title: 數據庫基礎知識
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date: 2018-09-29 08:36:52
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數據庫系統

數據庫系統的組成

數據庫系統是由數據庫、數據庫管理系統、支持數據庫運行的軟硬件環境、數據庫應用軟件和數據庫管理員組成的。

• 數據庫：長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的大量數據的集合。
• 數據庫管理系統：DBMS，管理數據庫的軟件，是用戶和數據庫之間的接口，負責完成各項數據處理操作：數據定義、數據操縱、數據庫運行管理、數據庫的建立和維護。
• 支持數據庫運行的軟硬件環境：有足夠大的內存來保障數據庫系統的運行，操作系統要提供對數據管理系統的支持等。
• 數據庫應用軟件：由用戶或第三方軟件公司設計的有特殊用途的應用軟件，實現用戶和數據庫管理系統之間的溝通和交流。例如圖書管理系統等。
• 數據庫管理員：Database Administrator，DBA，負責建立、管理和維護數據的人員。主要職責包括：定義並存儲數據庫的內容、監督並控制數據庫的使用、負責數據庫的日常維護、必要時重組和改進數據庫。

數據庫的體系結構

數據庫三級模式結構

模式是對數據庫中全部數據的邏輯結構和特征的描述，僅僅涉及到“型”的描述，不涉及具體的值。

數據庫由內模式、模式、外模式三級組成。

• 內模式：又稱為存儲模式，是對數據庫物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的表示方式。一個數據庫只有一個內模式。
• 模式：又稱邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數據視圖。
• 外模式：通常是模式的一個子集，又稱為子模式。外模式面向的是用戶，是用戶眼中的數據庫，所以外模式又稱為用戶視圖。

三級模式之間的映射

• 外模式/模式間的映射：模式描述的是數據的全局邏輯結構，外模式描述的是數據的局部邏輯結構。對於同一個模式，可以有任意個外模式。對於每個外模式，數據庫系統都有一個外模式/模式之間的映射。
• 模式/內模式間的映射：數據庫只有唯一的模式和內模式，因此它們之間的映射也是唯一的，這個映射定義了數據庫全局邏輯結構和存儲結構之間的對應關系。

數據模型

概念

數據模型是一種模型，是現實世界數據特征的抽象。

數據模型通常包括數據結構、數據操作和完整性約束三部分。

• 數據結構：是所研究對象的集合，描述的是數據庫結構的組成、特性和其互相之間的聯系。數據庫系統通常按數據結構的類型來命名數據模型，如關系結構的模型命名為關系模型。
• 數據操作：數據庫中各種對象的實例允許執行的操作的集合。主要包括檢索和維護兩大類。
• 完整性約束：為了防止不符合規範的數據進入數據庫，在用戶對數據進行插入、修改、刪除等操作時，DBMS自動按照一定的約束條件對數據進行監測，使不符合規範的數據不能進入數據庫，以確保數據庫中存儲的數據正確、有效、相容。

實體與關系

• 實體：客觀存在並可相互區分的事物，一個實體可以用若幹屬性來描述。具有相同屬性的實體集合稱為實體集。
• 關系：有一對一、一對多、多對多三種。

常見的數據模型

• 層次模型：數據結構是一顆有向樹，特征是：
  • 有且僅有一個結點沒有父結點，即根結點
  • 除了根結點，其他結點有且只有一個父結點
• 網狀模型：結點間可以任意發生關系，特征是：
  • 可以有一個以上的結點沒有父結點
  • 允許結點有多於一個的父結點
• 關系模型：用二維表結構表示實體與實體之間的聯系。E-R方法（實體-關系方法）是表示實體與關系的最常用的方法。在E-R圖中：
  • 長方形表示實體
  • 橢圓表示屬性
  • 菱形表示關系
  • 關系與實體間用實線連接，並註明關系的類型

關系數據庫的規範化

為了使數據庫設計更加優化，提出了規範化理論。

關系數據庫必須滿足一定的要求，即滿足不同的範式。

在第一範式（1NF）的基礎上進一步滿足更多要求的稱為第二範式（2NF），以此類推。一般來說，數據庫只要滿足第三範式（3NF）即可。

• 第一範式（1NF）：無重復的列，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。如果出現重復的屬性，就可能需要定義一個新的實體，新的實體由重復的屬性構成。
• 第二範式（2NF）：先滿足1NF，同時要求屬性完全依賴於主鍵。
• 第三範式（3NF）：先滿足2NF，同時要求不存在傳遞依賴關系。

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