数据库系统原理第一章：数据库系统概述详解

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数据库系统原理第一章：数据库系统概述详解

数据库系统概述

• 概述
• 基本概念
• • 数据
  • 数据库
  • 数据库管理系统
  • 数据库系统
• 管理发展
• • 『人工管理阶段』
  • 『文件系统阶段』
  • 『数据库系统阶段』
• 系统结构
• • 结构分类
  • 三级模式
  • • 两层映像与数据独立性

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概述

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  数据库系统原理课程是一门理论与实践相结合的课程，通过大数据技术、数据保护、关系模型、实体联系方法、数据定义与操作、属性联系方法等内容的学习，使学习者掌握数据管理的共性关键技术和方法，具备分析数据管理问题和解决数据管理问题的能力。而第一章主要讲的如下图所示：

基本概念

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  数据是程序的操作对象，⽤于描述客观事物。

  数据库是指长期存储在计算机中的有组织的、可共享的数据 集合 。

  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

  数据库系统是指在计算机中引入数据库技术之后的系统，包括数据库、数据库管理系统及相 关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户

数据

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

特点：

• 可以输⼊到计算机。
• 可以被计算机程序处理。

新概念:

• 数据元素：组成数据的基本单位。
• 数据项：⼀个数据元素由若⼲数据项组成。
• 数据对象：性质相同的数据元素的集合。

数据库

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  数据库（Database，DB）即存储数据的仓库，严格意义上是指长期存储在计算机中的有组织的、可共享的数据 集合 。
  数据要按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度（不必要的多次重复的数据不必多次存储）、较高的数据独立性，系统易于扩展，并可以被多个用户分享。

存储的数据三个基本特点：

• 永久存储
• 有组织
• 可共享

数据库管理系统

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  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。

功能：

• 数据定义功能
• 数据操纵功能
• 数据库的运行管理功能
• 数据库的建立和维护功能
• 数据组织、存储和管理功能
• 其他功能(网络通讯和接口)

DBMS主要功能：数据库的定义功能（DBMS提供DDL定义数据库的三级模式、两级映像等）、数据库的操纵功能（DBMS提供DML实现对数据的操作，基本的数据操作有检索和更新两类）、数据库的保护功能、数据库的维护功能、数据字典。

数据库系统

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  数据库系统是指在计算机中引入数据库技术之后的系统，包括数据库、数据库管理系统及相 关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户

图示如下：

管理发展

『人工管理阶段』

• 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』

• 长期保存
• 只能文件级共享, 不能实现数据普通共享,
• 数据冗余大
  

『数据库系统阶段』

• 数据集成（主要目的）

• 数据共享性高

• 数据冗余小

• 数据一致性

• 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。

• 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，即数据库保护。

  • 减少应用程序开发与维护的工作量

系统结构

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结构分类

从数据库应用的用户（如程序员）的视角来看，有 2 种结构：

  客户/服务器（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。
图示如下：

  浏览器/服务器结构（Browser/Server，BS），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

图示如下：

从数据库管理员（DBA）的视角来看，有 2 种结构：

集中式结构、分布式结构、并行结构图示如下：

三级模式

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• 模式（Schema）: 逻辑模式、概念模式

  • 也叫概念模式或逻辑模式;
  • 是数据库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。

• 外模式（External Schema）:子模式、用户模式

  • 用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。
  • 外模式由若干个记录类型组成。

• 内模式（Internal Schema）: 存储模式

  • 是数据库在物理存储方面的描述。

表格如下：

名称	别称	视图类型
模式	概念模式、逻辑模式	概念视图
外模式	子模式、用户模式	数据视图，即用户视图
内模式	存储模式	内部视图或存储视图

图表如下：

两层映像与数据独立性

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特点：

• 概念模式独立于数据库其它模式的描述, 是数据库的核心和关键
• 内部存储依赖于概念模式, 独立于外部模式和具体存储设备
• 外模式面向具体应用, 基于全局逻辑结构, 独立于内模式和存储设备
• 应用依赖于外模式, 与数据库模式和存储结构独立

俩层映像：

• 外模式/模式映像
  • 存在于外模式和逻辑模式之间，用于定义外模式和逻辑模式之间的对应性。
• 逻辑模式/内模式映像
  • 存在于逻辑模式和内模式之间，用于定义逻辑模式和内模式之间的对应性。

独立性：

• 数据独立性：
  • 是指应用程序与数据库的数据结构之间相互独立，在修改数据结构时，尽可能不修改应用程序。分为逻辑数据独立性和物理数据独立性。
• 逻辑数据独立性：
  • 如果数据库的逻辑模式要修改，那么只要对外模式/逻辑模式映像作相应的修改，可以使外模式和应用程序尽可能保持不变。这样就认为数据库达到了逻辑数据独立性。
• 物理数据独立性：
  • 如果数据库的内模式要修改，即数据库的物理结构有所变化，那么只要对逻辑模式/内模式映像作相应的修改，可以使逻辑模式尽可能保持不变。也就是对内模式的修改尽量不影响逻辑模式，当然对外模式和应用程序的影响更小，这样就认为数据库达到了物理数据独立性。

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