一、數(shù)據(jù)庫緒論

1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)（Data）

Q： 什么是數(shù)據(jù)
A： 數(shù)據(jù)（Data）是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。數(shù)據(jù)包括數(shù)字、文字、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄等

數(shù)據(jù)庫（Database）

Q： 什么是數(shù)據(jù)庫
A： 數(shù)據(jù)庫（Database）是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。

Q： 數(shù)據(jù)庫有什么基本特征

• 數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存
• 冗余度較小
• 較高數(shù)據(jù)獨立性
• 易擴展
• 可為各種用戶共享

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

Q： 什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS)
A：是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件是基礎(chǔ)軟件，是一個大型復雜的軟件系統(tǒng)。它主要用于科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能

1. 數(shù)據(jù)定義功能

• 提供數(shù)據(jù)定義語言（DDL）
• 定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象

2.數(shù)據(jù)組織、存儲和管理

• 分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù)
• 確定組織數(shù)據(jù)的文件結(jié)構(gòu)和存取方式
• 實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系
• 提供多種存取方法提高存取效率

3.數(shù)據(jù)操縱功能

• 提供數(shù)據(jù)操縱語言（DML）
• 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作 （查詢、插入、刪除和修改）

4.數(shù)據(jù)庫的事務管理和運行管理

• 數(shù)據(jù)庫在建立、運行和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制
• 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）

Q： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由什么構(gòu)成

• 數(shù)據(jù)庫
• 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其應用開發(fā)工具）
• 應用程序
• 數(shù)據(jù)庫管理員

2.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

• 數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。
• 它不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織。
• 不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，整體也是結(jié)構(gòu)化的，數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系。

數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低且易擴充

數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，可以被多個用戶、多個應用共享使用。

數(shù)據(jù)共享的好處：

• 減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間。
• 避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。
• 使系統(tǒng)易于擴充。

數(shù)據(jù)獨立性高

數(shù)據(jù)獨立性由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的二級映像功能來保證，它主要分為：物理獨立性和邏輯獨立性。

• 物理獨立性：指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理存儲是相互獨立的，當數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應用程序不用改變。
• 邏輯獨立性：指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的，當數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，應用程序不用改變。

數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)控制功能：

• 數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護：
  保護數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。
• 數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查：
  保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。
• 并發(fā)（Concurrency）控制：
  對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果。
• 數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）：
  將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)。

二、數(shù)據(jù)模型

Q： 什么是數(shù)據(jù)模型
A：數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。

Q： 數(shù)據(jù)模型有什么要求

• 能比較真實地模擬現(xiàn)實世界
• 容易為人所理解
• 便于在計算機上實現(xiàn)

Q： 數(shù)據(jù)模型分為哪幾類
A：數(shù)據(jù)模型分為兩類（兩個不同的層次）。一類為概念模型，另一類為邏輯模型和物理模型。

1.概念模型

Q： 什么是概念模型
A：概念模型，也稱信息模型，它是按用戶的
觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

Q： 概念模型有什么用

• 概念模型用于信息世界的建模
• 是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次
• 是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具
• 數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進行交流的語言

Q： 概念模型有什么要求

• 較強的語義表達能力。
• 簡單、清晰、易于用戶理解。

Q： 概念模型如何表示
A：實體-聯(lián)系方法

信息世界中的基本概念

• 實體（Entity）：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。
• 屬性（Attribute）：實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。
• 碼（Key）：唯一標識實體的屬性集稱為碼。例如學號是學生實體的碼。
• 域（Domain）：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。
• 實體型（Entity Type） ：具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質(zhì)。用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。
• 實體集（Entity Set）：同型實體的集合稱為實體集。
• 聯(lián)系（Relationship） ：在現(xiàn)實世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映為實體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實體（型）之間的聯(lián)系。
  實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系有一對一、一對多和多對多等多種類型。

2.數(shù)據(jù)模型

Q： 數(shù)據(jù)模型由什么組成
A：數(shù)據(jù)模型由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)的完整性約束條件組成。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)庫的組成對象，以及對象之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。

數(shù)據(jù)操作

對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則，它是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。
數(shù)據(jù)操作的類型：

• 查詢
• 更新（包括插入、刪除、修改）

數(shù)據(jù)的完整性約束條件

• 是一組完整性規(guī)則的集合
• 用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。

Q： 什么是完整性規(guī)則
A：完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則。

3.常見的數(shù)據(jù)模型

• 層次模型
• 網(wǎng)狀模型
• 關(guān)系模型
• 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型
• 對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型
• 半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型

層次模型

Q： 什么是層次模型
A：滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合就是層次模型

1. 有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根結(jié)點。
2. 根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點。

• 層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型

• 層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系

網(wǎng)狀模型

Q： 什么是網(wǎng)狀模型
A：滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合就是層次網(wǎng)狀模型

1. 允許一個以上的結(jié)點無雙親。
2. 一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。

• 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)狀模型作為數(shù)據(jù)的組織方式

關(guān)系模型

Q： 什么是關(guān)系模型
A：使用表格表示實體和實體之間關(guān)系的數(shù)據(jù)模型稱之為關(guān)系數(shù)據(jù)模型。

• 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式
• 在用戶觀點下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。

關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 關(guān)系：一個關(guān)系對應通常說的一張表。
• 元組：表中的一行即為一個元組。
• 屬性：表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。
• 主碼：也稱碼鍵，表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。
• 域：是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合，屬性的取值范圍來自某個域。
• 分量：元組中的一個屬性值。
• 關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。

三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念

模式

• 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述
• 是型的描述，不涉及具體值
• 反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系
• 模式是相對穩(wěn)定的

實例

• 模式的一個具體值
• 反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)
• 同一個模式可以有很多實例
• 實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動

2.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

模式（也稱邏輯模式）

Q： 什么是模式
A：模式是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。

• 一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式
• 模式是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層

外模式（也稱子模式或用戶模式）

Q： 什么是外模式
A：外模式是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。

• 外模式介于模式與應用之間。
• 是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。
• 每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數(shù)據(jù)

內(nèi)模式（也稱存儲模式）

Q： 什么是內(nèi)模式
A：內(nèi)模式是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。

• 一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。

3.數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性

外模式／模式映像

保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性

• 當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員對外模式／模式映象作相應改變，使外模式保持不變
• 應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性

模式／內(nèi)模式映像

保證數(shù)據(jù)的物理獨立性文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-792338.html

• 當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變。
• 應用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。

四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

• 數(shù)據(jù)庫
• 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）
• 數(shù)據(jù)庫管理員
• 應用程序

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