数据库系统概述

数据库技术是对数据进行管理的技术。

数据库基本概念

数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统 是数据库中最常用的四个基本概念。

什么是数据(识记)

数据(Data)是描述事物的符号记录，是指利用物理符号记录下来的，可以鉴别的信息。

分三点：描述一个事物的记录，利用物理符号记录，且比较好鉴别。

来看一组数据：张三、男、26、北京、上海、13912345678

数据是信息存在的方式，比如上面的北京、上海两个位置。必须对数据进行解释处理才会有意义。如果不说明一个是出生地，一个是工作地，你不知道他是做什么的。我们把对数据的解释处理称为数据的语义。

什么是数据库(识记)

数据库(Database, DB) 是指长期存储在计算机中有组织的、可共享的数据集合。

• 长期存储，当数据比较多时，现在用不到，但以后的某个时间可能会用到。数据不能被扔掉，就需要把数据存到数据库，长期存储。
• 有组织，当数据比较多且种类不同时，不可能随意存放，需要是有组织的。
• 可共享，存到数据库的数据，不只某一个人可以访问，其他人也可以访问，是共享的。

数据要按照一定的数据模型(创建数据库的人给的一种规则)组织、描述和存储，具有较小的冗余度(重复的，多余的)、较高的数据独立性(比如：张三、男、26，这三个信息是对张三的描述，我们把'男'删掉，对张三26岁这两个信息没有影响)，系统易于扩展，并可以被多个用户分享。

数据的三个基本特点：永久存储、有组织、可共享 （注意数据库定义时是长期存储，数据的特点是永久存储）

数据库管理系统(识记)

数据库管理系统(DBMS)是专门用于建立和管理数据库的一套软件，介于应用程序和操作系统之间。

数据库管理系统的功能：

1. 数据定义功能(定义数据，有了数据才能进行操作)
2. 数据操纵功能(数据的增删改查)
3. 数据库的运行管理功能
4. 数据库的建立和维护功能
5. 数据组织、存储和管理功能
6. 其他功能(数据共享、网络通信功能、数据传输访问)

数据库系统的构成(识记)

数据库系统(DBS)构成如下图，一些情况把数据库也叫数据库系统

练习题

通常，一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统及相关实用工具、( ______ )、互数据库管理员和用户。 (填空题) 答案为：应用程序

数据库系统构成里面的简称：

• DB 数据库
• DBMS 数据库管理系统
• DBS 数据库系统
• DBA(Database administrator) 数据库管理员

数据管理技术的发展

数据库管理技术的发展

人工管理阶段(识记)

人工管理阶段的特点：

• 数据不保存
• 应用程序管理数据
• 数据面向应用程序

文件系统阶段(识记)

应用程序1 应用程序2 应用程序n ...

文件系统

数据1 数据2 数据n ...

数据库系统阶段(领会)

数据库系统的特点：

1. 数据集成( 主要目的 )
2. 数据共享性高
3. 数据冗余小
4. 数据一致性(如果多人操作数据库，一方改了，另一方获取的数据也需要是改动过的)
5. 数据独立性高(数据定义与使用数据的应用程序分离称为数据独立)
6. 实施统一管理与控制(主要包括：数据的安全性、完整性、并发控制与故障恢复等，即数据保护)
7. 减少应用程序开发与维护的工作量

练习题

1.下面描述中，不属于数据库系统特点的是( )。单选题，答案: B

• A 数据独立性高
• B 数据冗余性高
• C 数据共享性好
• D 数据一致性好

2.数据的（ ）是数据库管理系统的主要目的。填空题，答案：集成

3.数据定义与使用数据的应用程序分离称为( )。 填空题，答案：数据独立

4.数据库管理系统具有对数据的统一管理和控制功能，主要包括数据的独立性、完整性、并发控制与（ ）等，即数据保护。 填空题，答案：故障恢复

数据库系统的结构

数据库系统的结构分类(识记)

• 从DBA的视角，分为内部系统结构、外部系统结构
  • 内部系统结构，采用三级模式：模式、内模式、外模式
  • 外部系统结构，分为：
    • 集中式结构(一台或多台计算机组成的中心节点，将数据集中在中心节点处理)
    • 分布式结构(分在不同的计算机上处理)
    • 并行结构(同时操作许多数据项)
• 从数据库应用和用户的视角，分为：
  • 客户/服务器结构(CS)
  • 浏览器/服务器结构(BS)

