目录
一.数据库系统概述
1.数据库的四个基本概念
2.数据管理技术的产生及发展
二.数据模型
两类数据模型
概念模型
逻辑模型
三.数据库系统的结构
三级模式结构
二级映像功能与数据独立性
外模式|模式映像——包含在外模式当中
模式|内模式映像——包含在模式当中
一.数据库系统概述
1.数据库的四个基本概念
数据:描述事物的符号记录。可以是数字、文字、图形、音频、视频等。
数据库DB:数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点。
数据库管理系统DBMS:数据库管理系统和操作系统一样是计算机的基础软件。主要功能包括{数据定义功能;数据组织、存储和管理;数据操纵功能;数据库的事务管理和运行管理;数据库的建立和维护功能;其他功能}
数据库系统DBS:数据库系统是由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
2.数据管理技术的产生及发展
数据管理三个阶段的比较:
人工管理阶段 | 文件系统阶段 | 数据库系统阶段 |
数据不保存 | 数据可以长期保存 | |
应用程序管理程序 | 由文件系统管理数据 | 数据库管理系统管理程序 |
数据不共享 | 数据共享性差,冗余度大 | 数据共享性高,冗余性小 |
数据不具有独立性 | 数据独立性差 | 具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 |
数据库系统的特点:
- 数据结构化——数据库的主要特征之一,也是数据库系统与文件系统的本质区别
- 数据的共享性高,冗余性低且易扩充
- 数据独立性高——数据独立性包括物理独立性和逻辑独立性。物理独立性指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相互独立的;逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。
- 数据由数据库管理系统统一管理和控制——数据的安全性保护;数据的完整性检查(数据的完整性指数据的正确性、有效性和相容性);并发控制;数据库恢复。
二.数据模型
数据模型是严格定义的一组概念的集合。通常由数据结构、数据操作和数据的完整性约束条件三部分组成。
- 数据结构——描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。、
- 数据操作——数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。
- 数据的完整性约束条件——一组完整性规则。
两类数据模型
数据模型是数据库的核心和基础。根据应用的目的不同,可分为两类:第一类是概念模型(面向用户),第二类是逻辑模型和物理模型(面向计算机)。
概念模型
概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。概念模型通常用E-R图来描述现实世界的概念模型。
信息世界主要涉及以下一些概念:
实体:客观存在并可相互区别的事物。
属性:实体所具有的某一特性。
码:唯一标识实体的属性。
实体型:用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体,称为实体型。
联系:实体之间的联系通常是指不同使用实体集之间的联系。实体之间的联系有一对一,一对多,多对多等多种联系。
逻辑模型
数据库中主要的逻辑模型有:层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型。
层次模型(半结构化)
- 有一个节点没有父节点,这个节点即根节点。
- 其他节点有且仅有一个父节点。
缺点:不能直接表示多对多的实体联系,必须分解为几个一对多的联系才能表示出来。
网状模型(半结构化)
- 可以有一个以上的节点无父节点。
- 至少有一个节点有多于一个的父节点。
缺点:结构比较复杂
关系模型(结构化)
数据结构:表
关系模型是用二维表格来表示实体及其相互之间的关系,每个二维表称为一个关系。每个关系均有一个名字,称为关系名。
三.数据库系统的结构
在用户(或应用程序)到数据库之间,DB的数据结构有三层模式:外模式、模式和内模式;在这三级模式之间有两层映像:外模式/模式映像和模式/内模式映像。
三级模式结构
数据库系统的三级模式结构
模式 | 外模式 | 内模式 | |
名称 | 逻辑模式 | 子模式或用户模式 | 存储模式 |
概念 | 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。 | 是数据库用户(包括应用程序员和和最终用户)能够看见的和使用的局部数据的逻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。 | 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组织方式。 |
数量(一个数据库内的) | 一个 | 多个 | 一个 |
模式描述的是全局逻辑结构,外模式描述的是局部逻辑结构,内模式描述的是物理结构。
二级映像功能与数据独立性
外模式|模式映像——包含在外模式当中
- 保证了数据的逻辑独立性:逻辑变化,应用程序不变
- 模式改变,修改外模式|模式映像,使外模式不变
模式|内模式映像——包含在模式当中
- 定义了数据的全体逻辑结构和存储结构之间的对应关系:如某个逻辑记录对应哪个存储结构
- 保证了数据物理独立性:数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。
- 逻辑结构改变,修改模式|内模式映像使逻辑结构不变
模式(也叫概念模式)是内模式的逻辑表示,内模式是模式的物理实现,子模式是模式的逻辑子集
物理独立性:数据的物理存储改变了,逻辑结构可以不用改变。
逻辑独立性:数据的逻辑结构改变时,用户程序也可以不变。
前者通过E-C映像实现,后者通过C-I映像实现
这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。
补充:
数据模型和数据模式的区别
一、数据模型
数据(data)是描述事物的符号记录。模型(Model)是现实世界的抽象。数据模型(Data Model)是数据特征的抽象,是数据库管理的教学形式框架。
(一)数据模型所描述的内容包括三个部分:数据结构、数据操作、数据约束。
数据结构:数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据结构是数据模型的基础,数据操作和约束都建立在数据结构上。不同的数据结构具有不同的操作和约束。
数据操作:数据模型中数据操作主要描述在相应的数据结构上的操作类型和操作方式。
数据约束:数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系、他们之间的制约和依存关系,以及数据动态变化的规则,以保证数据的正确、有效和相容。
(二)数据模型按不同的应用层次分成三种类型:分别是概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。
概念数据模型(Conceptual Data Model):简称概念模型,是面向数据库用户的实现世界的模型,主要用来描述世界的概念化结构,它使数据库的设计人员在设计的初始阶段,摆脱计算机系统及DBMS的具体技术问题,集中精力分析数据以及数据之间的联系等,与具体的数据管理系统(Database Management System,简称DBMS)无关。概念数据模型必须换成逻辑数据模型,才能在DBMS中实现。
逻辑数据模型(Logical Data Model):简称数据模型,这是用户从数据库所看到的模型,是具体的DBMS所支持的数据模型,如网状数据模型(Network Data Model)、层次数据模型(Hierarchical Data Model)等等。此模型既要面向用户,又要面向系统,主要用于数据库管理系统(DBMS)的实现。
物理数据模型(Physical Data Model):简称物理模型,是面向计算机物理表示的模型,描述了数据在储存介质上的组织结构,它不但与具体的DBMS有关,而且还与操作系统和硬件有关。每一种逻辑数据模型在实现时都有起对应的物理数据模型。DBMS为了保证其独立性与可移植性,大部分物理数据模型的实现工作又系统自动完成,而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。
在概念数据模型中最常用的是E-R模型、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型。在逻辑数据类型中最常用的是层次模型、网状模型、关系模型。 三级模式结构:外模式、概念模式和内模式。
注意:由上面分析可知,概念由大到小为:模型——逻辑数据模型——模式。故模型是大概念,模式是小概念。 ————————————————