目录

1. 数据库的4个基本概念

2. 数据模型

2.1 概述：

2.2 数据模型的分类：

（1）概念模型：

（2）逻辑模型和物理模型：

2.3 数据模型的组成要素：

2.4 常用的数据模型

2.5 层次模型

层次模型条件

层次模型特点

完整性约束条件

层次模型的优缺点

2.6 网状模型

网状模型条件

网状模型与层次模型的区别

多对多联系在网状模型中的表示：

完整性约束条件：

网状模型的优缺点

2.7 关系模型

关系模型中的一些术语：

完整性约束条件

关系模型的优缺点

3. 数据库系统的结构

3.1 数据库系统模式的概念

3.2 数据库系统的三级模式结构

3.3 数据库的二级映射功能与数据独立性

4. 数据库系统的组成

硬件平台及数据库

软件

人员

1. 数据库的4个基本概念

  • 数据（data）：是数据库中存储的基本对象，描述事物的符号记录。
  • 数据库(DataBase,DB)：是长期储存在计算机内，有组织，可共享的大量数据的集合。
  • 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，是系统软件。
  • 数据库系统(DBS)：主要是由数据库、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组成。

数据库系统
  • 数据库系统的特点：
  1. 数据结构化
  2. 数据的共享性高、冗余度低且易扩充
  3. 数据独立性高
  4. 数据由数据库管理系统统一管理和控制

2. 数据模型

2.1 概述：

数据模型是对现实世界数据特征的抽象，通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟，数据模型是数据库系统的核心和基础。

2.2 数据模型的分类：

（1）概念模型：

a.概念：也叫信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。

b.信息世界中的基本概念：

  • 实体（entity）：客观存在并可相互区别的事物。可以是人，事，物，也可以是抽象的概念或联系。例如，一个职工，一个学生，一个部门，一门课，教师与院系的工作关系。
  • 属性（attribute）：实体所具有的某一特性。例如，学生实体可以由学号，姓名，性别，年龄，所在院系等属性组成。
  • 码（key）：唯一标识实体的属性集。例如，学号就是学生实体的码。
  • 实体型（entity type） ：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生（学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间）就是一个实体型。
  • 实体集（entity set）：同一类型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。
  • 联系（relationship） ：在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系，实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。
  • 两个实体之间的联系：一对一（1:1），一对多（1:n），多对多（m:n）

c.概念模型的一种表达方法：实体-联系方法，用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R方法也称为E-R模型。

（2）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、半结构化数据模型等。是按计算机系统的观点对数据建模，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，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，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。

2.3 数据模型的组成要素：

  • 数据结构：描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系。它是对系统静态特性的描述。
  • 数据操作：对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。它是对系统动态特性的描述。
  • 数据的完整性约束条件：是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，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。

2.4 常用的数据模型

  • 层次模型
  • 网状模型
  • 关系模型
  • 面向对象数据模型
  • 对象关系数据模型
  • 半结构化数据模型

划分原则：数据之间的联系

2.5 层次模型

  • 是数据库中最早出现的数据模型，典型代表是IBM公司的IMS数据库管理系统。
  • 用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系

  • 层次模型条件

  • 有且只有一个节点没有双亲节点，这个节点称为根节点。
  • 根以外的其他节点有且只有一个双亲节点。

  • 层次模型特点

节点的双亲是唯一的。
只能处理一对多的实体联系。

  • 数据操纵：查询，插入，删除，更新

  • 完整性约束条件

  • 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。（无双亲，不能插子女）
  • 如果删除双亲结点值，相应的子女结点值也被同时删除。（删双亲，子女不独留）
  • 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性。

  • 层次模型的优缺点

优点：

  • 层次模型的数据结构比较简单清晰。
  • 查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型。
  • 层次数据模型提供了良好的完整性支持。

缺点：

  • 结点之间的多对多联系表示不自然。
  • 对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂。
  • 查询子女结点必须通过双亲节点。
  • 层次命令趋于程序化。

2.6 网状模型

  • 典型代表是DBTG系统
  • 网状数据库采用网状模型作为数据的组织方式，用有向图表示

  • 网状模型条件

  • 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

  • 网状模型与层次模型的区别

  • 网状模型允许多个结点没有双亲结点
  • 网状模型允许结点有多个双亲结点
  • 网状模型允许两个节点之间有多种联系(复合联系)
  • 网状模型可以更直接地描述现实世界
  • 层次模型实际上是网状模型的一个特例

层次模型

网状模型

  • 多对多联系在网状模型中的表示：

  • 用网状模型间接表示多对多联系
  • 方法：将多对多联系，直接分解成一对多联系

  • 完整性约束条件：

  • 码：唯一标识记录的数据项的集合
  • 一个联系钟生清记录与子女记录之间是一对多联系
  • 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件

