数据库系统概述基本概念
文章目录
一、数据
(1)数据的性质
- 数据和其语义环境密切相关
- 关系模型中数据通过型来给出数据的语义
- 现实生活中的数据往往不是孤立存在的，它们之间是有联系的
数据通常有型和值之分 数据的型指的是数据的结构，数据的值指的是数据的具体取值
(2)数据的一种分类形式
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结构化数据：二维表
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半结构化数据：HTML文档
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非结构化数据：文档、文本、图片、各类报表、图像、音频、视频等
二、数据库
(1)数据库的概念
1.数据库技术本质是一种数据管理技术
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数据管理的定义
- 数据管理顾名思义就是对数据的管理，具体来说是指使用电子计算机对数据进行分类、组织、存储、检索和维护
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数据管理的例子
- 零售业：管理产品、客户和购买信息
- 银行业：管理客户、帐户和存贷款
- 制造业：管理订单、库存、销售等
- 图书馆：管理图书、读者和借阅信息
- 学校：管理学生、教师、课程和成绩
2.数据库的定义
数据库（Database，简称DB）是持久储存在计算机中、有组织的 、可共享的大量数据的集合
(2)数据库的特点
- 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储
- 可以被各种用户共享
- 具有较小的冗余度
- 较高的数据独立性
- 并且易于扩展
(3)数据库的操作
1.数据库的基本操作
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数据查询
从数据库系统中（我们暂且称它为数据库）查找用户需要的信息。
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数据插入
将新的数据输入到数据库中 用数据库的术语，这种操作称作“插入“
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数据修改
修改数据库中某些数据，质上，修改可以用删除＋插入实现 然而，修改作为 种单独的操作是方便的
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数据删除
从数据库删除不再需要的数据
2.实际应用对数据操作的要求
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并发访问
允许多个用户同时对数据库中的数据进行访问
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面临故障
各种各样的故障都可能发生，必须确保数据在任何情况下都不被破坏
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数据的安全性
防止用户对数据进行未经授权的访问
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数据的完整性
防止不符合语义的数据进入数据库
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数据的一致性
防止数据库进入不 致状态 有些操作必须作为 个整体（原子性）
三、数据库管理系统
(1)数据库管理系统的定义
数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户和计算机操作系统之间的数据管理软件，专门用来管理数据，是计算机系统的基础软件
(2)数据库管理系统的主要功能
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数据定义
提供数据定义语言 (Data Definition Language, DDL), 用千定义数据库中的数据对象和它们的结构。
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数据操纵
提供数据操作语言 (Data Manipulation Language, DML), 用千操作数据，实现对数据库的基本操作（查询、插入、删除和修改）。
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事务管理和运行管理
统一管理数据、控制对数据的并发访问，保证数据的安全性、完整性，确保故障时数据库中数据不被破坏，并且能够恢复到一致状态。
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数据存储和查询处理
确定数据的物理组织和存取方式，提供数据的待久存储和有效访问；确定查询处理方法，优化查询处理过程。
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数据库的建立和维护
提供实用程序，完成数据库数据批量装载、数据库转储、介质故障恢复、数据库的重组和性能监测等。
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其他功能
包括 DBMS 与其他软件通信、异构数据库之间数据转换和互操作等
四、数据库系统
(1)数据库系统的组成
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数据库应用(DBAP): DataBase Application
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用户
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初级用户
- 不必知道数据库的逻辑结构，通过预先编制的数据库系统应用软件或浏览器访问数据库
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应用程序员
- 编写数据库应用程序的计算机专业人员
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富有经验的用户
- 可以直接使用数据库查询语言来表达他们的查询请求。查询被直接提交查询处理器解释执行。这类用户通常是数据分析人员
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专业用户
- 主要使用数据库存储和管理他们的数据。由于数据的处理不同于传统的事务处理，他们需要编写专门的程序处理数据。这类程序包括计算机辅助设计系统、专家系统、多媒体系统等。
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应用开发工具
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数据库管理系统(DBMS): Database Management System
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数据库(DB): Database
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数据库管理员(DBA): DataBase Administrator
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使用数据库可以对数据的访问进行集中控制。负责管理数据库，实施数据的集中控制
- 决定数据库中的信息内容和数据的逻辑结构
- 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。
- 数据库系统的日常维护
- 数据库的重组和重构
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(2)数据库系统结构
1.数据库系统的外部结构
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单用户系统
