【数据库系统原理】数据库系统概述
基本概念数据数据的定义
数据是数据库中存储的基本对象，是描述现实世界中各种事物或抽象事物的符号，可以是数字，也可以是文字、声音、图形、图像、视频等。它们经过处理后存储在数
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文字版 基本概念数据数据的定义 数据是数据库中存储的基本对象，是描述现实世界中各种事物或抽象事物的符号，可以是数字，也可以是文字、声音、图形、图像、视频等。它们经过处理后存储在数据库中。 数据的性质数据的一种分类形式数据库 数据库技术本质是一种数据管理技术。 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。 特点数据库的基本操作 数据的插入、修改和删除也叫数据更新 实际应用对数据操作的要求 这些要求，加上查询条件的多样性和复杂性，使得数据查询和更新的实现很复杂，因此开发专门的软件系统管理数据，即数据库管理系统（DBMS) 数据库管理系统定义 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。 数据库管理系统的主要功能数据库系统 数据库系统由数据库、DMBS（及其开发工具）、应用系统和数据库管理员（DBA）组成。
数据模型 数据模型是数据库技术的核心概念。所有的DBMS都基于某种数据模型实现，所有的数据库应用都建立在某种数据模型之上。数据模型是一种形式机制，用于数据建模，描述数据、数据之间的联系、数据的语义、数据上的操作和数据的完整性约束条件。一种好的数据模型要能准确地描述现实世界，容易理解和易于实现。 数据模型的层次
概念模型 从现实世界到计算机世界跨度比较大，需要一个中间的层次，这就是信息世界。概念模型就是对现实世界进行建模，是数据库设计人员了解了现实世界在大脑中的第一次抽象。概念模型通常和计算机世界无关，一方面它能够方便、直接地表达现实世界，另一方面还应该简单，易于用户理解。 实体-联系模型（Entity-relationship） 是一种广泛使用的概念模型，用于对现实世界建模。E-R模型基于这样的认识：现实世界由一些称为实体的基本对象和这些对象之间的联系组成。 ER模型用ER图来表示
数据模型的三要素常见的数据模型关系模型关系模型的特点关系模型的三要素关系模型的数据结构 关系模型只有一种数据结构——关系，现实世界中的对象和对象之间的联系都用关系表示。 关系模型要求关系必须是规范化的：关系的每个属性只能取原子值（不能再分的值），换句话说，表中不能包含子表。 关系模型的数据操作 关系演算 标准数据库语言：SQL语言 关系模型的完整性约束数据库系统结构数据库系统的外部结构单用户系统 一个用户独占，不同机器之间不能共享数据，已经不再流行。 主从式系统 一台主机带多个终端的多用户系统，用户通过终端并发地访问数据库，共享数据资源。
优点： 系统简单，数据易于管理、维护。 缺点：终端用户数增加，导致系统性能大幅度下降；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。 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结点上。网络中的每个结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。
优点：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。 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，系统效率会明显德收到网络交通的制约。 客户/服务器系统 C/S结构把DBMS功能和应用分开，大部分商品化的DBMS都支持这种结构。
优点 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。
优点 缺点 数据库系统的内部结构
模式 模式（Schema）也称逻辑模式。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。 外模式 外模式（External Shema）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，所有应用都建立在一个外模式上，但是实际上，BDMS都允许应用程序直接访问模式。 内模式 内模式（Internal Schema）也称存储模式或物理模式。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。内模式到物理存储器的映射通常由操作系统实现。 外模式-模式映像 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。 模式-内模式映像 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。 数据独立性 数据独立性是指数据与应用程序相互独立。 数据库语言 早期，这些语言是相对独立的，现在，这些语言被集成在一起，形成一个统一的数据库语言。 数据定义语言 (Data Definition Language, DDL)数据定义语言的功能数据字典 数据字典是DBMS维护的一系列内部表，用来存放元数据。元数据是关于数据的数据，数据对象的定义、索引的定义、视图的定义、授权的定义等定义都以元数据的形式存放在数据字典中。访问数据库时，DBMS都要访问数据字典。 数据操纵语言 (Data Manipulation Language, DML) 数据库的主要操作是查询和更新（插入、删除和修改）。用户可以使用数据操纵语言（DML），表达对按照某种数据模式组织起来的数据的访问。 过程化DML 不仅要求用户指明需要什么数据，而且要求用户描述如何获得这些数据的详细过程，如层次和网状数据库系统。 非过程化DML 只需要用户指明需要什么数据、所需数据的位置和满足的条件，而不必指明如何获得这些数据服务器系统，如关系数据库系统。 数据控制语言 (Data Control Language, DCL) 注意：为了保证数据的安全性，防止非法用户访问数据库，所有对数据库的访问都必须经过授权。 数据库管理员与数据库用户数据库管理员 负责管理数据库，实施数据的集中控制的人称为数据库管理员（Database Administrator, DBA） DBA的主要职责包括 DBA的日常工作 数据库用户初级用户 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。应用软件通常涵盖一个单位的日常事务处理，并且提供了友好的图形用户界面。用户只需要按照提示，输入少量信息，点击特定的命令按钮就可以访问数据库。例如，超市的收银员。 应用程序员 应用程序员是编写数据库应用程序的计算机专业人员。应用程序员只需要知道数据库的外模式，有些高级程序员需要知道模式，但都不必知道内模式。应用程序员可以选择一些工具开发图形用户界面。 富有经验的用户 富有经验的用户可以直接使用数据库查询语言来表达它们的查询请求。 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。他们的任务是分析数据库中的数据，试图发现对决策有用的信息（知识）。 联机分析处理（On-Line Analytical Processing, OLAP）工具提供多粒度的多维数据交互分析，越来越多地用于数据库中数据的分析处理。 数据挖掘工具提供了更复杂的数据分析方法，可以支持用户从数据库的数据中发现一些知识模式，用于支持决策。 专业用户 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。 数据库技术的发展 早期的层次模式、网状模型、关系模型、面向对象模型、对象-关系模型、半结构化模型 XML数据管理、数据流管理、web数据集成、数据挖掘、大数据技术 数据库技术与相关学科的结合：工程数据库、多媒体数据库、统计数据库、科学数据库、地理数据库、医疗数据库等 为了应对大数据结束，出现了新的技术和系统：NoSQL、NewSQL 小结 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是和数据库课程密切相关的概念 数据是数据库中存储的基本对象，是描述现实世界中各种具体事物或抽象事物的符号。它可以是数字、文字、声音、图形、图像、视频等 数据库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。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 DBMS是一种重要的程序设计系统，它由一个相互关联的数据集合和一组访问这些数据的程序组成。DBMS的主要功能包括数据定义、数据操作、事物管理和运行管理、数据存储和查询处理、数据库维护等 数据库系统由数据库、DBMS（及其开发工具）、应用系统和数据库管理员组成 数据模型是一种形式机制，用于数据建模，描述数据、数据之间的联系、数据的语义、数据上的操作和数据的完整性约束条件 E-R模型是一种广泛使用的概念模型，用于对现实世界建模 数据模型由三个基本要素：数据结构、数据操作和数据的完整性约束 关系数据模型是最重要的一种数据模型，它具有坚实的数学基础，简洁的表示形式，并且支持非过程化的数据库语言 数据库系统的外部结构可以分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户/服务器结构、浏览器-服务器结构等 数据库系统广泛使用外模式、模式、内模式三级模式和两级映像结构，两级映像实现了数据独立性 数据库系统提供三种语言：DDL用于定义数据库模式，DML用于表达数据库的查询和更新，而DCL用于定义用户对数据对象的访问权限 图片版
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