数据库系统的三级模式结构(领会、重要)

模式

也称为概念模式或逻辑模式，是数据在逻辑上的视图，即概念视图 (视图：数据在用户面前的展现)。

模式是数据库的核心，也是数据库设计的关键。

外模式

也称为子模式或用户模式, 数据视图，即用户视图，不同的应用程序会对应不同的外模式(用户视图)，外模式可以有多种，一个外模式可以对应一个或多个应用

外模式作用：简化数据库接口，方便使用

内模式

物理级别（现实存在的）的对应的都是内模式，也称为存储模式，是内部视图或存储视图

外模式对应的是用户(应用程序) 模式对应的是概念、逻辑、组织这些东西 内模式对应的是物理级别的东西，如存储

名称	别称	视图类型
模式	（ ）模式，（ ）模式	（ ）视图
外模式	（ ）模式，或（ ）模式	（ ）视图，即 （ ）视图
内模式	（ ）模式	（ ）视图 或 （ ）视图

练习题

1.在数据库系统中，描述全部数据的整体逻辑结构的是( )。单选器，答案：B

• A 外模式
• B 概念模式
• C 内模式
• D 存储模式

2.从数据库管理员的视角看，数据库外部体系结构通常表现为集中式结构、分布式结构、（ ）。填空题，答案：并行结构

3.外模式也称为子模式或（ ）。单选题，答案：B

• A 逻辑模式
• B 用户模式
• C 存储模式
• D 概念模式

三级模式结构的两层映像(领会)

所谓映像，就是一种对应规则，它指出映象双方是如何进行转换的。

外模式/模式映象，外模式和模式之间的映象。保证了数据与程序的逻辑独立性。 内模式/模式映象，内模式和模式之间的映象。保证了数据与程序的物理独立性

练习题：

所谓映象，就是一种（ ），它指出映象双方是如何进行转换的。填空，答案：对应规则

客户/服务器结构(识记)

客户/服务器结构(Client/Server, C/S)中, "客户端"、"前台" 或 "表示层" 主要完成与数据库使用者的交互任务；"服务器"、"后台"或"数据层" 主要负责数据管理。

单机方式：数据层和表示层在一个机器上。 网络方式：数据层和表示层分布在一个网络的不同机器上。把数据放在网络里的一个机器上，通过网络里的另一个机器去访问这个数据。

浏览器/服务器结构(识记)

浏览器/服务器结构(Browser/Server, B/S)，是一种基于web应用的客户/服务器结构，也称为三层客户/服务器结构。

三层：表示层、处理层（中间层）、数据层

数据模型(重要)

什么是模型(领会)

模型（Model）是现实世界特征的模拟和抽象表达。数据模型是对现实世界数据特征的抽象，描述的是数据的共性内容。

数据的特征(领会)

• 静态特征，分三种：
  • 数据的基本结构
  • 数据间的联系
  • 数据取值范围的约束
• 动态特征，指对数据可以进行符合一定规则的操作。

数据模型的组成要素(领会)

• 数据结构，描述的是系统的静态特征，即数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系。
  • 层级模型、网状模型、关系模型(二维表格)模型
• 数据操作，描述的是系统的动态特征，操作分为: 更新(增、删除、改)、检索(查)
• 数据约束，描述的是数据结构中数据间的语法和语义关联

数据模型的分类(领会)

数据模型分为：概念模型、逻辑模型、物理模型

什么是概念层数据模型(领会)

概念层是数据抽象级别的最高层。概念层数据模型，也称为数据的概念模型或信息模型，这类模型主要用于数据库的设计阶段。

信息世界涉及的基本概念(领会)

• 实体(Entity)，如学生、商品、课程等，长方形
• 属性(Attribute)，实体所具有的一些特性，椭圆形
• 码或键(key)，也是一个属性，是唯一标识某个实体的属性。
• 域(Domain)，区域，范围，属性的取值范围
• 实体型(Entity Type)，有些实体具有相同的属性，比如张三和李四都是26岁，那么年龄就是他们相同的属性。用实体的名字和属性名字的集合，来抽象和刻画共同的实体类型，我们称之为实体型。
• 实体集(Entity Set) 张三和李四，在年龄上是相同的实体。相同实体的集合，称之为实体集。
• 联系(Relationship)，实体之间的关系，菱形

