数据库系统概论第四版王珊萨师煊第一章知识点Word格式.docx

1、数据库技术的产生和发展 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,是数据处理的中心问题。数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统3个阶段。人工管理阶段:科学计算;无直接存取存储设备;没有操作系统;数据处理方式是批处理。特点:数据不保存、应用程序管理数据、数据不共享、数据不具有独立性。文件系统阶段:科学计算、数据管理;磁盘、磁鼓存取存储;有文件系统;数据处理方式是联机实时处理和批处理。数据可以长期保存、由文件系统管理数据、但仍然存在数据共享性差,冗余度大、数据独立 性差的缺点。数据库系统阶段:进行大规模数据管理;有了大容量磁盘、磁盘阵列;有数据库管理系统;数据处理方式有联机实时处理、

2、分布处理、批处理。数据库系统的特点 数据库系统与人工管理和文件系统相比的特点有:1.数据结构化 数据库系统实现整体数据的结构化,这是数据库系统与文件系统的本质区别。所谓整体数据的结构化指数据不仅针对某一应用,而是面向全组织,且数据之间是具有联系 2.数据的共享性高,冗余度低、易扩充 数据共享可以大大减少数据冗余,节约存储空间,还能避免数据之间的不相容性与不一致性。3.数据独立性高 包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。数据独立性由DBMS的二级映像功能来保证。4.数据由DBMS统一管理和控制 由于数据库的共享是并发的共享,即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至是存储同一 个数据,因而DBM

3、S必须提供几方面的数据控制功能:1）数据的安全性保护 2）数据的完整性检查 3）并发控制 4）数据库恢复 数据模型 数据模型是对现实世界数据特征的抽象,它是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作的。两大类数据模型 根据模型应用的不同目的,数据模型划分为两类:第一类是概念模型。也称信息模型,是按照用户的观念对数据和信息建模,主要用于数据库设计。第二类是逻辑模型和物理模型。逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、面向对象模型和对象关系模型等。它是按照计算机系统的 观点对数据建模,主要用于DBMS的实现。物理模型是对数据最低层的抽象,描述数据在系统内部的表示方式和存取方式,在磁盘或磁带上的 存储方式和存

4、取方式,是面向计算机系统的。数据模型是数据库系统的核心和基础。数据模型的组成要素 数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。一般地讲,数据模型是严格定义的一组概念的集合,这些概念精确的描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。数据结构:描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。在数据库系统中通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。数据结构是所描述的对象类型的集合,是对系统静态特性的描述。数据操作:指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合,包括操作及有关的操作规则。主要有查询和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。数据操作时对系统动态特性的描述。数据的完整性

5、约束条件:即一组完整性规则,是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存条件,用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化,以保证数据的正确、有效、相容。概念模型 概念模型用于信息世界的建模,是现实世界到信息世界的第一层抽象。信息世界中的基本概念:实体:客观存在并可相互区别的事物。既可以是具体的人事物,也可以是抽象的概念或联系。属性:实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干属性刻画。码:唯一标识实体的属性集。域:一组具有相同数据类型的值的集合。属性的取值范围来自某个域。实体型:用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体,成为实体型。实体集:同一类型实体的集合。联系:实体（型）内部的联系和

6、实体（型）之间的联系。两个实体型之间的联系可分为三种:一对一联系（1:1） 对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有一个（也可以没有）实体与之联系,反之亦然。一对多联系（1:n） 对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有n个实体（n0）与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中至多只有一个实体与之联系。多对多联系（m:对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有n个实体（n0）与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中也有m个实体（m0）与之联系。两个以上的实体型之间的联系 要注意,3个实体型之间多对多的联系和3个实体型两两之间的（3个）多对多联系的语义是不同的

7、。多实体型之间一对多联系的定义:若实体型E 1,E 2 ,E n 之间存在联系,对于实体型 E j （j=1,2,i-1,i+1,n）中的给定实体,最多只和Ei中的一个实体相联系,则说E i 与 ,E i-1 ,E i+1 之间的联系是一对多的。单个实体型内的联系 概念模型的一种表示方法:实体-联系方法 实体-联系方法用E-R图来描述现实世界的概念模型,E-R方法也成为E-R模型。E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法:用矩形表示,矩形框内写明实体名。用椭圆形表示,并用无向边将其与相应的实体型连接起来。用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别与有关实体型连接起来,同时在无 向边旁标上

8、联系的类型（1:1,1:n或m:最常用的数据模型 层次模型和网状模型统称为格式化模型。在格式化模型中,实体用记录表示,实体的属性对应记录的数据项（或字段）。实体之间的联系在格式化模型中转换成记录之间的两两联系。格式化模型中的数据结构的单位是基本层次联系。所谓基本层次联系是指两个记录以及它们之间的一对多的联系。层次模型 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。层次数据模型的数据结构:满足以下两个条件的基本层次联系的集合为层次模型:有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点成为根节点。根以外的其他节点有且只有一个双亲结点。在层次模型中,同一双亲的子女结点成为兄弟结点,没有子女结点的结点成为叶

9、结点。层次模型的一个基本特点:任何一个给定的记录纸只有按其路径查看时,才能显示出它的全部意义,没有一个子女记录纸能脱离双亲记录值而独立存在。多对多联系在层次模型中的表示:层次模型中表示多对多联系,需将多对多联系分解成一对多联系,分解方法有两种:冗余结点法和虚拟结点法。层次模型的数据操纵与完整性约束:插入操作,如果没有相应的双亲结点值就不能插入它的子女结点值。删除操作,如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除。层次数据模型的存储结构:邻接法:按照层次树前序穿越的顺序把所有记录纸依次邻接存放,即通过物理空间的位置相邻来体现（或隐含）层次顺序。链接法:用指针来反映数据之间的层次联系。子女-

