1 数据库系统概述

1.1 数据库管理系统DBMS

  • DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
  • 功能：
    • 数据定义功能 – 数据定义语言DDL
    • 数据组织、存储和管理功能
    • 数据库操纵功能 – 数据库操纵语言DML
    • 数据控制功能
      • 数据的安全性保护
      • 数据的完整性检查
      • 并发控制
      • 数据库恢复

1.2 数据库系统DBS

  • 特点：
    • 数据结构化
    • 数据的共享性高、冗余度低且易扩充
    • 数据独立性高
    • 数据由DBMS统一管理和控制

2 概念模型与数据模型

2.1 概念模型

  • 概念模型也称信息模型，是对现实世界的事物符号化的描述
  • 现实世界到信息世界是第一级抽象
  • 信息世界的主要概念
    • 实体：客观存在的各类事物 如：学生
    • 属性：实体所具有的特性 如：学号
    • 实体型：用实体名及属性名集抽象实体 如：学生(学号，姓名，性别)
    • 实体集：同型实体的集合
    • 码：能唯一标识实体的属性集
    • 域：属性的取值范围
    • 联系：不同实体集中实体之间的联系
      • 一对一联系
      • 一对多联系
      • 多对多联系
  • E-R图建立概念模型

2.2 数据模型

  • 信息世界到机器世界是第二级抽象
  • 数据模型是概念模型的数据化，从计算机角度出发，提供表示和组织数据的方法，对应机器世界
  • 数据模型三要素：
    • 数据结构：记录间的组织形式
    • 数据操纵：建立在特定结构下的操纵实现
    • 数据完整性约束：记录内部及记录间的限定
  • 数据模型的分类
    • 层次模型：树形结构
    • 网状模型：图型结构
    • 关系模型：表型结构
    • 面向对象模型：对象结构

2.2.1 关系模型

  • 关系模式：对关系数据结构的描述，即
    • 关系名(属性1，属性2，···,属性n)
    • 例：学生(学号，姓名，年龄，性别)

2.2.2 E-R图向关系模型的转换

  • 实体型 -> 关系模式
    • 实体型的属性 -> 关系的属性
    • 实体码 -> 关系的码
  • 联系的转换
    • 1:1联系：将其中一端的码连同联系的属性放入另一端
    • 1:n联系：将1端的码连同联系的属性放入n端
    • m:n联系：将1端的码、n端的码连同联系的属性组成一个新的关系模式

2.2.3 数据操纵与完整性约束

  • 数据操纵
    • 数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系
    • 查询、插入、删除、修改
  • 完整性约束
    • 实体完整性
    • 参照完整性
    • 用户定义完整性

3 数据库系统结构

两种划分

  • 从DBMS角度看：三级模式结构
  • 从数据库最终用户角度看
    • 集中式结构
    • 分布式结构
    • C/S结构
    • 并行结构

3.1 三级模式结构

3.1.1 模式(逻辑模式)

  • 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
  • 模式的地位：
    • 是DBS模式结构的中间层
    • 与数据的物理存储细节和硬件无关
    • 与具体应用程序等无关
  • 一个数据库只能有1个模式

3.1.2 外模式(用户模式)

  • 数据库用户(程序员和最终用户)使用的局部数据描述，是数据库用户的数据视图，与具体某一用户有关
  • 外模式的地位：
    • 介于模式与应用之间
  • 模式与外模式的关系：一对多
    • 外模式通常是模式的子集
    • 一个数据库可以有多个外模式
  • 外模式与应用的关系：一对多
    • 同一个外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用
    • 一个应用程序只能使用一个外模式

3.1.3 内模式(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
    • 记录的存储方式
    • 索引的组织方式
    • 数据是否压缩存储
    • 数据是否加密
  • 一个数据库只有一个内模式

3.1.4 外模式/模式映像

  • 定义外模式与模式之间的对应关系
  • 每一个外模式都包含一个外模式/模式映像
  • 映像定义通常包含在各自外模式的描述中
  • 用途 – 保证数据的逻辑独立性
    • 当模式改变时，DBA修改有关外模式/模式映像，使外模式保持不变
    • 因而应用程序不必修改，保证了数据和程序的逻辑独立性

3.1.5 模式/内模式映像

  • 定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
  • 用途 – 保证数据的物理独立性
    • 当数据的存储结构改变了，DBA修改模式/内模式映像，使模式保持不变
    • 因而应用程序不必修改，保证了数据和程序的物理独立性

4 数据库系统的组成

  • 数据库管理员 DBA
    • 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
    • 数据库的改进和重组

5 总结

  • 关键词
    DBMS、DBS、主码、关系、关系模式、模式、外模式、内模式、模式映射、E-R图转关系模型