

 

1.3.3外模式

　　定义:外模式是概念模式的一个子集，这个子集是为某一个特定用户所使用的。从这个角度看，外模式是面向用户的，所以外模式又称子模式或用户模式。本质上，外模式是应用程序所使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是使用该应用程序的用户所看到的数据视图。

 

1.3.4总结

　　 以上三个模式分别从三个不同层次的级别对数据库进行抽象，即分别抽象为用户级、概念级、物理级数据库。

Ø 用户级数据库对应于外模式，是从用户的角度对数据库进行抽象，是用户看到和使用的用户视图的集合。

Ø 概念级数据库对应于概念模式，介于用户级和物理级之间，是程序开发人员看到和使用的数据库。。

Ø 物理级数据库对应于内模式，是从数据的物理存储结构的角度对数据库进行抽象。

总之，外模式是概念模式的子集，概念模式是内模式的逻辑表示，而内模式则是概念模式的物理表示。

 

　　三级模式结构将数据库系统抽象为三个层次，分别为内模式、概念模式和外模式。各模式的关系如图1.7所示。