最简单的结构是单用户数据库系统。在这种系统中，整个数据库系统（包括应用程序、DBMS 、数据）都安装在一台计算机上，为一个用户所独占，不同机器之间不能共享数据。
- 缺点：
- 一个用户独占，不同机器之间不能共享数据
- 缺点：
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主从式系统
一台主机带多个终端的多用户系统。数据库系统（包括应用程序、 DBMS、数据）都集中存放在主机上。所有处理任务都由主机来完成。用户通过主机的终端并发地访问数据库，共享数据资源。
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优点：
- 系统简单，数据易于管理、维护
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缺点：
- （1）终端用户数增加，导致系统性能大幅度下降；
- （2）系统的可靠性不高， 当主机出现故障时，整个系统都不能使用
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分布式系统
数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同节点上。网络中的每个节点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用；也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用。
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优点：
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适合地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求；提高系统的可靠性
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缺点：
- 数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来一定困难；当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络交通的制约
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客户服务器系统
把 DBMS 功能和应用分开。网络中某些节点上的计算机专门用千执行 DBMS功能，称为数据库服务器（简称服务器）。其他节点上的计算机安装DBMS 的外围应用开发工具，支待用户的应用，称为客户机。
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优点
- 客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传输量；数据库更加开放
- 客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行，可以使用不同厂商的数据库应用开发工具，应用程序具有更强的可移植性，可以减少软件维护开销
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浏览器-服务器系统
B/S系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。简化了客户机的工作，客户机上只需安装、配置少量的客户端软件，服务器将担负更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行在服务器上完成
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优点
- 只要能上网，由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用
- 分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体拥有成本低
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缺点
- 数据安全性对服务器要求过高、数据传输速度慢、软件的个性化特点明显降低
- 难以实现传统模式下的特殊功能要求。例如通过浏览器进行大量的数据输入或进行报表的应答、专用性打印输出都比较困难和不便
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2.数据库系统的内部结构
①三级模式
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外模式
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外模式（external schema）也称子模式或用户模式
- 介于模式与应用之间，是特定数据库用户的数据视图，是与某一具体应用相关的数据局部逻辑结构的描述
- 理想地，所有的应用都建立在一个外模式上，但是实际上，DBMS都允许应用程序直接访问模式
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模式
- 模式是数据库中全体数据的总体逻辑结构描述，是所有用户的公共数据视图
- 模式处于数据库系统模式结构的中间层
- 模式的定义包括:数据项的名字、类型、取值范围、数据之间的联系、数据有关的安全性和完整性要求
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内模式
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内模式（internal schema）也称存储模式或物理模式
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内模式是数据物理结构和存储方式的描述，定义数据在数据库内部的表示方式
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内模式到物理存储器的映射通常由操作系统实现
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②二级映像
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外模式-模式映像
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外模式-模式映像定义外模式与模式之间的对应关系
- 每一个外模式都有一个对应的外模式-模式映像，建立外模式中的数据对象与模式中的数据对象之间的对应关系
- 外模式-模式映像可以保证外模式的相对稳定性，为数据的逻辑独立性提供了保证
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模式-内模式映像
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模式-内模式映像定义数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
- 模式-内模式映像可以保证模式，进而保证外模式的相对稳定性
- 当数据的存储结构（内模式）改变时，数据库管理员可以修改模式-内模式映像，使得模式保持不变。这为数据的物理独立性提供了保证
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数据独立性
数据独立性是指数据与应用程序相互独立，分数据的逻辑独立性和数据的物理独立性两种。
- 逻辑独立性
数据的逻辑独立性是指应用程序与数据库的逻辑结构之间的相互独立性。当数据的逻辑结构改变时，通过修改外模式－模式映像，保待外模式不变，从而使得建立在外模式上的应用程序也可以不变。 - 物理独立性
数据的物理独立性是指应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据之间的相互独立性。当数据的物理存储结构改变时，通过修改模式－内模式映像，保待模式不变 。由千外模式是定义在模式上的，模式不变，则外模式不需要改变，从而使得建立在外模式上的应用程序也可以不变。