第一章

发展历史

三种模型

  1. 层次模型
  2. 网状模型
  3. 关系模型

术语

数据与信息

数据

描述事物的符号记录

信息

从数据中获得有意义的内容

数据的特征

静态特征

  1. 基本结构
  2. 数据间的联系
  3. 取值范围约束

动态特征

指对数据可以进行的操作以及操作规则 -查询 -更改-插入-更新

数据库（DB）

长期存放在计算机存储设备上有组织的、可共享的、相关的数据集合。
特征：数据按一定的数据模型组织、描述和储存；可为各种用户共享；冗余度较小；数据独立性较高；易扩展。

数据库系统 DBS 的核心，是被管理的对象

数据库管理系统

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,负责对 DB 进行管理与维护。

数据库系统

数据库系统（DataBase System, 简称 DBS）
即具有管理和控制数据库功能的计算机系统。
注：常将数据库系统简称为数据库。
a、数据库系统的 5 个组成部分：
◆ 硬件系统
◆ 数据库 DB
◆ 数据库管理系统 DBMS
◆ 相关软件（支持软件，如操作系统等；应用开发工具软件等）
◆ 数据库系统用户：
▼ 数据库管理员（DBA）：负责数据库管理的和维护操作。

数据库系统的主要特征

① 实现数据共享
② 减少数据冗余度
③ 保持数据的一致性
④ 数据的独立性
⑤ 安全保密性
⑥ 并发控制
⑦ 故障恢复

数据模型

指对现实世界数据特征的抽象。
即把现实世界的数据用一种规范的、形象化的方式表达出来。
是描述现实世界实体、实体间联系以及数据语义和一致性（完整性）约束的模型。
数据模型所描述的内容有三部分：数据结构、数据操作和数据完整性约束，称数据模型三要素。
数据模型是数据库系统的核心和基础。、

数据的三个范畴

  1. 现实世界
  2. 信息世界
    1. 实体：客观存在并可相互区别的事物。
    2. 实体集：性质相同的同类实体的集合。
    3. 属性：实体所具有的某一特性。
    4. 码：唯一标识实体的属性或属性集。
  3. 机器世界
    1. 字段（数据项）：标记实体属性的命名单位，是可以命名的最小信息单位，往往和属性名相同。
    2. 记录：字段的有序集合称为记录。一般用一个记录描述一个实体。
    3. 文件：同一类记录的汇集称为文件。文件是描述实体集的。
    4. 码：能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集，与实体的码相对应。

数据模型的组成要素及分类

数据模型是严格定义的概念的集合，这些概念精确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。
三要素：

  1. 数据结构
  2. 数据操作
  3. 完整性约束

数据库系统结构

模式的基本概念

• 数据模型（组织层数据模型）是描述数据的组织形式，
• 模式是用给定的数据模型对具体数据的描述。

模式和实例


n 模式与实例的关系：
n1）模式相对稳定。
n2）同一个模式，可以有很多实例，实例是相对变动的。
n3）模式反映的是数据结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态值。
n 数据库中的模式：用数据描述语言精确定义数据模型的全部语句。

三级模式结构

外模式

•也称为用户模式、子模式。
•用于描述用户看到或使用的那部分数据的逻辑结构，用户根据外模式使用数据操作语句或应用程序去操作数据库中的数据。
•是 DB 整体数据结构的子集或局部重构。
•是保证数据库安全的一个措施。
•一个数据库可以有多个外模式，一个应用程序只能使用一个外模式。

概念模式

•也称逻辑模式或模式，用于描述整个数据库的逻辑结构。
•是数据库中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描述。
•是数据库系统结构的中间层。
•不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，
•与具体的应用程序、应用开发工具和环境无关。

内模式

•也称为存储模式。
•是对整个数据库的底层表示。
•描述了数据的存储结构，比如：
–数据的组织与存储方式
–索引按什么方式组织
–是否加密等
但不涉及物理记录的形式。

