第一章-緒論

1.1 資料庫系統概述：

• 1.1.1資料庫的4個基本概念

• 資料庫的四個基本概念 - 資料 - 資料庫 - 資料庫管理系統 - 資料庫系統
• 資料：資料是資料庫中存盤的基本物件
  • 資料是描述事物的一個符號，可以描述數字、圖形、聲音、語言等待，但都要經過數字化后存入計算器
• 資料庫(簡稱DB)：資料庫是長期存盤在計算機內，有組織、可共享的大量資料的集合
  • 有組織：統一存放，如全部在D盤，全部在E盤
  • 可共享：可以多個程式員使用，共同使用
• 資料庫管理系統(簡稱DBMS)：資料庫管理系統的作用就是，科學地組織和存盤資料，高效地獲取和維護資料
  • 資料庫管理系統的主要功能：
    • 資料的定義：DMBS提供資料定義語言(簡稱DML)，用戶可以通過它方便地對資料中的資料物件進行定義
    • 資料組織、存盤和管理：DBMS要分類組織、存盤和管理各種資料，包括資料字典、資料、資料的存盤路徑
    • 資料操縱功能：用戶可以使用DMBS提供的DML對資料庫進行增刪改查等基本操作
    • 資料庫的事務管理和運行管理：資料庫中建立、運用和維護時由資料庫管理系統統一管理、統一控制，以保證資料的安全性、完整性、多用戶資料并發性以及發生故障后的系統恢復
    • 資料庫的建立和維護功能：資料庫初始資料輸入、轉換功能，資料庫的存盤、資料庫的重組織功能和性能監視、分析功能等
• 資料庫系統(簡稱DBS )：資料庫系統一般由于資料庫，資料庫管理系統、應用系統、資料庫管理員構成
  • 資料庫系統在計算機中屬于在：基礎軟體普通　　
  • 　　 

• 1.1.2資料管理技術的產生和發展　

• 資料庫管理技術經歷了：人工管理、檔案系統、資料庫系統3個階段
• 為什么會有不同的資料管理階段？ 因為依據的計算機的發展階段，從沒有計算機作業系統到有檔案系統在到資料庫管理系統
• 人工管理特點：
  • 資料不保存(因為當初是用紙帶來表示0和1，計算機讀取完就完了，怎么可能保存)
  • 應用程式管理資料(程式和資料系結，程式沒了資料就沒了，不是分開執行)　
  • 資料不共享(都不能保存，怎么共享)
  • 資料不具有獨立性(因為資料和程式是系結在一起的)
• 人工管理缺點：資料的邏輯結構或管理結構發生變化后，必須對程式做向右的修改，加最了程式員的負擔　　　
• 檔案系統特點：
  • 資料可以長期保存(可以保存到計算機的檔案里面)
  • 由檔案系統管理資料　　
• 檔案系統缺點：
  • 資料共享差，冗余度大(如：可能一個檔案系統只能一個程式員使用，檔案和檔案中不能共享，冗余：檔案中的相同欄位過度重復)
  • 資料獨立性性差
• 資料庫系統特點：
  • 資料結構化(如：學生管理系統，學生的個人資訊按一定的結構保存起來，學生的選課按一定的結構保存起來)
  • 資料共享性高，冗余低，易擴充
  • 資料獨立性高
  • 資料由DBMS統一管理和控制　　

1.2資料模型

      什么是資料模型？對現實世界資料特征的抽象(如：觀察某個事物的特征，按照它的特征去建立一個模型，在按照整個模型去創建資料庫)

• 1.2.1兩類資料模型
• 資料庫模型應滿足三個方面要求：
  • 能比較真實地模擬現實世界
  • 容易為人理解(如：技術的模型的欄位，要看了就知道，姓名就是姓名，不用用abc去使用)
  • 便于在計算機上實作(如：二維表就容易實作，二維表拆分了就不容易實作)　
• 根據模型應用的不同目的，可以分為兩類：
  • 第一類概念模型：
    • 概念模型也稱資訊模型，它是按用戶的觀點來對資料和資訊建模，主要用于資料庫設計
    • (這一階段，就是按照用戶對資訊的理解來建設資料庫)
  • 第二類是邏輯模型和物理模型：
    • 邏輯模型：邏輯模型保包含了層次模型(樹一樣的)、網狀模型、關系模型、面向物件模型和物件關系模型等，它是按計算機系統的觀點的資料建模，主要用于DBMS的實作
    • 物理模型：物理模型是對資料最底層的抽象，它描述資料在系內部的表示方式和采取方法，在磁盤或磁帶上的存盤方式和采取是面向計算機系統的

