資料庫系統概述

四個基本概念

（1）資料（data）：描述事物的符號記錄，資料與其語義不可分

（2） 資料庫（database，DB）：

• 長期儲存在計算機內，有組織的、可共享的大量資料的集合(無序、無重複、同型別)。
• 資料按一定的資料模型組織、描述和儲存，可為各種使用者共享，冗餘度較小，資料獨立性較高，易擴充套件。
  簡單來說，資料庫具有 永久儲存、有組織、可共享 三個基本特點。

（3） 資料庫管理系統（DataBase Management System，DBMS）：

• 位於作業系統與使用者之間的一層資料管理軟體
• 和作業系統一樣是計算機的基礎軟體，是一個大型複雜的軟體系統
• 主要功能
  

（4） 資料庫系統（DataBase System，DBS）

• 儲存、管理、處理和維護資料的系統
• 資料庫系統的構成：
  
• 資料庫系統示意圖：

（一般不引起混淆的情況 下，把資料庫系統簡稱為資料庫）

資料庫管理髮展的3個階段

從檔案系統到資料庫系統標誌著資料管理技術的飛躍

資料庫系統的特點：

• 資料結構化：整體結構化，是資料庫的主要特徵之一，也是資料庫系統與檔案系統的本質區別 ，且資料存取方式更靈活，粒度可以細到資料項
• 資料共享性高，冗餘度低，易擴充
• 資料獨立性高，包括資料的物理獨立性、邏輯獨立性。資料獨立性由資料庫管理系統提供的二級映像功能來保證。
• 資料由資料庫管理系統統一管理和控制。
  資料庫管理系統必須提供以下幾個方面的資料控制功能：
  

檔案系統與資料庫系統的區別：

資料模型

資料模型（Data Model）是資料特徵的抽象，它從抽象層次上描述了系統的靜態特徵、動態行為和完整性約束條件。

資料模型是資料庫系統的核心和基礎，現有的資料庫系統均是基於某種資料模型的。

主要包括兩類，第一類是概念模型，第二類是邏輯模型和物理模型：

概念模型

幾個概念：

• 實體：客觀存在並可相互區別的事物
• 屬性：實體具有的某一特性稱為屬性
• 碼：唯一標識實體的屬性集，例如學號是學生主體的碼
• 實體型：具有相同屬性的實體必然具有共同的特徵和性質。用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，成為實體型。例如 學生（學號，姓名，性別，院系）
• 實體集：同一型別實體的集合稱為實體集。例如全體學生就是一個實體集
• 聯絡：一對一、一對多、多對多

E-R圖：實體-聯絡方法（Entity-Relationship approach），描述概念模型的一種方法。

資料模型的組成：

• 資料結構
  

• 資料操作
  

• 資料的完整性約束條件
  

邏輯模型

主要的邏輯模型：

物理資料模型

常用的資料模型

層次模型

層次資料模型是用樹狀<層次>結構來組織資料的資料模型。

一個例子：

網狀模型

用有向圖表示實體和實體之間的聯絡的資料結構模型稱為網狀資料模型。

一個例子：

關係模型

關係模型是最重要的一種資料模型，關係模型對應的資料庫是關係型資料庫，這是目前應用最多的資料庫。

關係模型建立在嚴格的數學概念的基礎上，關係模型由一組關係組成，每個關係的資料結構是一張規範的二維表。

關係模型的操作物件和操作結果都是關係 。

幾個概念：

• 關係：一個關係對應一張表
• 元組：表中的一行就是一個元組
• 屬性：表中的一列就是一個屬性，每個屬性有屬性名
• 碼（碼鍵）：是表中的某個屬性組，可以唯一確定一個元組（例如學生表中的學號可以唯一確定一個學生，也就是這個關係中的碼）。
• 域：一組具有相同資料型別的值的集合。屬性的值來自某個域。可類比數學裡的“值域”。比如人的年齡在1-120歲之間
• 分量：元組中的一個屬性值，關係的每個分量必須是一個不可分的資料項
• 關係模式：對關係的描述，一般表示為 關係名（屬性1，屬性2，屬性2，…）

關係模型的資料操縱：主要包括 查詢、插入、刪除、更新資料

關係的完整性約束條件：

• 實體完整性
• 參照完整性
• 使用者定義的完整性

關係模型的優缺點：

資料庫系統的結構

幾個概念：

• 型：資料模型中有關於“型”和“值”的概念。型是指對某一類資料的結構和屬性的說明，如學生記錄定義為（學號，姓名，性別，系別）這樣的記錄型
• 值：值是型的一個具體賦值，如（20200201，瑪麗，女，計算機）是上述記錄型的一個記錄值
• 模式：資料庫中全體資料的邏輯結構和特徵的描述，僅涉及型的描述，不涉及具體值，如學生選課資料庫模式中包含學生記錄、課程記錄、學生選課記錄
• 例項：模式的一個具體值稱為模式的一個例項。同一模式可以有多個例項。比如有一個具體的學生選課例項，包含2013年學校中所有學生的記錄、學校開設的所有課程的記錄和所有學生選課的記錄
• 模式是相對穩定的，例項是相對變動的。
  模式反映資料的結構及聯絡，例項反映資料庫某一時刻的狀態

資料庫系統的三級模式結構

資料庫系統的三級模式是資料的三種抽象級別，把資料的具體組織留給資料庫管理系統管理，使使用者能邏輯得、抽象地處理資料，而不必關心資料在計算機中的具體表示方式和儲存方式。

• 模式

• 外模式
  

• 內模式

三種模式的結構示意圖：

資料庫的二級映像功能

為了在系統內部實現內模式、模式、外模式三個抽象層次的聯絡和轉換，資料庫管理系統在這三級模式之間提供了兩層映像：

• 外模式/模式映像
• 模式/內模式映像

這兩層映像保證了資料較高的邏輯獨立性、物理獨立性。

• 外模式/模式映像

• 模式/內模式映像