10、兄弟链接法:每个记录设两类指针,分别指向最左边的子女和最近的兄弟。层次-序列链接法:按树的前序穿越顺序链接各记录值。层次模型的优缺点:优点:数据结构比较简单清晰;查询效率高;提供了良好的完整性支持。缺点:现实世界中很多联系是非层次性的;一个结点具有多个双亲等,层次模型表示这类联系的方法很笨拙,对插入和删除操作的限制 比较多;查询子女结点必须通过双亲结点;由于结构严密,层次命令趋于程序化。网状模型 网状数据模型的数据结构:满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型:允许一个以上的结点无双亲;一个结点可以有多于一个的双亲。网状模型中要为每个联系命名,并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录。网状

11、数据模型的操纵与完整性约束:DBTG在模式DDL中提供了定义数据库完整性的概念和语句,有 支持记录码的概念;保证一个联系中双亲记录和子女记录之前是一对多的联系 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件。网状数据模型的存储结构:链接法（包括单向链接、双向链接、环状链接、向首链接等）,此外还有指引元阵列法、二进制阵列法、索引法等。网状数据模型的优缺点:能更为直接地描述现实世界;具有良好的性能,存取效率较高。结构比较复杂,不利于最终用户掌握;网状模型的DDL、DML复杂,并且要嵌入某一种高级语言中。用户不容易掌握,不容易使用。关系模型 关系数据模型的数据结构:从用户观点看,关系模型由一组关系组成。每个

12、关系的数据结构是一张规范化的二维表。关系模型中的一些术语:关系:一个关系对应一张表;元组:表中的一行即为一个元组;表中的一列即为一个属性;也成为码键。表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组,也就成为本关系的码;属性的取值范围;分量:元组中的一个属性值;关系模式:对关系的描述,一般表示为关系名（属性1,属性2,属性n）关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,也就是说,不允许表中还有表。关系数据模型的操纵与完整性约束:关系的完整性约束条件包括三大类:实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。关系模型中的数据操作都是集合操作,操作对象和操作对象都是关系,即若干元组的集合。关系数据模型的存储结构

13、关系数据模型的优缺点:建立在严格的数学概念的基础上;概念单一,数据结构简单、清晰,用户易懂易用;存取路 径对用户透明,从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性,简化了程序员的工作和数据库开 发建立的工作。由于存取路径对用户透明,查询效率不如格式化数据模型。数据库系统结构 从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三级模式结构,这是数据库管理系统内部的系统结构;从数据库最终用户角度看,数据库系统的结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户/服务器、浏览器/应用服务器/数据库服务器多层机构等,这是数据库系统外部的体系结构。数据库系统模式的概念 数据模型中有“型”和“值”的概念,模式是数据库

14、中全体数据的逻辑结构和特征的描述,仅涉及型的 描述,不涉及具体的值。模式的一个具体指成为模式的一个实例。模式是相对稳定的,而实例是相对变动的。模式反映的是数据的结构及其联系,而实例反映的是数据库 某一时刻的状态。数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成。模式:模式也称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个模式;定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构,而且要定义数据之间的联系,定义与数据有关的安全性、 完整性要求。外模式:也称为子模式或用户模式,它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻

15、辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。一个数据库可以有多个外模式;同一外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用,但一个应用程序只能使用一个外模式。内模式:也称存储模式,它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式;数据库的二级映像功能与数据独立性 外模式/模式映像:对于每一个外模式,都有一个外模式/模式映像,这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。当模式改变时,由数据库管理员对外模式/模式的映像作相应改变,可以使外模式保持不变。应用程 序是依据数据的外模式编写的,从而应用程序不必修改,保证了数据与程序的逻辑独

16、立性,简称数 据的逻辑独立性。模式/内模式映像:模式/内模式映像是唯一的,它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系,该映像定义通 常包含在模式描述中。当数据库的存储结构改变了,由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变,可以使模式保持不变, 从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性,简称数据的物理独立性,数据与程序之间的独立性,使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去。数据库系统的组成 硬件平台及数据库 足够大的内存,存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序;足够的大的磁盘或磁盘阵列等设备存放数据库,足够的磁带（或光盘）作数据备份;系统有较高的通道能力,提

17、高数据传送率。软件 DBMS;支持DBMS运行的操作系统;具有与数据库接口的高级语言及其编译系统,便于开发应用程序;以DBMS为核心的应用开发工具;为特定应用环境开发的数据库应用系统。人员 数据库管理员（DBA）:负责全面管理和控制数据库系统,具体职责包括:决定数据库中的信息内容和结构;决定数据库的存储结构和存储策略;定义数据的安全性要求和完整性约束条件;监控数据库的使用和运行;数据库的改进和重组重构。系统分析员和数据库设计人员 系统分析员负责应用程序的需求分析和规范说明,和用户及DBA相结合,确定系统的硬件软 件配置,并参与数据库系统的概要设计。数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。数据库设计人员必须参 加用户需求调查和系统分,然后进行数据库设计。应用程序员 应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块,并进行调试和安装。用户 最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库,最终接口方式有浏览器、菜单驱动、表格操 作、图形显示、报表书写等。最终用户可分为三类:偶然用户、简单用户、复杂用户。