数据库系统概论（第5版）

• 绪论
• • 数据库的4个基本概念
  • 数据库系统与文件系统的区别和联系
  • 数据模型
  • 数据库系统的三级模式与二级映像

绪论

数据库的4个基本概念

试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的联系和区别？

1.数据
数据（Data）是数据库中存储的基本对象。
描述事物的符号记录称为数据。例如：text、graph、image、audio、video。
数据与其语义是不可分的，99可以代表一个人的成绩，亦可以代表一个人的体重。
数据抽象的方法：分类、聚集和概括。

2.数据库

数据库（DataBase，DB）是存放数据的仓库。
数据库是长期存储在计算机内、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、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为多个用户共享。

3.数据库管理系统

数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。

DBMS的基本功能：

• 数据定义功能：提供数据定义语言（DDL）
• 数据组织、存储和管理：数据字典、用户数据、数据的存取路径等。
• 数据操纵功能：提供数据操纵语言（DML），即增删改查。
• 数据库的事务管理和运行管理：保证数据的安全性、完整性。
• 数据库的建立和维护功能
• 其他功能：
  • DBMS与其他软件系统的通信功能；
  • 多个DBMS的数据转换功能；
  • 异构数据库之间的互访和互操作功能。

4.数据库系统

数据库系统（DataBase System，DMS）是由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
DBS=DB+DBMS+APP+DBA

DBS的特点：

• 数据结构化（主要特征之一）

  • 数据库系统实现整体数据的结构化，是数据库系统与文件系统的本质区别。

• 数据的共享性高、冗余度低且易扩充

  • 因为数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此数据可被多个用户、多个应用共享使用。
  • 数据的共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间。
  • 因为数据面向整个系统，是有结构的数据，可被多个应用共享，易增加应用，所以DBS弹性大，易于扩充。

• 数据独立性高
  数据独立性是由数据库管理系统提供的二级映像功能来保证的。

  • 物理独立性
    用户的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
    用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。

• 数据由数据库管理系统统一管理和控制

  • 数据的安全性保护
    保护数据以防止不合法使用造成的数据泄密和破坏。
  • 数据的完整性检查
    指数据的正确性、有效性和相容性。
  • 并发控制
    当多个用户的并发进程同时存取、修改数据库时，可能破坏数据库的完整性，所以必须对并发操作加以控制和协调。
  • 数据库恢复
    计算机的硬件故障、软件故障、操作员失误和故意破坏会影响数据库中数据的正确性，DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态的功能，即恢复。

数据库管理员主要负责的工作：

• 决定数据库中的信息内容和结构。
• 决定数据库的存储结构和存取策略。
• 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。
• 监控数据库的使用和运行
• 数据库的改进和重组、重构。

数据库系统与文件系统的区别和联系

区别

1. 文件系统面向某一应用程序，共享性差，冗余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自己控制。数据的备份、软件、或应用程序使用过程中的临时数据存储一般使用文件系统合适。
2. 数据库系统面向现实世界，共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性，整体结构化，用数据模型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。几乎所有企业或部门的信息系统都以数据库系统为基础，是使用数据库。

联系

• 都是计算机系统中管理数据的软件。
• 文件系统是操作系统的重要组成部分，DBMS是独立于操作系统的软件。
• DBMS是在操作系统的基础上实现的，数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的。

数据模型

数据模型（data model）是对现实世界数据特征的抽象，是数据库系统的核心和基础。

数据模型的组成要素

1. 数据结构：描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。
2. 数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。
3. 数据的完整性约束条件：是一组完整性规则，以保证数据的正确、有效和相容。

两类数据模型

1. 概念模型：是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。

• 实体（entity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。
• 属性（attribute）：实体所具有的某一特性称为属性。
• 码（key）：唯一标识实体的属性集称为码。
• 实体型（entity type）：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，学生（学号，姓名，性别，出生年月）就是一个实体型。
• 实体集（entity set）：同一类型实体的集合称为实体集，全体学生就是一个实体集。
• 联系（relationship）：实体之间的联系是指不同实体集之间的联系。

2. 逻辑模型：是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现。

• 层次模型
• 网状模型
• 关系模型
• 面向对象数据模型
• 对象关系数据模型
• 半结构化数据模型

3. 物理模型：是对数据最底层的抽象。

数据库系统的三级模式与二级映像

三级模式

1. 模式（schema）
   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视图。
2. 外模式（external schema）
   是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
3. 内模式（internal schema）
   一个数据库只有一个内模式，它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的组织方式。

二级映像
两层映像保证了数据库系统中数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

• 外模式/模式映像
  当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式的映像作相应改变，可以使外模式保持不变。应用系统是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
• 模式/内模式映像
  当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

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