2022年数据库技术基础知识 .pdf

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1、数据库技术基础1.1 数据库技术基本概念1.11 信息，数据与数据处理（1）信息：信息是现实世界事物的存在方式或运行状态的反映。信息具有可感知，可存储，可加工，可传递和可再生的自然属性。（2）数据：数据时描述现实世界事物的符号标记，是指用物理符号记录下来的可以鉴别的信息，数据的多种表现形式都可以经过数字化后存入计算机。（3）信息与数据的关联：数据是信息的符号表示，或称载体；信息是数据的内涵，是数据的语义解释。（4）信息处理的基本环节：人们将原始信息表示成数据，称为源数据，然后对这些源数据进行汇集，存储，综合，推导，从这些原始的，杂乱的，难以理解的数据中抽取或推导出新的数据，称为结果数据。信息的

2、价值与它的准确性，及时性，完整性和可靠性有关。1.12 数据管理技术的发展和数据库方法的特征（1）数据管理技术的产生和发展数据管理技术是指对数据的分类，组织，编码，存储，检索和维护的技术。数据管理技术经历了人工管理，文件系统和数据库系统三个阶段。（2）数据库系统方法的特征a.数据库系统自描述特点：数据库系统不仅包括数据库数据本身，还包括了定义和说明数据库数据的结构和约束条件。b.数据结构化：数据库使用数据模型来描述整个组织的数据结构，在描述数据时不仅描述数据本身，还要描述数据之间的联系，但对用户隐藏了数据存储和实现的细节。c.数据共享性高，冗余度小，易扩充：数据库数据是面向整个系统的，为用户提

3、供更广泛的数据共享，大大减小了数据的冗余度，避免了数据之间的不相容性和不一致性。d.数据独立性高：在数据库方法中，存储在数据库的数据词典中的数据文件结构与访问它的程序之间是相互分离的；通常把这种性质称为程序-数据独立性。e.统一的数据管理和控制：数据库对系统中的用户来说是可以同时存取的共享的资源，它由DBMS 进行统一的数据管理。1.13 数据库，数据字典，数据库管理系统，数据库系统（1）数据库 DB 与数据字典DD 数据库是按一定的结构组织，并可以长期储存在计算机内，具有某些内在的含义的，在逻辑上保持一致的，可共享的大量数据集合。数据库中的数据通常可以分为用户数据和系统数据两个部分。用户数据

4、是用户使用的数据；系统数据包括对数据库的描述信息，数据库的存储管理信息，数据库的控制信息，用户管理信息和系统事务管理信息等。系统数据也称数据字典或系统目录和元数据。（2）数据库管理系统（database management system DBMS）数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一个定义，操作，管理，构建和维护数据库的系统软件，是数据库和用户之间的一个接口，并为不同用户和应用程序之间共享数据库提供便利。（3）数据库系统（database system,DBS）数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。数据库系统一般由数据库，操作系统，数据库管理系统，应用程序，数据库管理员和数据

5、库用户构成。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -数据库系统中的硬件平台：包括计算机和网络，网络也已成为目前数据库系统的硬件平台，其结构形式主要有单机集中方式，客户机/服务器方式，浏览器/服务器方式。数据库软件平台包括：DBMS；支持DBMS 运行的操作系统或网络操作系统；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和特点应用环境开发的数据库应用系统。数据库系统中的人员包括：数据库管理员，系统分析员和数据库设计人员，应用程序员和最终用户。其中，数据库管理员的职责包括：决定数据库中的信息内容和结构，决定数据库的存储结

6、构和存储策略，定义数据的安全性要求和完整性约束，监控数据库的使用和运行，数据库的性能改进和定期对数据库进行重组或重构，以提高系统性能。1.14 数据库技术的研究领域数据库管理系统软件的研究：研究如数据库分析设计工具，数据库运行维护工具以及支持多种语言，多种数据库互联等；以及数据库的安全问题。数据库设计技术和方法的研究：主要研究数据库研究方法学和设计工具。数据库理论的研究：分布式数据库系统，并行数据库系统，知识库系统，多媒体数据库系统。1.2 数据模型1.21 数据模型的概念数据模型是用来描述数据库数据的结构，定义在结构上的操作以及数据间的约束的一组概念和定义，他描述了数据库的静态特征与静态行为

