【梳理】数据库系统概论 第1章 绪论 1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统的结构 1.4 数据库系统的组成

教材：王珊 萨师煊 编著 数据库系统概论（第5版） 高等教育出版社
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第1章 绪论

1.1数据库系统概述

1、在计算机中，数据（data）不但包括数字，还可以是文本（text）、图形（graph）、图像（image）、音频（audio）、视频（video）及各种形式的内容。数据的定义的一种表述是：数据是描述事物的符号记录。
数据本身不能完全表达其含义，需要经过一定的解释。例如：计算机中某处存储了数字3.90，这个数据可以是某同学某学期的GPA，也可以是描述某个部件允许通过的最大电流（A）。
人们用自然语言来描述事物。例如：
朱立文，男，1998年7月20日生，广州人，2016年入学，现为我校智能科学与技术专业大四学生。
在计算机中，这个描述可能被转化成如下的段落：
朱立文,男,19980720,广州,2016,智能科学与技术
可见，在计算机中，数据通过一定的结构组织在一起并被读写。通俗来讲，存放各种各样的数据的“仓库”便称为数据库。

2、数据库（database，DB）的定义是：长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据的集合。
数据库中的数据是按照一定的模型来组织、描述、储存的，具有较小的冗余度（redundancy）、较高的数据独立性（data independence）、易扩展性（scalability），且可以为各种用户所共享。

3、数据库管理系统（database management system，DBMS）是位于用户与OS（操作系统）之间的一层数据管理软件，和操作系统一样属于计算机基础软件，功能主要有：
（1）数据定义
DBMS提供数据定义语言（data definition language，DDL）来对数据的组成与结构进行定义。
（2）数据组织、存储、管理
DBMS要通过特定的方法对数据进行组织、存储、管理：确定存储结构与方式，确定如何建立数据之间的联系。比如通过哈希（Hash）、索引、顺序查找等提高存储与访问效率。
（3）数据操作功能
DBMS提供数据操作语言（data manipulation language，DML）来实现查找、插入、删除、修改等基本数据库操作。
（4）数据库的事务管理和运行管理
数据库在建立、运行、维护的过程中需要由DBMS统一管理与控制，保证事务的正确运行，保证数据的安全性、完整性、足够的并发使用性能和及时的故障恢复。
（5）数据库的建立与维护
包括初始数据的输入与转换，数据库的转储（dump）与恢复（restore）、重组织、性能监视与分析等。
（6）其它功能：DBMS与其它软件的通信、数据库间的数据交换与转换、异构数据库间的互相访问与互相操作等。
用数据库管理系统来管理数据，比文件系统直接管理数据在软件维护成本、联机实时处理、分布式处理、多用户（多应用）共享等多个方面具有明显的优势。

4、数据库系统（database system，DBS）
DBS包括数据库、数据库管理系统及其应用开发工具、应用程序以及数据库管理员（database administrator，DBA）组成的存储、管理、处理、维护数据的系统。从文件系统到数据库系统标志着数据管理技术的飞跃。

5、与人工管理和文件系统相比，数据库系统的特点主要有：
（1）整体数据结构化。具体而言，数据库中的数据不仅仅针对某一种应用，而是常常面向整个组织或企业，甚至更大的范围。数据的内部和数据整体都是结构化的，数据之间也是具有联系的。这就要求我们在建立数据库的过程中要考虑在一个大的范围应用起来都比较方便的数据结构。
例如，为大学的信息系统建立数据库，不单要考虑教务处的课程管理、选课、成绩管理等工作，还要考虑学生处的学籍管理，人事处的教职员人事管理，科研处的科研任务管理等。数据库建立以后，就由专门的数据库管理系统以及数据库管理员来进行维护，减轻其它部门的程序员的工作量，提高整体效率。
（2）数据的共享性高、冗余度低、易扩充。数据共享可以减少不必要的冗余，节约存储空间，还可以避免数据之间的不相容性与不一致性。数据的不一致性是指：同一数据的不同副本的值不一样。采用人工管理或文件系统管理时，如果不同的应用都要使用某种数据，那么常常需要为这些应用各拷贝一份副本。在不同的工作任务中，应用可能会各自修改其中的某些部分，就造成了该项数据的不一致，引发冲突等一系列问题。
设计优良的数据库的数据结构可以被大量应用共享使用，而且减少了新增应用需要的工作量，使得数据库系统弹性大、易于扩充，满足更多用户的需求。
（3）数据独立性高。
数据独立性分为物理独立性和逻辑独立性。物理独立性是指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相对独立的。数据库中数据的存储与访问由DBMS管理，而应用层无需了解就可以使用数据。这样，如果数据库中的数据的物理存储需要变动，应用程序可以不作改变或只做少量改变就可以继续使用数据。逻辑独立性是指应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。数据的逻辑结构的修改也由DBMS完成，用户的应用程序亦可不作改变或少作改变。
（4）统一管理与控制。
数据库的共享会导致一定的隐患。DBMS需要提供包括但不限于以下方面的功能：
[1]数据的安全性（security）保护。这要求保护数据，防止不合法的操作造成泄密或数据被破坏。
[2]数据的完整性（integrity）检查。数据的完整性要求数据的正确、有效、相容。这就要求数据不但应完整地存储，而且还需要保证各类应用可以正确处理数据库中的数据。
[3]并发（concurrency）控制。当超过1个用户的进程同时存取、修改数据库时，就需要对来自不同用户的操作进行协调调度，避免得到错误的结果或者数据库被破坏。
[4]恢复（recovery）。DBMS必须具备将数据库从不同类型的故障——比如硬件故障、软件故障、人为操作不当或故意破坏——中维持数据的正确性的能力。这就要求DBMS在发现数据库出现故障后，尽可能快地将数据库从