数据库系统概述

1.数据库管理系统的主要功能

• 数据定义功能

• 数据组织、存储和管理功能

• 数据操纵功能

• 数据库的事务管理和运行管理

• 数据库的建议和维护功能

• 其他功能（通信、数据转换等）

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2.两类数据库模型

a. 概念模型

按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。经常由数据结构、数据操作和数据的完整性约束条件组成

实体间的联系

• 一对一
• 一对多
• 多对多

表示方法——E-R图

b. 逻辑模型和物理模型

逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、 关系模型、面向对象数据模型和对象关系数据模型等。按计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现.

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，或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。

现实生活中客观对象的抽象过程

常用的数据模型

• 层次模型(树形结构）
  在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：
  （1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；
  （2）根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。

层次模型示例

层次数据库系统只能处理一对多的实体联系

模型性能
因为层次模型中记录之间的联系用有向边表示，这种联系在DBMS中常常用指针来实现,所以层次数据库的性能优于关系数据库，不低于网状数据库。

• 网状模型(网状模型）
  在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：
  (1) 允许一个以上的结点无双亲。
  (2) 一个结点可以有多于一个的双亲。
  

  

  网状模型实例

• 关系模型
  关系模型要求关系必须是规范化的，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。
  关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。
  

  

  术语对比
  
  
  

  关系模型实例

关系模型由于存取路径对用户是隐蔽的，查询效率往往不如格式化数据模型。（数据存取路径是指存取数据的位置）

• 面向对象数据模型
• 对象关系数据模型
• 半结构化数据模型

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3. 数据库系统模式

a. 三级模式结构

• 模式（概念模式、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。（换句话说：设计者创建的那些表）
• 外模式：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，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。（通俗来讲：视图）
• 内模式：物理存储。（记录的存储方式是堆存 储还是按照某个（些）属性值的升（降）序存储，或按照属性值聚簇（cluster）存储；索 引按照什么方式组织，是树索引还是hash索引；数据是否压缩存储，是否加密）
  
  

  SQL对关系数据库模式的支持

数据库中只能由一个模式、内模式，可以有任意多个外模式。

b.二级映像功能

• 外模式/模式映像
  当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式/模式的映像作相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
• 模式/内模式映像
  当数据库的存储结构改变时（例如选用 了另一种存储结构），由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以使模式保持不 变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其他层次。因此设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式。

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4. 文件系统与数据库系统的区别和联系

文件系统与数据库系统的区别是:文件系统面向某一应用程序，共享性差，冗余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自已控制。数据库系统面向现实世界，共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性，整体结构化，用数据模型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。
文件系统与数据库系统的联系是:文件系统与数据库系统都是计算机系统中管理数据的软件。解析文件系统是操作系统的重要组成部分;而DBMS是独立于操作系统的软件。但是DBMS 是在操作系统的基础上实现的;数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的。

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5. 零散问题

数据模型三要素

• 数据结构
  数据操作是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合。

• 数据操作
  主要有查询和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。

• 数据的完整性约束条件
  数据的完整性约束条件是一组完整性规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以 保证数据的正确、有效和相容。
  a. 实体完整性
  若属性（指一个或一组属性）A是基本关系R的主属性， 则A不能取空值。
  b. 参照完整性
  外码取空值或者等于被参照基本关系中某个元组的主码值

  违约处理
  （1）拒绝（NO ACTION）执行
  （2）级联（CASCADE）操作
  （3）设置为空值

  c. 用户定义完整性
  例如，若按照应用的要求学生不能没有姓名，则可以 定义学生姓名不能取空值；某个属性（如学生的成绩），的取值范围可以定义在0〜100 之间等

数据库系统的组成

数据库系统是由数据库、数据库管理系统（及其应用开发工具）、应用程序和数据库管理员（DataBase Administrator, DBA）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员、应用程序员的职责

• 数据库管理员的职责:
  (1)决定数据库中的信息内容和结构;
  (2)决定数据库的存储结构和存取策略;
  (3)定义数据的安全性要求和完整性约束条件;
  (4)监控数据库的使用和运行;
  (5)数据库的改进和重组、重构。
• 系统分析员的职责
  负责应用系统的需求分析和规范说明，系统分析员要和用户及DBA相结合，确定系统的硬件、软件配置，并参与数据库系统的概要设计。数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。
• 数据库设计人员的职责
  必须参加用户需求调查和系统分析，然后进行数据库设计。在很多情况下，数据库设计人员就由数据库管理员担任。
• 应用程序员的职责
  负责设计和编写应用系统的程序模块，并进行调试和安装。