数据库系统概论学习笔记

Posted 2020-10-07

数据库系统概论学习笔记（一）

时间：第一周     年级：大三    学生：南通大学网络工程何季生

2017.9.14

一.绪论

1.1数据库系统概述

  1.数据

    描述事物的符号记录称为数据。数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。例如93是一个数据，他可以是一位同学的成绩，也可以是他的体重，还可能是一个班的人数。

 

  2.数据库

    数据库顾名思义就是存放数据的仓库。严格来讲，数据是长期储存在计算机内，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，具有较小的亢余度（redundancy），较高的数据独立性(data independency)和易扩展性(scalability)，并为各种用户共享。

    数据库有三个基本特点：永久储存、有组织和可共享。

    冗余度也称做富裕度，就是从安全角度考虑多余的一个量，这个量就是为了保障仪器、设备或某项工作在非正常情况下也能正常运转。

    数据独立性是指应用程序和数据结构之间相互独立, 互不影响。数据独立性包括数据逻辑独立性和数据物理独立性。

    扩展性就是可以升级的程度，扩展性越高能升级的空间就越大。

 

  3.数据库管理系统

    数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。数据库管理系统和操作系统一样是计算机的基础软件。

    他的主要功能如下：

    1.数据定义：DBMS提供数据定义语言DDL（Data Definition Language），供用户定义数据库的三级模式结构、两级映像以及完整性约束和保密限制等约束。DDL主要用于建立、修改数据库的库结构。DDL所描述的库结构仅仅给出了数据库的框架，数据库的框架信息被存放在数据字典（Data Dictionary）中。

    2.数据操作：DBMS提供数据操作语言DML（Data Manipulation Language），供用户实现对数据的追加、删除、更新、查询等操作。

    3.数据库的运行管理：数据库的运行管理功能是DBMS的运行控制、管理功能，包括多用户环境下的并发控制、安全性检查和存取限制控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理、事务的管理和自动恢复，即保证事务的原子性。这些功能保证了数据库系统的正常运行。

    4.数据组织、存储与管理：DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等，需确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率，选择合适的存取方法提高存取效率。

    5.数据库的保护：数据库中的数据是信息社会的战略资源，所以数据的保护至关重要。DBMS对数据库的保护通过4个方面来实现：数据库的恢复、数据库的并发控制、数据库的完整性控制、数据库安全性控制。DBMS的其他保护功能还有系统缓冲区的管理以及数据存储的某些自适应调节机制等。

    6.数据库的维护：这一部分包括数据库的数据载入、转换、转储、数据库的重组合重构以及性能监控等功能，这些功能分别由各个使用程序来完成。

    7.通信：DBMS具有与操作系统的联机处理、分时系统及远程作业输入的相关接口，负责处理数据的传送。对网络环境下的数据库系统，还应该包括DBMS与网络中其他软件系统的通信功能以及数据库之间的互操作功能。

 

  4.数据库系统

    数据库系统（database system）是由数据库（database）、数据库管理系统（database management system及其应用开发工具）、应用程序（application）和数据库管理员（database administrator）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

    DBS includes DB、DBMS、DBA、APP。

 

  5.数据管理技术的发展

    人工管理阶段→文件系统阶段→数据库系统阶段。

 

1.2 数据模型

  数据模型也是一种模型，他是对现实世界数据特征的抽象，就是现实世界的模拟。数据模型是数据库系统的核心和基础。

  1.两类数据模型

    数据模型应该满足三个方面要求：一是能够比较真实地模拟现实世界，二是容易被人理解，三是便于在计算机上实现。

    数据模型根据应用的不同目的分为两类：第一类是概念模型（conceptual model），第二类是逻辑模型和物理模型。

    概念模型：按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。（不适合计算机）

    逻辑模型：主要包括层次模型（hierarchical model）、网状模型（network model）、关系模型（relational model）、面对对象数据模型（object oriented data model）和对象关系数据模型（object relational data model）、半结构化数据模型（semistructured data model）等，他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。

          层次模型是指用一颗“有向树”的数据结构来表示表示各类实体以及实体间的联系，树中每一个节点代表一个记录类型，树状结构表示实体型之间的联系。层次模型是最早用于商品数据库管理系统的数据模型。

 

           优点：记录间的联系通过指针实现，查询效率较高。

         缺点：只能表示1：N关系；由于树形结构层次顺序严格和复杂，导致数据的查询和更新操作也较为复杂，故编写程序很复杂。

 

 

         网状模型：用网络结构表示实体类型及其实体之间联系的模型。顾名思义，一个事物和另外的几个都有联系，这样构成一张网状图。

网状模型是一种可以灵活地描述事物及其之间关系的数据库模型。最早由美国的查尔斯·巴赫曼发明。

 

             优点：记录间的联系通过指针实现，查询效率较高；一个M：N联系也可以通过分拆成两个1：N联系来实现。

          缺点：编写程序较为复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构。

 

 

          关系模型：关系实际上就是关系模式在某一时刻的状态或内容。也就是说，关系模式是型，关系是它的值。关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。但在实际当中，常常把关系模式和关系统称为关系，读者可以从上下文中加以区别。

 

          关系模型与层次模型、网状模型最大的差别是用关键字，而不是用指针来检索数据，表格易于用户理解，SQL语言作为关系数据库的标准化语言，得到了广泛应用。

          典型的关系型数据库产品有DB2、ORACLE、SYBASE、INFORMIX、Access。

            2.为了把现实世界中的具体事物抽象、组织成某一数据库管理系统支持的数据模型，人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。

              现实世界→信息世界→机器世界

七.数据库设计

7.1数据库设计概论

      数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造（设计）优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效的存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。

      信息管理要求：在数据库中应该存储和管理哪些数据对象。

      数据操作要求是指对数据对象需要进行哪些操作，如查询、增、删、改、统计等操作。

      数据设计的目标是为用户和各种应用系统提供一个信息基础设施和高效运作环境。高效的运行环境指数据库数据的存取效率、数据库存储空间的利用率、数据库系统运行管理的效率等都是高的。

7.1.1数据库设计的特点

      三分技术，七分管理，十二分基础数据。十二分基础数据强调了数据的收集、整理、组织和不断更新是数据库建设中的重要环节。

 

      结构（数据）设计和行为（处理）设计相结合。数据库设计应该和应用系统设计相结合。也就是说整个设计过程中要把数据库结构设计和对数据的处理设计密切结合起来。

7.1.3数据库设计的基本步骤

      6个阶段

      需求分析

      概念结构分析

      逻辑结构分析

      物理结构分析

      数据库实施

      数据库运行和维护

      在设计过程中，需求分析和概念结构设计可以独立于任何数据库管理系统进行（与程序员关系不大。。。。），逻辑结构设计和物理结构设计与选用的数据库管理系统密切相关。