数据库系统概论

第一章 数据库系统概论

1.1数据库系统的作用

1.1.1概念

数据：描述事物的符号记录称为数据，数据是数据库中储存的对象，也是数据管理系统处理的对象

数据处理：对各种数据进行采集、存储、检索、加工、传播和应用等一系列活动的总和

数据管理：对数据进行有效的分类、组织、编码、存储、检索、维护和应用，他是数据处理的中心问题

1.1.2 数据管理技术的产生和发展

1.人工管理阶段

• 时间：20世纪50年代中期以前
• 计算机水平：未有完整操作系统，主要应用于科学计算
• 数据处理方式：批处理
• 程序与数据的关系：数据是面向应用程序的，一个数据集只能对应于一个程序。
• 特点：数据需要由应用程序自己定义和管理，没有相应的软件系统专门负责数据的管理工作。
• 弊端：当多个应用程序涉及某些相同的数据时，必须由各自的应用程序分别定义和管理这些数据，无法共享利用，因 此存在大量冗余的数据。

2.文件系统阶段

• 时间：20世纪50年代后期-60年代中期
• 计算机特点：计算机已经有了操作系统，在操作系统基础之上建立的文件系统已经成熟并广泛使用，计算机应用于课学计算和数据管理
• 数据处理方式：批处理、联机实时处理
• 程序与数据的关系：①文件系统实现了文件内的数据结构化，即一个文件内的数据是按记录进行组织的，这样数据是有结构的，数据的语义是明确的②程序和文件之间由文件系统提供的存取方法进行转换
• 特点：由专门的文件对数据进行统一管理。文件系统把数据组织成相互独立的文件，利用“按文件名访问，按记录进行存取”的管理技术，可以对文件进行修改插入删除
• 弊端：①数据共享性差。数据冗余和不一致②数据独立性差③数据孤立，数据获取困难。④表达和实现不完整⑤无法有效保障原子性⑥并发访问异常⑦安全性问题

3.数据库管理系统阶段

• 时间：20世纪60年代以后

• 数据库管理系统：一个相互关联的数据的集合和一组用以访问、管理和控制这些数据的程序组成。

• 特点

  ①数据结构化

  ②数据的共享度高、冗余度低、易扩充

  ③数据独立性高

  ④数据由数据库管理系统统一管理和控制

1.2数据模型

数据模型是一个描述数据结构、数据操作以及数据约束的数学形式体系

1.2.1数据模型的分层

数据模型应满足三方面的需求：比较真实地模拟世界、容易被人理解、便于在计算机上实现

1.概念模型：第一层抽象，按用户的观点或认识对现实世界的数据和信息进行建模，主要用于数据库设计，主要有ER模型和OO模型

2.逻辑模型：第二层抽象，用于描述数据库数据的整体逻辑结构

3.物理模型：物理层是数据抽象的最底层，用来描述数据的物理存储结构和方法

• 现实世界->概念模型：数据库设计人员

• 概念模型->逻辑模型：数据库设计人员

• 逻辑模型->物理模型：DBMS（Database management system）

1.2.2数据模型的组成要素

1.数据结构：对象类型的集合

2.数据操作：对数据库中各种对象值的实例允许执行的操作集合。主要有查询和更新

3.数据完整性约束：一组数据完整性规则

1.2.3层次模型

• 有且仅有一个结点没有双亲节点，这个结点称为根结点
• 根以外的其他节点有且只有一个双亲结点

1.2.4网状模型

• 允许一个以上节点无双亲
• 一个节点可以有多个双亲

1.2.5关系模型

• 每一个元组（表的一行）必须是可区分的，即存在码（唯一标识）属性
• 关系中的每一个属性必须有一个不可分的数据项，即不允许表中有表

1.3数据抽象与数据库三级模式

1.3.1数据抽象

1.物理层抽象：描述存储结构和存储方法（堆储存、数据储存记录等等）

2.逻辑层抽象：描述存什么数据以及数据之间存在什么关系

3.视图层抽象：数据库局部逻辑结构

1.3.2 数据库三级模式结构及两层抽象

• 模式：逻辑层数据抽象（全局）
• 外模式：视图层数据抽象（局部）
• 内模式：物理层数据抽象

1.3.3数据库三级模式与三层模型的联系和区别

1.4 数据库管理系统

1.4.1功能

1.数据定义（定义对象）

2.数据组织、储存和管理(建立联系)

3.数据操纵(增删改查)

4.数据库的事务管理和运行管理（保证安全性完整性）

5.数据库建立和维护(输入数据转化存储恢复)

1.4.2组成

1.模式更新：修改逻辑结构

2.查询:查询接口和应用程序接口

3.更新：插入、删除、修改

4.查询处理器：将数据库操作语句换成数据库操作请求、查询优化

5.存储处理器：将sql操作转化为底层单元组操作

6.事务管理器;保证并发事务正确执行