数据模型中有 "型"（type） 和 "值"（value） 两个概念

型：姓名，性别，年龄，籍贯，所在城市，联系电话

值：张三，男，26，北京，上海，13912345678

概念模型的表示方法-ER图(领会)

概念模型的表示方法为ER图，实体关系图，见上面的图片-ER图示例

什么是逻辑层数据模型(领会)

逻辑层是数据抽象级别的中间层。逻辑层数据模型也称为数据的逻辑模型。任何DBMS都是基于某种逻辑数据模型。

练习题

1.数据结构描述的是系统的（ ）特性，即数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系。填空题，答案：静态

2.（ ）描述的是系统的动态特性，是对各种对象的实例允许执行的操作的集合。单选题，答案：C

• A 数据模型
• B 数据结构
• C 数据操作
• D 数据约束

3.在设计数据库时，通常用（ ）来抽象，表示现实世界的各种事物及其联系。填空题，答案：概念模型

4.简述信息世界涉及哪些基本概念。简答题 实体、属性、码或键、域、实体型、实体集、联系

5.数据模型中有 "型" 和 （ ）两个不同的概念。填空题，答案：值

6.简述E-R模型的表示方法。简答题

1. 实体，用矩形表示，矩形框内写明实体的名称； 2）属性，用椭圆形表示，并用无向边将其与对应的实体连接起来； 3）联系，用菱形表示，菱形框内写明联系的名称，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型(1:1、1:N或M:N), 如果一个联系具有属性，则这些属性也用无向边与该联系连接起来

逻辑模型的类型(领会)

• 层次模型

  • 是最早使用的一种数据模型
  • 有且仅有一个节点没有父节点，称为根节点
  • 其他节点有且仅有一个父节点

  

• 网状模型

  • 以网状结构表示实体与实体间的联系
  • 允许结点有多个父结点
  • 可以没有父节点

  

• 关系模型

  • 用二维表结构来表示实体间的联系
  • 优点：建立在严格的数学概念的基础上；概念单一；存取路径对用户透明，有更高的数据独立性，更好的安全性。

• 面向对象模型

  • 既是概念模型，又是逻辑模型
  • 表达能力丰富，对象可复用、维护方便

逻辑模型类型	对应特性
层次模型	最早使用的一种数据模型；有且仅有一个结点没有（ ），称作（ ）；其他节点有且仅有一个（ ）
网状模型	以（ ）结构表示实体与实体间的联系；允许结点有多个父节点；可以有结点没有父节点
关系模型	用（ ）结构表示实体间的联系；优点：建立在严格的（ ）基础上；概念单一；存取路径对用户透明，有更高的数据独立性，更好的安全保密性。
（）模型	既是概念模型，又是逻辑模型；表达能力丰富，对象可复用、维护方便

什么是物理层数据模型(领会)

物理层数据模型，也称为数据的物理模型，描述数据在存储介质上的组织结构，是逻辑模型的物理实现。

• 是数据库最底层的抽象
• 设计目标是提高数据库性能和有效利用存储空间

数据模型分类	对应特性
概念模型	数据抽象级别的（ ）；主要用于数据库的（ ）
逻辑模型	数据抽象级别的（ ）；任何DBMS都是基于某种（）
物理模型	描述数据在存储介质上的组织结构，是（ ）的物理实现；是数据库（ ）的抽象；设计目标是提高数据库性能和有效利用存储空间。

小结

练习题

1.下面数据模型中，采用二维表格结构来表示实体与实体之间联系的模型是（ ）。单选题，答案：A

• A 关系模型
• B 网络模型
• C 网状模型
• D 层次模型

2.（ ）是数据库系统最早使用的一种数据模型。填空题，答案：层次模型

3.简诉面向对象数据模型的优点。简答题

面向对象数据模型用面向对象观点来描述现实世界实体的逻辑组织、对象间的联系。其表达能力丰富、具有对象可复用、维护方便等优点。

4.（ ）是数据库最底层的抽象，它确定数据的物理存储结构、数据存储路径以及调整、优化数据库的性能。填空题，答案：物理模型

5.简述概念模型、逻辑模型、物理模型之间的关系。简答题

三个不同的数据模型之间既相互独立又存在关联。从现实世界到概念模型的转换是由数据库设计人员完成的；从概念模型到逻辑模型的转换可以由数据库设计人员完成，也可以用数据库设计工具协助设计人员完成；从逻辑模型到物理模型的转换主要由数据库管理系统完成。