数据库系统教程复习（一）—数据库概论

1、数据管理技术的发展过程、

1. 人工管理阶段；
   主要用于科学计算，外部存储器只有磁带、卡片和纸带，没有磁盘，软件只有汇编语言，是批处理方式。
   特点是：数据不保存在计算机内、没有专用的软件对数据进行管理、只有程序的概念没有文件的概念、数据面向程序（即一组数据对应一个程序）
2. 文件系统管理阶段；
   外部存储有了磁盘等，软件领域有了高级语言和操作系统，有批处理也有实时联机处理。
3. 数据库管理系统管理阶段；
   采用数据模型表示复杂的数据结构。
   有较高的数据独立性。
   数据库系统为用户提供了方便的用户接口。
   数据库系统提供以下四方面的数据控制功能：
   一：数据库的并发控制；
   二：数据库的恢复；
   三：数据的完整性（保证数据库中数据始终是正确的）；
   四：数据安全性（保证数据的安全，防止数据丢失或被窃取、破坏）
4. 高级数据库管理阶段。
   分布式数据库系统。
   对象数据库系统。
   网络数据库系统。其中涉及到的有中间件技术，中间件是网络环境中保证不同的操作系统、通信协议和DBMS之间进行对话、互操作的软件系统，例如ODBC和JDBC技术

先后经历的有层次模型、网状模型、关系模型。
21世纪以后出现了对象数据库技术、网络数据库技术等。

2、数据库基本概念

数据库 的概念源于20世纪50年代，当时为了战争的需要，把各种情报集中在一起，存储到计算机中。

数据：是数据库系统研究和处理的对象，是描述现实世界的符号，是信息的载体。

信息：关于现实世界事物存在方式或运动状态的反映，是对数据语义的解释。

数据管理：数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传递等操作。

数据库（DB，DataBase）： 是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。

1. 特点是：用户共享、具有较小冗余（Redundancy）度、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等。

数据库管理系统（DBMS，DataBase Management System）：是位于用户与操作系统（OS）之间的一层数据管理软件。

1. 作用是：为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括建立、查询、更新及各种数据控制。
2. 总是基于某种数据模型，可以分为层次、网状、关系、面向对象等。

数据库系统（DBS，DataBase System）：是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统。（是使用数据库技术的计算机系统）

数据库技术：是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件课程，是在操作系统的文件系统基础上发展起来的。

1. 需要用到数据结构的知识，例如链表、树、图。
2. 应用程序是使用数据库系统最基本的方式。
3. 集合论、数理逻辑是关系数据库的理论基础。

3、数据描述

3-1、概念设计中的数据描述

是根据用户的需求设计数据库的概念结构，采用以下四个术语：

1. 实体（Entity）：客观存在，可以相互区别的事物称为实体；
2. 实体集（Entity Set）：性质相同的同类实体的集合称为实体集；
3. 属性（Attribute）：实体有很多特性，每一个特性称为属性，每个属性有一个值域；
4. 实体标识符（Identifier）：能惟一标识实体的属性或属性集的标识符称为实体标识符（主键、主码）。

3-2、逻辑设计中的数据描述

是根据概念设计得到的概念结构设计数据库的逻辑结构，即表达方式和实现方法，采用：

1. 字段（Field）：标记实体属性的命名单位称为字段，或数据项，命名往往和属性名相同；
2. 记录（Record）：字段的有序集合称为记录（能完整地描述一个实体的字段集）；
3. 文件（File）：同一类记录的集合称为文件，文件是用来描述实体集的，例如所有的学生记录组成了一个学生文件；
4. 主键（Key）：能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集。

概念设计和逻辑设计中的对应关系：

3-3、物理设计中的数据描述

是设计数据库的物理结构，有以下一些数据描述的术语：

1. 位（Bit）：一个二进制位称为“位”。一位只能取0或 1 两个状态。
2. 字节（Byte）：8个比特（Bit称为一个字节）可以存放一个字符所对应的ASCII码。
3. 字（Word）：若干个字节组成一个字，一个字所含的二进制位的位数称为字长，各种计算机的字长是不一样的。
4. 块（Block）：又称为物理块或物理记录，块是内存和外存交换信息的最小单位，每块的大小，通常为2¹⁰ - 2¹⁴ 字节，内、外存信息交换是由操作系统的文件系统管理的。
5. 桶（Bucket）：外存的逻辑单位，一个桶可以包含一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。
6. 卷（Volume）：一个输入/输出设备所能装载的全部有用信息，称为“卷”。

4、数据模型

4-1、定义

能表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模型”。

4-2、种类

1. 概念模型（实体-联系模型）；
2. 逻辑模型（层次、网状、关系、对象等）；

5、数据库体系结构

5-1、三级体系结构

也可以叫数据抽象的级别，模式结构：

1. 外模式（也叫视图，用户看到的样子）；
2. 逻辑模式（数据的表述形式）；
3. 物理模式（数据在磁盘上的存储形式）。

三个级别之间往往差别很大，为了实现这三个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级结构之间提供两个层次的映射（Mapping）。

6、数据库管理系统

6-1、DBMS的工作模式

1. 接受应用程序的数据请求和处理请求；
2. 将用户的数据请求（高级指令）转换成复杂的机器代码（底层指令）；
3. 实现对数据库的操作；
4. 从对数据库的操作中接受查询结果；
5. 对查询结果进行处理（格式转换）；
6. 将处理结果返回给用户。

6-2、DBMS主要功能

1. 数据库定义（DDL），用来定义数据库的三级结构、两级映象，定义数据的完整性约束、保密限制等约束；
2. 数据库操纵（DML），检索（查询）和更新（包括插入、删除、修改）；
3. 数据库保护，包括数据库恢复、数据库并发控制、数据完整性控制、数据安全性控制四个子系统；
4. 数据库维护，包括数据库的数据载入、转换、转储、数据库的改组以及性能监控等功能；
5. 数据字典，数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典（DD），对数据库的操作都要通过DD才能实现。

6-3、DBMS的模块组成

从模块结构来观察，DBMS由两大部分组成：查询处理器和存储管理器。

1. 查询处理器有四个主要成分：DDL编译器，DML编译器，嵌入式DML的预编译器及查询运行核心程序；
2. 存储管理器有四个主要成分：权限和完整性管理器，事务管理器，文件管理器及缓冲区管理器。

DBS的全局结构：