MySQL版数据库原理与应用-----学习篇1

1.1 数据库、数据库管理系统、数据库系统和数据库应用系统

1.1.1 数据库

1. 定义①：数据库是长期存储在计算机系统内的一个通用化的、综合性的、有结构的、可共享的数据集合；具有较小的数据冗余度和较高的数据独立性、安全性和完整性；数据库的创建、运行和维护是在数据库管理系统控制下实现的，并可为各种用户共享。
2. 定义②：数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。
3. 教材定义：在计算机的存储设备上合理存放、相关联、有结构的数据集合。

1.1.2 数据库管理系统

1. 数据库管理系统（DBMS）是一个操纵和管理数据库的大型软件，它由一组计算机程序构成。它是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
2. 包含的功能总的来说有五个：
   • 数据定义功能
   • 数据存取功能
   • 数据库运行管理功能
   • 数据库建立和维护功能
   • 数据库的传输功能

1.1.3 数据库系统

1. 定义①：是实现有组织地、动态地存储大量相关的结构化数据，方便各类用户使用数据库的计算机软件/硬件资源的集合。
2. 定义②：数据库系统是指在计算机系统中引进数据库和数据库管理系统后的组成。
3. 一般由硬件、软件、数据库、用户四部分组成。
   • 硬件：硬件是数据库赖以存在的物理设备，主要指计算机。
   • 软件：数据库管理系统、操作系统、高级语言及其编译系统、数据库应用系统。
   • 数据：包括两部分内容：①所有应用需要的工作数据的集合，它们存放在物理数据库中，是数据库的主体。②存放在数据字典（DD）中各级模式的描述信息。
   • 用户：包括管理员、开发人员和终端用户。

1.1.4 数据库应用系统

    数据库应用系统（DBAS）是数据库系统及其应用程序的组成。即在数据库系统环境下建立起来为某种应用服务的软、硬件的集合。

1.2 数据库系统的产生与发展

1.2.1 数据、信息、数据管理与数据处理

1. 数据：是描述事物的符号记录，或者说是用以载荷信息的各种符号。
2. 信息：是数据有意义的表现，或者说是数据的含义。
3. 数据处理：是指对数据进行收集、组织、存储、加工、抽取和传播等一系列活动的总和。其目的是从大量的、原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息。
4. 数据管理：是指对数据的分类、组织、编码、存储、查询和维护等活动，是数据处理的中心环节。

1.2.2 数据管理技术的产生与发展

    数据管理技术经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。

	人工管理	文件系统	数据库系统
应用背景	科学计算	科学计算、管理	大规模管理
硬件背景	无直接存取存储设备	磁盘、磁鼓	大容量磁盘
软件背景	没有操作系统	有文件系统	有数据库管理系统
处理方式	批处理	联机实时处理、批处理	联机实时处理，分布批处理
数据的管理者	人	文件系统	数据库管理系统
数据面向的对象	某一应用程序	某一应用程序	整个应用系统
数据的共享程度	无共享，冗余度极大	共享性差，冗余度大	共享性高，冗余度小
数据的独立性	不独立，完全依赖于程序	独立性差	具有高度的物理独立性和逻辑独立性
数据的结构化	无结构	记录内有结构，整体无结构	整体结构化，用数据模型描述
数据控制能力	应用程序自己控制	应用程序自己控制	有数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力

1.2.3 数据管系统的特点

    数据库系统的特点：①数据结构化。 ②数据冗余度小、共享性高、避免了数据的不一致性。 ③具有较高的数据独立性。 ④数据由DBMS统一管理和控制。

1.3 数据模型

1.3.1 数据模型的几个重要问题

1. 定义：是指现实世界数据和信息的模拟和抽象，用来描述数据、组织数据和对数据进行操作。
2. 数据模型应该满足的要求：①真实性 ②易理解性 ③易实现性
3. 数据模型的分类：①概念数据模型 ②逻辑数据模型 ③物理数据模型
   • 概念数据模型：按用户的观点对数据建模。主要用于数据库设计。
   • 逻辑数据模型：按计算机系统的观点对数据建模，是具体的DBMS所支持的数据模型。
   • 物理数据模型 ：对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘的存储方式和存取方法，是面向计算机物理表示的模型。
4. 数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据完整性。
   • 数据结构 ：对实体模型和实体间联系的表达和实现。是对系统静态特性的描述。
   • 数据操作 ：一组用于指定数据结构的任何有效实例执行的操作或推导规则。是对系统动态特性的描述。
   • 数据的约束条件：一组完整性规则的集合。给出数据及其联系应具有的制约和依存规则。

1.3.2 实体-联系数据模型

1. 信息的三个领域：现实世界、信息世界、计算机世界。
2. 三个世界所用术语及其对应关系表格：

现实世界	信息世界	计算机世界
实体	实体记录	记录
实体特征	属性	字段
实体集	实体记录集	表
实体标识符	标识属性	关键字

3. 实体间联系分为：①实体内部的联系。 ②实体集间的联系。

4. 实体集间联系分为：①二元联系 ②多元联系

5. 二元联系：只有两个实体集参与的联系。

   • 1：1联系：如果对于实体集A中的每一个实体，B中至多有一个实体与之有联系，反之亦然，则称A、B有1：1联系。
   • 1：n联系：设有两个实体集A、B，若A中每个实体与B中任意个实体（包括零个）相联系，而B中每个实体至多和A中一个实体有联系，则称A和B是1：n联系。
   • m：n 联系：若两个实体集A、B中的每一个实体都和另一个实体集中任意个实体（包括零个）有联系，则称A、B是m：n联系。
     

