文章目錄

• • 數據庫系統概論
  • • 1.數據庫系統概述
    • • 數據庫的定義
      • 數據庫的特征
      • 什么是DBMS?
      • 數據庫管理系統的主要功能
      • 什么是數據庫系統？
      • 數據庫的觀點
      • 數據庫系統的特點
    • 2.數據模型
    • • 數據模型
      • 信息世界中的基本概念
      • 數據模型的組成要素
      • 常用的數據模型
      • 關系模型
      • • 關系模型的基本概念
        • 關系模型的數據操作
        • 關系模型的完整性約束
        • 關系模型的存儲結構
        • 關系模型的優缺點
    • 3.數據庫系統的結構
    • • 數據庫系統模式的概念
      • 數據庫系統模式的概念
      • 數據庫系統的三級模式結構
      • • 外模式/模式映像的用途
        • 模式/內模式映像的用途
      • 外部的體系結構
    • 4.數據庫系統小練習
    • • 試述關系模型的概念，定義并解釋以下術語。
      • 根據以下描述，確定是哪級模式？
      • 試述數據庫系統三級模式結構，這種結構的優點是什么？

數據庫系統概論

1.數據庫系統概述

數據庫的定義

數據庫（DataBase）是長期儲存在計算機中的有組織、可共享的大量數據集合。

數據庫的特征

數據按一定的數據模型組織、描述、和存儲；可為各種用戶共享；冗余度較小；數據獨立性較高；易擴展。

什么是DBMS?

位于用戶和操作系統之間的一層數據管理軟件.

數據庫管理系統的主要功能

數據層面

• 定義
• 操縱
• 組織和存儲管理

數據庫層面

• 事務管理、運行管理
• 建立和維護

什么是數據庫系統？

DBS是指采用了數據庫技術的計算機系統

數據庫的觀點

數據不是依賴于處理過程的附屬品，而是現實世界中獨立存在的對象。

數據庫系統的特點

數據的管理者：DBMS （數據庫的管理者：DBA）

數據的共享程度：共享性高

• 降低數據的冗余度，節省存儲空間
• 避免數據間的不一致性
• 使系統易于擴充

數據的獨立性：高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性

• 物理獨立性：指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中的數據是相互獨立的，當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。
• 邏輯獨立性：指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的，數據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。

數據的結構化：整體結構化

• 整體數據庫的結構化是數據庫系統與文件系統的本質區別。
• 在數據庫中的數據不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織
• 不僅數據庫內部結構化，而且整體是結構化的，數據之間是具有聯系的。
• 數據的結構用數據模型描述，無需程序定義和解釋。
• 數據可以變長。
• 數據的最小存取單元是數據項。

數據控制能力：由DBMS統一管理和控制

• 數據庫安全性保護
  • 保護數據以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。
  • 措施：用戶標識與鑒定，存取控制。
• 數據的完整性檢查
  • 數據的正確性、有效性、相容性。
  • 措施：完整性約束條件定義和檢查。
• 并發控制
  • 對多用戶的并發操作加以控制、協調。
  • 措施：封鎖
• 數據庫恢復技術
  • 將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態。

2.數據模型

數據模型

模型：對現實世界特征的模擬或抽象，比如地圖，公式等

數據模型：

• 對現實世界的數據進行模擬和抽象

  • 在數據庫系統中，使用數據模型抽象現實世界中的數據，以便在系統中來處理這些數據，達到系統模擬現實世界的目的。

• 是數據庫系統的核心和基礎，是數據庫設計的有利工具

數據模型應滿足的三方面要求：

• 能比較真實地模擬現實世界
• 容易為人所理解
• 便于在計算機上實現

概念模型：

• 不涉及數據在計算機中的表示，是按用戶的觀點對數據建模，強調其語義表達能力
• 是對現實世界的第一層抽象，是對用戶和數據庫設計人員交流的工具。

概念模型的用途：

• 用于信息世界的建模
• 是現實世界到機器世界的一個中間層次
• 是數據庫設計的有力工具
• 數據設計人員和用戶之間進行交流的語言

對概念模型的基本要求：

• 較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識
• 簡單、清晰、易于用戶理解

邏輯模型和物理模型：

• 與具體的DBMS有關，按計算機系統的觀點對數據進行建模，面向數據庫的結構
• 是對現實世界的第二層抽象，由DBMS自身實現邏輯模型和物理模型的轉換。

客觀對象的抽象過程：

1.現實世界中的客觀對象抽象為概念模型

2.概念模型轉換為某一DBMS支持的數據模型

信息世界中的基本概念

實體（Entity）

• 客觀存在并可相互區別的事物
• 可以是具體的人、事、物或抽象的概念

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

實體型（Entity Type）

• 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
• 比如 學生（學號，姓名，性別，出生年月，院系）