7、，为数据库的表示和操作提供框架。数据模型应满足三个要求：能比较真实地模拟现实世界容易为人们所理解便于在计算机上实现1.22 数据模型的要素数据模型通常由数据结构,数据操作和数据约束三个要素组成.数据结构:数据结构描述数据的静态特性,是数据模型的基础，它以一种统一的方式描述基本数据项的类型与性质以及数据与数据间的关系。数据操作：数据操作表示数据模型的动态行为。数据库主要有检索和修改两大类操作。数据约束：数据约束描述数据结构中数据间的语法和语义关联，包括相互制约与依存关系以及数据动态变化的规律，以保证数据的正确性，有效性和相容性。数据约束包括数据完整性约束，数据安全性约束以及并发控制约束等。数据约

8、束既刻画了数据静态特征，也表示了数据动态行为规则。1.23 数据模型的分类数据模型的可分为概念层模型，逻辑层模型和物理层模型。概念层模型：概念层模型是依客观需求对信息世界的建模，是现实世界到信息世界的语义抽象；概念模型一般要求表示简单，易于理解且具有较强的语义表达能力，它应该独立于具体的逻辑模型，并易于向数据库管理系统支持的逻辑数据模型转换；实体-联系模型，简称模型，是最常用的概念层模型。逻辑层模型：也称结构数据模型；逻辑模型主要描述数据的逻辑存储结构，数据结构和完整性约束；传统的逻辑模型是基于记录的模型，他们是 层次模型，网状模型和关系模型。面相对象数据模型是区别于传统的基于记录的逻辑模型，

9、它在面向对象概念的基础上在逻辑层面对数据建模，将客观世界的实体抽象为对象，通过对对象，对象标识，类，继承性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -等概念的刻画，以支持面型对象概念和机制；此外还有将关系模型与面向对象模型相结合所组成的 对象关系模型等。物理层模型：描述逻辑模型的物理实现，是数据库最低层的抽象，它确定数据的物理存储结构，数据存取路径以及调整，优化数据库的性能。物理模型的设计目标是提高数据库性能和有效利用存储空间。.24 概念数据模型 ER 模型概念数据模型或称概念模型，是现实世界到信息世界的抽象模型，主要用于数据库设计。概念模型用于信息世界的建模，与

10、具体的DBMS 无关。常用的概念模型有实体-联系模型，即ER 模型；扩充ER 模型，即EER 模型；面向对象模型OO 和语义数据模型。信息世界中的概念：实体：客观存在并可相互区别的事物称为实体属性：实体所具有的某一特性称为属性。一个实体由若干个属性来刻画。键和码：唯一标识实体的属性集称为键。域：属性的取值范围称为该属性的域。实体型：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。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。实体集：同型实体的集合称为实体集联系：在现实世界中，事务内部以及事务之间是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。两个实体型之间的联系分为

11、三类：一对一，一对多，和多对多。概念模型的表示方法实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性：用椭圆型表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。联系：用菱形表示，需要标注上联系的类型。1.25 常用的逻辑数据模型逻辑模型主要有：层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型以及对象-关系模型。(1)层次模型和网状模型层次模型主要反映现实世界中实体间的层次关系，是以树形 结构表示各类实体及他们的联系。采用邻接法，链接法，邻接-链接法 实现数据的存储链接。层次数据库系统的典型代表是IBM 公司的 IMS（information Management Systems）数据库管理系统。网状模型实现实体间

12、m:n 联系比较容易。记录之间的联系是通过指针实现的，常用链接法，另外还用阵列法，索引法。网状数据模型的典型代表是数据库系统语言研究会（CODASYL）下属的数据库任务组（Data-Base Task Group，DBTG）提出的 DBTG 系统。层次模型和网状模型提供的数据操作主要有查询，插入，删除和修改。（2）关系模型关系模型用二维表格结构表示各类实体及实体间的联系，一个关系数据库一般由多张二维表格组成，每张二维表称为一个关系；关系模型与网状模型，层次模型的最大区别是关系模拟用表格的数据而不是通过指针链来表示和实现实体间的联系。（3）面向对象数据类型面向对象关系模型既是概念模型又是逻辑模型