• 1.2.2資料模型的組成要素

• 資料模型通常由資料結構、資料操作和完整性約束三部分組成
• 資料結構：資料結構描述資料的組成物件以及物件之間的聯系，資料結構是所描述的想型別的集合，是對系統靜態特征的描述
• 資料操作：資料庫主要由查詢和更新(插入、洗掉、修改)兩大類操作，資料操作是都對系統動態特征的描述
• 完整性約束：資料的完整性約束條件是一組完整性規則
  • 例：在某表中，張三的id是001，就不能在另一個表001是李四
  • 例：在關系模型中，任何關系必須滿足物體完整性和參照完整性兩個條件*(物體完整性是：唯一標識(key)）

• 1.2.3概念模型

• 概念模型是現實世界到機器世界的一個中間層，表現為：(機器世界 == 計算機)
  • 概念模式用于資訊世界的建模
  • 現實世界到資訊世界的第一層抽象
  • 資料庫設計人員進行資料庫設計的有力工具
  • 資料庫設計人員和用戶之間進行交流的語言
  • 概念模型要求：
    • 具有較強的語意表述能力
    • 能夠方便、直接的表述應用中的各種語意知識
    • 簡單、清晰、易于用戶理解
• 資訊世界中的基本概念：
  • 物體：客觀存在并相互區別的事物稱為物體，物體可以是具體的事、物，也可以是抽象的概念或聯系
    • 例：一個學生、一個部門、一門課、選擇等都是物體
  • 屬性：物體所具有的某一個特征稱為屬性，一個物體有若干個屬性
    • 例：一個學生物體，它是由，學號、姓名、性別等屬性組合構成
  • 碼(關鍵字)：唯一標識物體的屬性集稱為碼
    • 例：通過該碼能確定一條資訊，如身份證就能確定某個人
  • 域：域是一組具有相同資料型別的值的集合，屬性的取值范圍來自某個域
    • 例：學號的域為8位整數，學生年齡的域為整數，性別的域是男和女
  • 物體型:具有相同屬性的物體，必然具有共同的特征和性質，用物體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類物體，稱為物體型
    • 例：學生都有姓名、年齡、學號，張三有李四有，把它們都有的特征歸納，為學生就是一個物體型
      • 說白了就是把公共的取出來，形成一個共同有的物體
  • 物體集：同一型別的集合稱為物體集
    • 例：全體學生就是一個物體集
  • 聯系：在現實世界中，事物內部以及事物之間是有聯系的，這些聯系在資訊世界在反映為物體(型)內部的聯系和物體(型)之間的聯系
    • 物體內部的聯系通常是指組成物體的各屬性之間的聯系，物體之間的聯系通常是指不同物體集之間的聯系
    • 例：老師教學生是一種聯系(不同物體集的聯系)，班長管學生是一種聯系(同一類的聯系)
• 兩個物體型之間的聯系：
  • 一對一聯系：
    • 物體集(A)中每一個物體，物體集B中至多有一個(也可以沒有)，物體之間的聯系
    • 例：一個班只有一個班長 就是一對一(物體A就是班級 物體B就是班長)　
  • 一對多聯系(1：n)：
    • 物體集(A)中的每一個物體，和物體集(B)中的多個物體(也可以沒有)與之聯系
    • 例：一個班有多個學生 就是一對多(物體A就是班級 物體B就是學生)
  • 多對多聯系(m：n):
    • 物體集(A)中的每一個物體，物體集(B)中有n個物體與之聯系，分之物體集(B)中每一個物體和物體集(A)中有n個物體與之聯系
    • 例：一門課程有若干個學生選修，而每一個學生可以同時選修多門課程 （物體A就是課程 物體B就是學生,反之）
• 兩個以上的物體型之間的聯系：
  • 兩個以上的物體型之間也存在一對一，一對多，多對多聯系
  • 一對一：
  • 
  • 一對多：
  • 