  • 网状模型的优缺点

优点：

  • 能够更为直接的描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲
  • 具有良好的性能，存取效率较高

缺点：

  • 结构比较复杂而且随着应用环境的扩大数据库的结构就变得越来越复杂不利于最终用户掌握
  • DDL,DML语言复杂，用户不容易使用
  • 记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解系统结构的细节

2.7 关系模型

  • 关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式，使用表格表示
  • 每个关系的数据库是一张规范的二维表，不规范就是不能出现表中表的情况

  • 关系模型中的一些术语：

  • 元组：表中的一行即为一个元组
  • 属性：表中的一列即为一个属性，
  • 域：是一组具有相同数据类型的值的集合，属性的取值范围来自某个域
  • 分量：元组中的一个属性值
  • 关系模式：对关系的描述。一般表示为：关系名（属性1，属性2，···，属性n）

  • 完整性约束条件

  • 实体完整性
  • 参照完整性
  • 用户定义的完整性

  • 关系模型的优缺点

优点：

  • 建立在严格的数学概念的基础上
  • 概念单一

实体和各类联系都有关系来表示

对数据的检索结果也是关系

  • 关系模型的存取路径对用户透明

具有更高的数据独立性，更好的完整保密性
        简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

缺点：

  • 存取路径对用户透明，查询效率往往不如格式化数据模型
  • 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度

3. 数据库系统的结构

数据库结构我们可以从两个角度来看：

  • 数据库系统内部：从数据库应用开发人员角度看，数据库系统通常采用三级模式结构
  • 数据库系统外部：从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为单用户结构，主从式结构，分布式结构，客户-服务器（C/S），浏览器-应用服务器/数据库服务器多层次结构（B/S）等。

3.1 数据库系统模式的概念

  • 型和值的概念

型(Type)：对某一类数据的结构和属性的说明。例如，学生记录：（学号，姓名。年龄，系别，年龄，籍贯）
值(Value)：是型的一个具体赋值。例如，一个记录值：（201315130，李明，男，计算机系，19，江苏南京市）

  • 模式
    数据库逻辑结构和特征的描述
    是型的描述，不涉及具体值
    反应的是数据的结构及其联系
    模式是相对稳定的
  • 实例
    模式的一个具体值
    反映数据库某一时刻的状态
    同一个模式可以有很多实例
    实例随数据库中的数据的更新而变动

3.2 数据库系统的三级模式结构

数据库系统的三级模式结构

模式（也称逻辑模式）：

  • 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
  • 所有用户的公共数据视图
  • 一个数据库中只有一个模式

外模式（也称子模式或用户模式）：

  • 数据库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
  • 是数据库用户的数据视图是与某一应用有关的数据的逻辑表示
  • 模式的逻辑子集，多个关系模式的集合

内模式（也称存储模式）：

  • 是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方式

3.3 数据库的二级映射功能与数据独立性

三级模式是对数据的三个抽象级别，二级映像在数据库管理系统内部实现这三个抽象层次的联系和转换。

外模式／模式映像

  • 定义外模式与模式之间的对应关系
  • 映像定义通常包含在各自外模式的描述中
  • 当模式改变时，数据库管理员对外模式/模式映像做相应改变，使外模式保持不变，对应的应用程序保持不变（数据与程序的逻辑独立性）

模式／内模式映像

  • 定义了数据全局逻辑结构(模式)与存储结构（内模式）之间的对应关系
  • 映像定义通常包含在模式描述中
  • 当内模式改变时，只要改变其映射就可以使模式保持不变，应用程序不变（数据与程序的物理独立性）

数据库系统的数据独立性是指不会因为系统数据存储结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序

4. 数据库系统的组成

从以下三个角度看待数据库系统：

  • 硬件平台及数据库

  • 足够大的内存存放OS，DBMS的核心模式，数据缓冲区和应用程序
  • 足够的大的磁盘或磁盘阵列等设备存放数据库
  • 较高的通道能力，提高数据传送率

  • 软件

  • 数据库管理系统（DBMS）
  • 支持数据库管理系统运行的操作系统(OS)
  • 与数据库接口的高级语言及其编译系统
  • 以数据库管理系统为核心的应用开发工具
  • 为特定应用环境开发的数据库应用系统

  • 人员

  • 数据库管理员

职责
决定数据库中的信息内容和结构
决定数据库的存储结构和存取策略
定义数据的安全性要求和完整性约束条件
监控数据库的使用和运行
数据库的改造和重组，重构

  • 系统分析员和数据库设计人员
  • 应用程序员
  • 最终用户

不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图

各种人员的数据视图

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