實體集（Entity Set）

• 同型實體的集合

聯系（Relationship）

• 實體型之間的聯系
• 包括一對一的聯系（比如身份證號與學號）
• 包括一對多的聯系（比如班級和學生）
• 包括多對多的聯系（比如學生和課程）

概念模型的表示方法

• 實體關系圖（ER圖）

  • 用ER圖來描述現實世界的概念模型

  • ER方法也稱為ER模型（實體型 屬性 聯系）

數據模型的組成要素

數據結構：

• 描述數據庫的組成對象以及對象之間的聯系

• 數據結構是對系統靜態特性的描述

• 兩類對象：

  • 與數據類型、內容、性質有關的對象
  • 與數據之間聯系有關的對象

數據操作：

• 對數據庫中的各種對象（型）的實例（值）允許執行的操作及有關的操作規則
• 數據操作的類型：檢索 更新
• 數據操作是對系統的動態特性的描述

數據的約束條件：

• 一組完整性規則的集合
• 數據及其聯系所具有的制約和依存規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確、有效、相容
• 任何關系必須滿足實體完整性和參照完整性兩個條件

常用的數據模型

關系模型

關系模型的基本概念

• 關系（Relation）
  • 一個關系對應通常所說的一張表
• 元組（Tuple）
  • 表中的一行
• 屬性（Attribute）
  • 表中的一列即為一個屬性
• 主碼（Key）
  • 表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組
• 域（Key）
  • 屬性的取值范圍
• 分量
  • 元組中的一個屬性集
• 關系模式
  • 關系名（屬性1，屬性2，…屬性n）
  • 比如學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）；圖書（書號，書名，作者，出版社，類別，價格）

關系必須是規范化的，最基本的規范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項。

關系模型的數據操作

• 查詢、插入、刪除、更新
• 數據操作是集合操作，操作對象和結果都是關系，即若干元組的集合。
• 存取路徑對用戶隱蔽

關系模型的完整性約束

• 實體完整性
• 參照完整性
• 用戶定義的完整性

關系模型的存儲結構

• 表以文件形式存儲
• DBMS一個表對應一個操作系統文件

關系模型的優缺點

3.數據庫系統的結構

數據庫系統內部的模式結構：從數據庫管理系統角度看

數據庫系統外部的體系結構：從數據庫最終用戶角度來看

數據庫系統模式的概念

型（Type）：對某一類數據的結構和屬性的說明

值（value）：是型的一個具體賦值

• 例如：學生記錄
• 記錄型（學號，姓名，性別）
• 記錄值（20201，小明，男）

數據庫系統模式的概念

數據庫系統的三級模式結構

模式的分級：

提高數據的物理獨立性和邏輯獨立性

三級模式結構：

CODASYL提出的模式、外模式、內模式三級模式的概念，三級模式之間有兩級映像。

外模式/模式映像的用途

保證數據的邏輯獨立性

• 當模式改變時，數據庫管理員修改有關的外模式/模式映像，使外模式保持不變
• 應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性。

模式/內模式映像的用途

保證數據的物理獨立性

• 當數據庫的存儲結構改變了（選用另一種存儲結構），數據庫管理員修改模式/內模式映像，使模式保持不變
• 應用程序不受影響，保證了數據與程序的物理獨立性

外部的體系結構

單用戶結構：整個數據庫系統(應用程序、DBMS、數據)裝在一臺計算機上，為一個用戶獨占，不同機器之間不能共享數據。

C/S結構：

B/S結構：

分布式結構：數據庫的數據在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計算機網絡的不同節點上。

4.數據庫系統小練習

試述關系模型的概念，定義并解釋以下術語。

答：關系模型由關系數據結構、關系操作和關系完整性約束三部分組成。

在用戶觀點下， 關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表格，它由行和列組成。

關系：一個關系對應通常說的一張表

屬性：表中的一列即為一個屬性

域：屬性的取值范圍

元組：表中的一行即為一個元組

碼：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組

分量：元組中的一個屬性值

關系模式：對關系的描述，一般表示為關系名（屬性 1，屬性 2，…，屬性 n）

根據以下描述，確定是哪級模式？

內模式、模式、外模式

試述數據庫系統三級模式結構，這種結構的優點是什么？

答：數據庫系統的三級模式結構是指數據庫系統是由外模式、模式和內模式三級構成。

模式也稱邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數據視圖；

外模式也稱子模式，它是數據庫用戶能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述，是數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示；

內模式也稱存儲模式，它是數據物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的表示方式。

優點：數據庫系統的三級模式是對數據的三個抽象級別，它把數據的具體組織留給 DBMS 管理，使用戶能邏輯地抽象地處理數據，而不必關心數據在計算機中的具體表示方式與存儲方式。為了能夠在內部實現這三個抽象層次的聯系和轉換，數據庫管理系統在這三級模式之間提供了兩層映像：外模式/模式映像，模式/內模式映像。正是這兩層映像保證了數據庫系統中的數據能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一篇文章了解数据库系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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