第一章 資料庫系統概述

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第一節 資料庫基本概念

一、資料庫基本概念

（1）、資料：描述事物的符號記錄，是指用物理符號記錄下來的，可鑑別的資訊。
（2）、資料庫：長期儲存在計算機中的有組織的，可共享的資料集合，其中的資料按一定的資料模型組織、描述和共享，具有較小的冗餘度、較高的資料獨立性，易於擴充套件並可被使用者共享。（被稱為儲存資料的倉庫）

1、資料庫中儲存的資料具有三個特點：永久儲存、有組織、可共享。

（3）、資料庫管理系統：專門用於建立和管理資料庫的一套軟體，介於應用程式和作業系統之間。

資料庫管理系統的功能包括：

（1）、資料定義功能
（2）、資料操縱功能
（3）、資料庫的執行管理功能
（4）、資料庫的建立和維護功能：建立資料庫及對資料庫空間的維護、資料庫的備份與恢復功能、資料庫的重組織功能和效能監視、分析。
（5）、資料組織、儲存和管理功能：索引查詢、順序查詢
（6）、其他功能：與其他軟體的網路通訊功能、不同資料庫管理系統之間的資料傳輸）

（4）、資料庫系統：指計算機中引入資料庫技術之後的系統。一般完整的資料庫系統：資料庫、資料庫管理系統及相關實用工具、應用程式、資料庫管理員和使用者。

第二節 資料管理技術的發展

一、資料庫設計的目標

（1）、人工管理階段，此階段資料管理的特點如下：

1、資料不儲存

2、應用程式管理資料

邏輯結構、物理結構、存取方法等設計工作都由編寫人員來完成。

3、資料面向應用

一組資料只能對應一個程式。程式與程式之間存在大量的冗餘資料，資料的獨立性差。

（2）、檔案系統階段，將資料的邏輯結構和物理結構分離，由存放方法實現邏輯結構與物理結構之間的對映。資料可長期儲存和專門管理的特點，提供了物理資料獨立性，可實現檔案級的資料共享。

（3）、資料庫系統階段，有如下特點

1、資料整合

資料的整合是資料庫管理系統的主要目的。

2、資料共享性高
3、資料冗餘小
4、資料一致性
5、資料獨立性高
6、實施統一管理與控制

1）、資料的安全性是指保護資料
2）、資料的完整性是對資料的正確性、有效性和相容性

3）、併發控制是指當多個使用者的併發程序同時存取、修改資料庫時，出現錯誤，因而對多使用者的併發操作加以控制和協調。
4）、故障恢復，將資料庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態的功能。
7、減少應用程式開發與維護的工作量

第三節 資料庫系統的結構

一、資料庫系統的三級模式結構

三級體系結構：使用者級、概念級、物理級
資料庫系統的三級模式結構是指資料庫系統是由模式、外模式和內模式。

（1）、模式（稱為概念模式或邏輯模式，公共資料檢視，概念檢視，一個數據庫只有一個模式。）

模式定義資料的邏輯結構、資料之間的聯絡、資料相關的安全性、完整性。

資料庫外模式的描述向用戶提供資料，按內模式的描述儲存資料，而模式是兩者間的中間層。

（2）、外模式（稱為子模式或使用者模式，使用者檢視）
外模式是用於滿足不同資料庫使用者需求的資料檢視，是模式的子集，是對資料庫整體資料結構的區域性重構。

（3）、內模式（稱為儲存模式，對資料庫中資料物理結構和儲存方式的描述，是資料在資料庫內部的表示形式。一個數據庫只有一個內模式）

（4）、三級模式結構的兩層對映與資料獨立性

1、資料庫系統三級模式結構的三級模式分別是對資料的三級抽象，有如下特點：

1）、一個數據庫的整體邏輯結構和特徵的描述（概念模式）是獨立於資料庫其他層次結構（內/外模式）的描述，是資料庫的核心和設計的關鍵。
2）、一個數據庫的內部儲存模式依賴於概念模式，但儲存模式獨立於外部模式，也獨立於具體的儲存裝置。
3）、使用者邏輯結構（外模式）是在全域性邏輯結果描述的基礎上定義的，面向具體的應用程式，獨立於內部模式和儲存裝置。
4）、特定的應用程式是外模式的邏輯結構上編寫的，依賴於特定的外模式，與資料庫的模式和儲存結構獨立。