13、。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -面相对象模型支持面向对象的相关概念；现实世界中的事物被模型化为对象，每个对象有唯一的对象标识；每个对象的状态和行为被封装在一起，状态是该对象属性值的集合，行为是对象状态上的操作。与传统数据模型一样，面向对象模型通过消息传递对数据进行查询，插入，删除和修改。（4）对象-关系模型对象 关系模型的优点：对象 关系数据模型的功能：它具有完整的关系模型的全部功能，且能表示复杂的数据结构，具有抽象数据类型的能力。对象 关系数据模型的适应性：他能在事务处理领域及大量非事务处理领域中应用。对象 关系数据模型的使用方便性：它采用关系表作为

14、基本结构，具有明显的关系模型特点，因此使用极为方便。对象 关系数据模型的用户集体：由于其使用风格明显接近关系模型，因此易被关系模型用户所接受。对象 关系数据模型的构作方式：它以关系表为基础，其构作方式可以对关系模型做扩充而组成，因此具有构作简单，容易实现的特点。1.3 数据库系统的模式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；这是数据库系统内部的系统结构。从数据库最终用户的角度看,数据库系统的结构分成集中式结构，分布式结构，客户机/服务器结构和面向web 应用的三层和n 层结构，这是数据库系统的体系结构。1.31 数据库系统中的模式，实例和数据库状态数据库中有型（内含）和值（

15、外延）的概念。数据库模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是对“型”的描述。模式的一个具体值称为模式的一个实例，同一个模式可以有很多实例。在某个特定时刻，数据库中的数据被称为一个数据库状态或快照，也称为数据库的具体值或实例的当前集合。1.32 数据库的三层模式结构数据库系统的三级模式结构是指数据库系统由模式，外模式和内模式三级抽象模式构成，这是数据库系统的体系结构或总体结构。（1）模式：模式也成为逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，是所有用户的公共数据视图。模式实际上是数据库数据的逻辑视图；一个数据库只有一个模式。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物

16、理存储细节和硬件环境，也和具体的应用程序以及所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关。DBMS 提供模式数据定义语言DDL 来描述逻辑模式；逻辑模式的基础是数据模型。（2）外模式：外模式也称子模式或用户模式，他是数据库用户的视图，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；外模式是保证数据安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的。外模式处理的数据并不实际存储在数据库中，而仅可以从模式中构造出来，所以外模式比模式的抽象级别更高。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -（3）内模式：内模式也

17、称物理模式或存储模式，一个数据库只有一个内模式；他是对数据物理结构和存储方式的描述，是数据库内部的表示方法。1.33 数据库的两层映像与数据独立性数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映像：外模式/模式映像；模式/内模式映像。（1）外模式/模式映像：模式描述的是数据库数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，它定义该外模式与模式之间的对应关系。逻辑独立性（2）模式/内模式映像：数据库只有一个模式，也只有一个内模式，因此模式/内模式映像是唯一的，它定义数据库全集逻辑结构与存储结构之间的对应关系

18、。物理独立性在数据库的三级模式结构中，数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其他层次。数据库的内模式依赖于它的全局逻辑结构，但独立于数据库的用户视图即外模式，也独立于具体的存储设备。数据库的外模式面向具体的应用程序，它定义在逻辑模式之上，但独立于存储模式和存储设备。数据的独立性：数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。数据的物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据时相互独立的，这样当数据的物理存储结构改变了，应用程序不用改变。数据的逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，也就是说，数据的逻辑结构改变了，应用程序也不用改变。1.数据库简介2 数据模型3 数据库 3 层结构数据库研究的范畴：DBMS 的研究，数据库设计，数据库理论数据约束包括数据完整性约束，数据安全性约束以及并发控制约束等层次数据库系统的典型代表是IBM 公司的 IMS（information Management Systems）数据库管理系统。网状数据模型的典型代表是数据库系统语言研究会（CODASYL）下属的数据库任务组（Data-Base Task Group，DBTG）提出的DBTG 系统数据库数据的完整性：数据的正确性，有效性，一致性，相容性。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -