【数据库系统】学习笔记(一)——概论

数据库系统概论

1.1 应用及其研究领域

  1. 多媒体数据库:
    • 数据连续
    • 数据量大
    • 存储空间需求大
  2. 移动数据库
    • 通过无线数字通信网络传输
    • 可以随时随地获取和访问数据
  3. 空间数据库
    1. 地理信息数据库(GIS)
    2. 计算机辅助设计数据库(CAD)
  4. 信息检索系统
  5. 分布式信息检索
  6. 专家决策系统

1.2 数据库系统概述

1.2.1 基本概念和术语

  1. 信息=数据+数据处理

    1. 数据(Data):一种符号序列,它的内容是对事物特性的反映。

      对现实世界的事务采用计算机能够识别、存储和处理的方式进行的描述

    2. 信息:

      是经过加工处理的数据,是数据的具体含义

    3. 数据处理:

      对数据的收集、存储、加工、分类、检索、传播等一系列活动。

  2. 数据库基本概念

    1. 数据库(DB,Database)

      ​ 长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据的集合。

    2. 数据库管理系统(DBMS)

      ​ 位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。使数据成为方便各种用户使用的资源,并提高数据的安全性、完整性和可用性。

      ​ 功能:

      • 数据定义功能
      • 数据操纵功能
      • 数据库运行控制功能
      • 数据组织、存储和管理功能
      • 数据库的建立和维护功能
    3. 数据库系统:

      ​ 由数据库及其管理软件组成的系统。一般由数据库、数据库管理系统、数据库管理员(DBA)、用户和应用程序组成。

    4. 实体与表

      • 实体:客观存在并可相互区别的事务称为实体。

      • 实体集:一个实体集就是实体的一个特定集合。

      • 属性:每个实体都具有的特征

      • 表:二维结构,包括行和列。一个表包括一组相关的实体——实体集。

        编号 表的特征
        1 表是二维结构,包括行和列
        2 每个表行描述实体集中的一个实体。
        3 每个表列描述一个属性,每一列有一个明确的名字。
        4 每行与列的交叉描述一个数据值。
        5 每个表必须有一个属性或者一个属性复合体来唯一标识每一行。
        6 一类中的所有值必须是同一数据据式。
        7 每列有一个明确的数值范围。
        8 行和列的排序顺序对DBMS并不重要。
    5. 关系列表和关系数据库

      ​ 数据库是一个自描述的数据元素的集合以及这些元素之间的联系,数据库中表之间的关系是数据元素间的重要联系。

      • 关系列表:

        ​ 关系数据库使用表来组织数据元素,每一个表对应于一个应用实体,而每行则代表实体的一个示例。

      • 关系数据库:

        ​ 数据库系统应为用户提供这样一种观点,即数据库系统是用一种称为“关系”的表来组织数据的。而在背后,可能有一个很复杂的数据结构,以保证对各种查询的快速响应

1.2.2 数据库技术的产生和发展

人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
计算机系统不提供对用户数据的管理功能 数据以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上 采用数据模型表示复杂的数据结构(数据冗余明显减少,实现了数据共享)
数据不能共享 数据的逻辑结构和物理结构有了区别 有较高的数据独立性
不单独保存数据 缺陷:数据冗余、不一致性、数据联系弱 数据库系统为用户提供了方便的用户接口
数据库系统提供了数据控制功能

1.2.3 数据库系统的特点

编号 特点
1 数据结构不是面向单一的应用,而是面向全组织
2 数据冗余小,易扩充
3 数据独立于程序
4 统一的数据管理功能

1.3 数据模型

1.3.1 概念模型

​ 概念模型也称信息模型,是按用户的观点对数据和信息建模,是现实世界到机器世界的一个中间层次。

​ 概念模型主要涉及一些基本的概念(如实体、属性、联系等)和其相应的表示方法,即实体-联系图

  • 实体:用矩形表示,矩形框内写明实体名
  • 属性:用椭圆形表示,并用无向边将其与相应的实体连接起来
  • 联系:用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别与有关实体连接起来,同时在无向边旁标上联系的类型(1︰1,1︰n或m︰n)。