2、兩層映像

1）、外模式/模式映像

定義了各個外模式與概念模式之間的映像關係，在外模式中描述。

2）、模式/內模式映像，是唯一的。

定義了資料庫全域性邏輯結構與物理儲存之間的對應關係，在模式中描述。

二、資料庫系統的執行與應用結構

（1）、客戶/伺服器結構（Clinet/Sever,C/S）
（2）、瀏覽器/伺服器結構（Browser/Sever,B/S）

第四節 資料模型

一、資料特徵與資料模型組成要素

資料模型是用來描述資料的結構定義在結構上的操作以及資料間的約束的一組概念和定義。（資料模型通常由資料結構、資料操作和資料約束三要素組成）
（1）、資料結構（反應了資料模型最基本特徵）

資料結構描述的是系統的靜態特性，即資料物件的資料型別、內容、屬性以及資料物件之間的聯絡。

（2）、資料操作

資料操作描述的是系統的動態特徵，是對各種物件的例項允許執行的操作集合，包括操作及有關的操作規則。有更新和檢索兩大類資料操作。

（3）、資料約束（資料完整性約束、安全性約束以及併發控制約束）

資料約束描述資料結構中資料間的語法和語義關聯，包括相互制約與依存關係以及資料動態變化規則，以保證資料的正確性、有效性與相容性。

二、資料模型的分類

（1）、概念層資料模型

概念層是資料抽象級別的最高層，其目的是按使用者的觀點來對世界建模。概念層資料模型，也稱為概念模型或資訊模型

1、資訊世界中的基本概念

1）、實體：客觀存在並可相互區別的事物稱為實體。
2）、屬性：實體所具有的某種特性稱為實體的屬性。
3）、碼或鍵：可唯一標識實體的屬性集稱為碼或鍵
4）、域：屬性的取值範圍稱為該屬性的域。
5）、實體型：具有相同屬性的實體必然具有共同的特徵和性質。（實體名與屬性名集合來構成實體型）
6）、實體集：同型實體的集合稱為實體集。
7）、聯絡：實體內部的聯絡通常是指實體各屬性之間的聯絡。

2、概念模型的表示方法

實體-聯絡方法，用E-R圖，也稱為E-R方法或E-R模型
實體型，用矩形表示
屬性，用橢圓形表示
聯絡，用菱形表示

（2）、邏輯層資料模型（資料的邏輯模型）

邏輯層是資料抽象的中間層，描述資料整體的邏輯結構。
邏輯資料模型：層次模型、網狀模型、關係模型、面向物件模型
1、層次模型
特點：有且僅有一個結點沒有父節點，其他結點有且僅有一個父節點。
2、網狀模型
3、關係模型
關係模型用二維表結構來表示實體及實體間聯絡的模型，並以二維表格的形式組織資料庫中資料。

關係模型有以下優點：
1）、關係模型是建立在嚴格的數學概念的基礎上的。
2）、關係模型的概念單一，統一用關係來表示實體以及實體之間的聯絡，對資料的檢索和更新結果同樣也是用關係來表示，其簡單、清晰、使用者易懂、易用。
3）、關係模型的存取路徑對使用者透明，有更高的資料獨立性、更好的安全保密性，簡化部分工作。

4、面向物件模型
面向物件模型是概念模型又是邏輯模型

（3）、物理層資料模型（稱為資料的物理模型）

每一種邏輯模型在實現時都有與其相對應的物理模型。物理模型是資料庫最底層的抽象，確定資料的物理儲存結構、資料存取路徑以及調整、優化資料庫的效能。
物理模型的設計目標：提高資料庫效能和有效利用儲存空間。