一、数据库系统概述

1. 数据库基本概念

1. 什么是数据？

   • 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。
   • 数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理的数据才能成为有用的信息。

2. 什么是数据库？

   • 数据库（database，DB）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、较高的数据独立性，系统易于扩展，并可以被多个用户分享。
   • 数据库中存储的数据有三个基本特点：
     1. 永久存储
     2. 有组织
     3. 可共享

3. 数据库管理系统及其功能

   1. 定义：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。
   2. 功能：
      1. 数据定义功能
      2. 数据操纵功能
      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、存储和管理的功能
      6. 其他功能

4. 数据库系统的构成

   数据库系统构成.png

2. 数据管理技术的发展

1. 人工管理阶段

   1. 数据不保存
   2. 应用程序管理数据
   3. 数据面向应用程序
   人工管理阶段.png

2. 文件系统阶段

   
   
   文件系统阶段.png

3. 数据库系统阶段
   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
   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，即数据库保护。）
   7. 减少应用程序的开发与维护的工作量

3. 数据库系统的结构

1. 数据库系统的结构分类

   
   
   数据库系统结构分类.png

2. 数据库系统的三级模式结构

   三级模式.png
   • 外模式也称为子模式或用户模式，数据视图即用户视图。
   • 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。（数据库的核心，也是数据库设计的关键。）
   • 内模式也称为存储模式，是内部视图或存储视图。

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

3. 三级模式结构的两层映像和数据独立性

   • 所谓映像，就是一种对应规则，它指出映像双方是如何进行转换的。
   • 外模式/模式映像：保证了数据与程序的逻辑独立性
   • 模式/内模式映像：保证了数据与程序的物理独立性

4. 客户/服务器结构
   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。

   客户:服务器结构.png

5. 浏览器/服务器结构
   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。

   浏览器/服务器结构.png

4. 数据模型

1. 什么是模型？

   • 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。

2. 数据的特征

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

3. 数据模型组成要素

   1. 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。
   2. 数据操作：描述的是系统的动态特征。
   3. 数据约束：描述数据结构中数据间的语法和语义关联。

4. 数据模型的分类
   数据模型是模型化数据和信息的工具，也是数据库系统的核心和基础。

   数据模型.png

5. 什么是概念层数据模型？
   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和信息模型，这类模型主要用于数据库的设计阶段。

6. 信息世界涉及的基本概念：

   1. 实体（Entity）
   2. 属性（Attribute）
   3. 码或键（Key）
   4. 域（Domain）
   5. 实体型（Entity Type）
   6. 实体集（Entity Set）
   7. 联系（Relationship）

   数据模型中有“型”（type）和“值”（value）两个概念。

7. 概念模型的表示方法

   
   

8. 什么是逻辑层数据模型？
   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。

9. 逻辑模型的类型

   1. 层次模型
      1. 是最早使用的一种数据模型
      2. 有且仅有一个结点没有父结点，称作根结点
      3. 其他结点有且仅有一个父结点
   2. 网状模型
      • 以网状结构来表示实体和实体之间的联系
      • 允许结点有多于一个父结点
      • 可以有一个以上的结点没有父结点
   3. 关系模型
      • 用二维结构表来表示实体之间的联系。
      • 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，更好的安全保密性。
   4. 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。

10. 物理层数据模型
    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。