1.3.2 数据模型

  1. 层次模型

    ​ 层次模型是指用树型结构表示实体及其之间的联系,树中每一个结点代表一个记录类型,树状结构表示实体型之间的联系。

    ​ 在一个层次模型中的限制条件是:树的根结点有且仅有一个结点,无父结点;其他结点有且仅有一个父结点。

  2. 网状模型

    ​ 用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据结构模型称为网状模型(NetworkModel)。

    • 允许一个以上的结点无双亲
    • 一个结点可以有多于一个的双亲
  3. 关系模型

    ​ 用二维表的形式表示实体和实体间联系的数据模型。

    关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系的完整性约束组成。

  4. 面向对象模型

    面向对象数据库通过逻辑包含来维护联系,它是面向对象概念与数据库技术相结合的产物。

1.4 数据库系统的结构与组成

1.4.1 数据库系统的体系结构

  1. 客户-服务器结构:

    客户机提出请求,服务器对客户机的请求做出回应。

  2. 浏览器-服务器结构:

    客户机端仅安装通用的浏览器软件,实现用户的输入/输出,而应用程序不再是安装在客户机端,而是在服务器端安装与运行。

1.4.2 数据库系统的模式结构

【数据库系统】学习笔记(一)——概论_第1张图片

  1. 模式的概念

    型:某一类数据的结构和属性的说明

    值:一个具体的赋值

    模式:是数据库中国全体数据的逻辑结构和特征的描述,仅仅涉及型的描述,不涉及具体的值。

    • 模式的一个具体值称为模式的一个实例。同一个模式可以有很多实例。
    • 模式是相对稳定的,而实例是相对变动的,因为数据库中的数据是在不断更新。
    • 模式反映的是数据的结构及联系,而实例反映的是数据库某一时刻的状态。
  2. 三层模式结构

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    1. 内部层有一个内模式,描述数据库的物理存储结构。

      ​ 内模式也称存储模式,一个数据库只有一个内模式。它使用一个物理数据模型,全面描述数据库中数据存储的全部细节和存取路径。它与操作系统接口,以便将数据存放到存储设备上,建立索引、检索数据等。

      内部层的工作:

      • 数据和索引的存储空间分配
      • 数据存储的记录描述
      • 记录防止
      • 数据压缩和数据加密技术
    2. 概念层有一个概念模式,为用户群体描述了整个数据库的结构

      ​ 概念模式也简称模式或逻辑模式,它隐藏了物理存储结构的细节,并重点描述实体、数据类型、关系、用户操作和约束。

      概念层描述如下:

      • 所有的实体、实体的属性和实体间的联系;
      • 数据的约束;
      • 数据的语义信息;
      • 安全性和完整性信息。
    3. 外部层包括许多外模式

  3. 模式间的映射与数据独立性

    ​ 数据库管理系统负责三类模式之间的映射,同时检查模式以确保一致性。

    ​ 数据的独立性分为逻辑独立性和物理独立性两类

    • 逻辑数据独立性是指外部模式不受概念模式变化影响。
    • 物理数据独立性是指概念模式不受内部模式变化的影响。

1.4.3 数据库系统的一般组成

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  1. 硬件系统
  2. 数据库集合
  3. 系统软件
    • 操作系统
    • DBMS
    • 应用程序
  4. 数据库管理员
  5. 用户

1.5 数据库语言

1.5.1 四大数据库语言

  1. 数据查询语言(DQL)
  2. 数据定义语言(DDL):用来定义数据的结构,如创建、修改或删除数据库对象
  3. 数据操纵语言(DML):实现对数据库的追加、插入、修改、删除、检索等操作。
  4. 数据控制语言(DCL):用来授予或回收访问数据库的某种权限,并控制数据库操纵事务发生的时间及效果,对数据库实行监视等。

1.5.2 结构化查询语言SQL——关系数据库的标准语言

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