三级模式的关系与区别

•概念模式是数据库的中心与关键。
•一个数据库只有一个概念模式和一个内模式，可以有多个外模式。
•内模式依赖于概念模式，独立于外模式和存储设备。
•外模式面向具体应用，独立于内模式和存储设备，是概念模式的子集，是保证数据库安全性的一个有力措施。
•应用程序依赖于外模式，独立于模式和内模式。
•一个外模式可以对应多个应用，但一个应用只能对应一个外模式。

两级映像

两级映像：外模式/概念模式映像、概念模式/内模式映像。
这两级映像的功能保证数据库中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性，即数据库系统的两级独立性。

总结

  1. 数据库系统（DataBase System，DBS）主要特点：数据结构化；数据共享性好，冗余度小；数据独立性好；数据由 DBMS 统一管理和控制，从而保证多个用户能并发、安全、可靠地访问，而一旦出现故障，也能有效恢复。

  2. 数据库系统三级模式结构：定义了数据库的三个抽象级：用户级、概念级、物理级；用户级数据库对应于外模式，概念级数据库对应于模式，物理级数据库对应于内模式；这三级之间通过一定的对应规则进行相互映射，从而保证了数据库系统中能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

  3. 数据的逻辑独立性是指：模式改变，外模式和应用程序不变

  4. E-R 图产生于概念设计阶段

  5. 关系数据库的实体完整性规则规定基本关系的主属性都不能取空值

  6. 数据库系统中最重要的是软件 DBMS，最重要的用户是 DBA

  7. •事务(Transaction)：数据库应用中构成单一逻辑工作单元的操作集合。

  8. 事务的特性

    1. 原子性
    2. 一致性
    3. 隔离性
    4. 持久性

  9. 封锁就是事务 T 在对某个数据对象（如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。加锁后事务 T 就对该数据对象有了一定的控制，在事务 T 释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。

  10. 封锁的类型

    1. 排他锁（写锁）X 锁
    2. 共享锁（读锁）S 锁

  11. 三级封锁协议：事务 T 在修改数据 R 之前必须先对其加 X 锁，直到事务结束才释放。

事务 T 在读取数据 R 前必须先加 S 锁，直到事务结束才释放。
❦ 可以防止丢失修改和读“脏”数据，还防止了不可重复读。
数据: 描述事物的符号记录
数据库：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据集合
数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的具有数据定义、数据操纵、数据库的运行管理、数据库的建立和维护功能的一层数据管理软件。
数据库系统：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库，数据库管理系统，应用程序，数据库管理员等构成
数据库系统的特点

  1. 数据结构化
  2. 数据共享性搞，冗余度地，且以扩充
  3. 数据独立性高

    物理独立性：应用程序与数据库中数据的物理存储时相互独立的
    逻辑独立性：应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，数据的逻辑结构改变时用户程序可以不变

数据由 DBMS 统一管理和控制

两类数据模型

  1. 概念模型：按用户的观点对数据和信息建模，用于 DB 设计
  2. 逻辑和物理模型：

概念模型

  1. 实体（一行记录）
  2. 属性（字段）
  3. 联系（表）
  4. 码（键）
  5. 实体集（）

数据模型的组成要素

  1. 数据结构
  2. 数据操作
  3. 数据的完整性约束条件

外模式（external schema，用户模式）：用户能看到、使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
模式（逻辑模式）：DB 中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；是 DB 模式结构的中间层，不涉及物理存储，与应用程序也无关。一个 DB 只有一个模式。
数据库设计基本步骤

事务：是用户定义的数据库操作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位
两个实体间的联系集：
一对一联系（1：1）可以转化为独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并
一对 n 联系（1：N）可以转化为独立的关系模式，也可以与 n 端对应的关系模式合并
m：n 联系转化为一个独立的关系模式，关系的码为各实体码的组合