6. E-R图表示方法：

   • 实体：用矩形表示。
   • 属性：用椭圆形表示。
   • 联系：用菱形表示。

7. E-R 图的构成规则：

   • 画出实体集及其属性。
   • 画出实体集之间的联系。
   • 画出实体集之间联系的属性。
     

1.3.3 常用（结构）数据模型

1. 常用的结构数据模型有4种：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。
2. 层次模型：
   • 定义：是按照树状（层次）结构表示实体集与实体集之间的联系模型。
   • 满足条件：①有且只有一个结点没有双亲结点，称为根结点。 ②根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。
   • 优点：查询效率较高、结构简单、层次分明。
   • 缺点：不能直接表示多对多关系；操作限制多；结构严密，层次命令程序化。
     
3. 网状模型：
   • 满足条件：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。
   • 优点：能直接描述现实世界；存取效率高。
   • 缺点：结构复杂，难掌握；其DDL，DML语言复杂，不易使用。
4. 关系模型：
   • 定义：用二维表格表示现实世界实体集及实体集间的联系。
   • 常用术语：①关系：关系数据模型中的二维表。 ②属性或字段：表中的列。 ③域：属性所有可能取值的集合，列中的值取自相应的域。 ④元组：表中的一行。
   • 关系模式是关系中信息内容结构的描述。 R（U，D，DOM，I，Σ）
   • 优点：坚实的理论基础；表达能力强；简单；数据独立性高。
   • 缺点：查询效率低，常常不如非关系数据模型。
     
5. 面向对象数据模型：
   • 定义：面向对象=对象+类+继承+通信
   • 对象模型表示静态的、结构化的系统的“数据”性质。是对模拟客观世界实体的对象以及对象彼此间的关系的映射，描述了系统的静态结构。
     

1.4 数据库系统结构

1.4.1 数据库系统的三级模式结构

1. 数据库系统的三级模式结构：外部模式、概念模式、内部模式。
   
2. 概念模式：
   • 定义：简称模式，也称逻辑模式。是由数据库设计者综合所有用户数据，按照统一的观点构造的对数据库全局逻辑结构的描述。
   • 一个数据库只有一个概念模式，是数据库系统三级模式结构的中间层。
3. 外部模式：
   • 定义：简称子模式，也称用户模式。是用户观念下局部数据结构的逻辑描述，是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。
   • 外模式是数据库用户的数据视图，是用户与数据库的接口。
   • 优点：方便用户使用，简化了用户接口；保证数据的独立性；有利于数据共享；有利于数据安全和保护。
4. 内部模式：
   • 定义：也称存储模式。是对数据库中数据物理结构和存储方式的描述。是数据在数据库内部的表示形式。
   • 一个数据库只有一个内模式。

1.4.2 数据库的两级映象与数据独立性

1. 外模式/模式映像：
   • 对应于一个模式可以有任意多个外模式。对每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，定义了该外模式与模式之间的对应关系，它包含在各自外模式的描述中。
   • 用途：①当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变。 ②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。
2. 模式／内模式映象：
   • 模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。数据库中模式／内模式映象是唯一的，该映象定义通常包含在模式描述中。
   • 用途：①当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。 ②应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。
3. 数据独立性：数据的物理独立性和逻辑独立性。两层映象保证了数据库系统中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。
   

1.4.3 用户通过DBMS访问数据库的过程

    数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。它主要功能是建立和维护数据库，接受和完成用户访问数据库的各种请求。

    DBMS工作过程：（1）接受应用程序的数据请求。（2）DBMS对用户的操作请求进行分析。（3）DBMS向操作系统发出操作请求。（4）操作系统接到命令后，对数据库中的数据进行处理，将结果送到系统缓冲区，并发出读完标志。（5）DBMS接到回答信号后，将缓冲区的数据经过模式映射，变成用户的逻辑记录送到用户工作区，同时给用户回答成功与否的信息。

1.5 数据库管理系统

1.5.1 数据库管理系统的组成

    数据库管理系统大致分为几个部分：①模式翻译。 ②应用程序的翻译。 ③交互式查询。 ④数据的组织和存取。 ⑤事务运行管理。 ⑥数据库的维护。

1.5.2 数据库管理系统的主要功能

    数据库管理系统的主要功能有：①数据库定义功能。 ②数据存取功能。 ③数据库的建立和维护功能。 ④数据组织、存储和管理功能。 ⑤通信功能。

1.5.3 数据库管理系统应该满足的要求

    一个数据库管理系统应该满足以下一些要求：①容易使用。 ②数据处理速度快并且能力强。 ③具有可发展性。 ④具有逻辑数据独立性和物理数据独立性。 ⑤确保数据的完整性。 ⑥具有良好的数据保密性和安全性。 ⑦兼容性好。 ⑧和谐性。 ⑨逻辑数据结构简单。 ⑩强有力的用户语言。
    对于DBMS的要求除上述外，用户在不同环境还要更多的要求，例如：①对分布式应用的支持。 ②并行处理能力。 ③可移植性和可扩展性。 ④并发控制功能。 ⑤数据库恢复功能。

1.5.4 数据库管理系统程序模块的组成

    一般来说主要由数据库定义，数据库存取，数据库运行处理，数据库组织、存储和管理，数据库建立、维护和其他主要模块组成。

1.5.5 数据库管理系统的层次结构

    数据库管理系统的层次结构由高级到低级依次为：应用层、语言翻译处理层、数据存取层、数据存储层和操作系统。