• 單個物體型內的聯系：

  • 同一個物體集內的各物體也存在一對一、一對多、多對多

  • 一對一：

  •  

• 概念模型的一表示方法：物體-聯系圖(E-R圖)：

  • E-R圖就是把現實世界中的需求和物體之間的聯系通過E-R圖表示出來，在根據E-R圖設計出二維表　

  • E-R圖提供了表示物體、屬性和聯系的方法

    • 物體型：用矩形表示

    • 屬性：用橢圓形表示

    • 聯系：用菱形表示　

  • 

• 1.2.4最常用的資料模型：

• 最常用的資料模型有：層次模型、網狀模型、關系模型、面向物件模型、物件關系模型，關系模型用的最多

• 1.2.5關系模型：

• 關系資料模型的資料結構：
  • 關系：一個關系通常說的是一張表 
  • 元組：表中一行，為一個元組
  • 屬性：表中的一列，為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名　
  • 例：
  • 
  • 碼：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組(如：學號、身份證號，通過該值去確定一行元組)
    • 在概念模型的時候也有碼：但是概念模式的碼指的是，通過一個碼去確定一個物體(如：學生物體通過學號去確定該物體)　
  • 域：屬性的取值范圍
  • 分量：元組中的一個屬性值
  • 關系模型：對關系的描述，一般表示為：關系名(屬性1,屬性2,屬性3...)
• 關系資料模型的操縱與完整性約束：
  • 關系資料模型的操作主要包括查詢、插入、洗掉和更新資料，但這些操作必須滿足關系的完整性約束條件
    • 關系的完整性約束條件包括三大類：
      • 物體完整性(物體可指的是一個人)
      • 參照完整性(選課表就要參照學號，專業)
      • 用戶定義的完整性(像教師65退休，就是用戶自己定義的)　
• 關系資料模型的優點：
  • 關系模型與格式化模型不同，它是建立在嚴格的資料概念的基本上
  • 關系模型的概念單一(就是我操作的二維表，得出來的結果還是二維表)
  • 關系模型的存取路徑對用戶透密，從而有跟高的資料獨立性、安全保密性，也簡化了程式員的資料庫開發
    • 用戶透明：用戶只管用，不用管資料從哪來，例：如去查成績，用就行了

1.3資料庫的系統結構：

• 1.3.1資料庫系統模式的概念：
  • 模式是資料庫中全體資料的邏輯結構和特征的描述，同一個模式可以有很多實體
  • 例：一個學校有100個學生，都有身高、體重、年齡(這就是一個模式),但它們的身高、體重、年齡都不一樣(很多實體)
• 1.3.2資料庫系統的三級模式結構：
• 模式：模式也稱邏輯模式，是資料庫中全體資料的邏輯結構和特征的描述是所有用戶的公共資料視圖
• 外模式：外模式也稱子模式或用戶模式，它是資料庫用戶能夠看見和使用的區域資料的邏輯結構和特征的描述，是資料庫用戶的資料視圖
• 內模式：內模式也稱存盤模式，一個資料庫只有一個內模式，它是資料物理結構和存盤方式的描述，是資料在資料庫內部的組織方式
• 注意：
  • 外模式通常是模式的子集，一個資料庫可以有多個外模式
    • 例：我在查詢成績時只是查詢到了一部分，這是一個外模式，還有很多沒看到的有是一個外模式
  • 同一個外模式可以為某一用戶的多個應用系統使所使用，一個應用程式只能使用一個外模式
    • 例：查詢成績用的是一個外模式，列印成績用的是同一個外模式
    • 例：只能用一個外模式：查詢成績，說白了就是按鈕一定的規則去訪問
  • 外模式是保證資料庫按性的一個有力措施，每個用戶只能看到和訪問所對應的外模式中的資料，資料庫中的其余資料是看不到的
    • 例：外模式是想讓你看見的，其余的資料你是看不到的也不到存盤在哪　　　　　　　　　
• 

• 1.3.3資料庫的二級映像概念與資料獨立性

  • 外模式/模式映像

  • 模式/內模式映像

  • 兩層映像保證了資料庫系統中的資料能夠具有較高的李連杰獨立性和物理獨立性

    • 物理獨立性:例：當資料庫的存盤結構改變(如:增加新的關系)由資料庫管理員對模式/內模式映像作相當于的改變，可以使模式保存補不變，從而應用程式也不必改變，白癡了資料和程式的物理獨立性

1.4資料庫系統的組成：

• 資料庫系統一般由資料庫、資料庫管理系統(及其開發工具)應用系統和資料庫管理員構成
• 硬體平臺及資料庫：
  • 硬體要求：
    • 要由足夠大的記憶體，存放支持系統、資料庫管理系統的核心模塊、資料緩沖區和應用程式
    • 由足夠的大的磁盤或磁盤陣列等設備存放資料庫，有足夠的磁帶(或光碟)作資料備份
    • 系統有較高的通道能力，以提高資料傳輸效　
  • 軟體要求：
    • 資料庫管理系統，資料庫管理系統是為資料庫的建立，使用和維護配置的系統軟體
    • 組成資料庫管理系統的運行的作業系統
    • 具有與資料庫介面的高級語言及編譯系統，便于開發應用程式
    • 以資料庫管理系統為核心的應用開發工具
    • 為特定應用環境開發的資料庫應用系統
• 人員：
  • 資料庫管理員、系統分析員、資料庫設計人員、應用程式員、用戶
  • 用戶 - 使用
  • 應用程式 - 使用(如：java開發寫程式去訪問資料庫)
  • 資料庫管理員 - 管理
    • 資料庫管理員職責：
      • 決定資料庫的內容和邏輯結構、存盤結構
      • 確定資料的安全性要求和完整性約束性條件
      • 監控資料庫的使用和運行，維護資料庫
      • 決定資料庫的存盤結構和存盤策略
      • 發負責資料庫的改進和重組重構　　
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