绪论
- [1.1 数据库系统概述](#1.1 数据库系统概述)
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- [1.1.1 数据库的4个基本概念](#1.1.1 数据库的4个基本概念)
- [1.1.3 数据库系统的特点](#1.1.3 数据库系统的特点)
- [1.2 数据模型](#1.2 数据模型)
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- [1.2.1 两类数据模型](#1.2.1 两类数据模型)
- [1.2.2 概念模型](#1.2.2 概念模型)
- [1.2.3 数据模型的组成要素](#1.2.3 数据模型的组成要素)
- [1.2.4 常用的数据模型](#1.2.4 常用的数据模型)
- [1.2.5 层次模型](#1.2.5 层次模型)
- [1.2.6 网状模型](#1.2.6 网状模型)
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- [(一) 网状模型的数据结构](#(一) 网状模型的数据结构)
- (二)网状模型的数据操纵与完整性约束
- [1.2.7 关系模型](#1.2.7 关系模型)
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- [（一） 关系模型的数据结构](#（一） 关系模型的数据结构)
- （二）关系模型的数据操纵
- （三）关系模型的完整性约束
- [1.3 数据库系统的结构](#1.3 数据库系统的结构)
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- [1.3.1 数据库系统模式的概念](#1.3.1 数据库系统模式的概念)
- [1.3.2 数据库系统的三级模式结构](#1.3.2 数据库系统的三级模式结构)
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- （一）模式（Schema）
- [（二）外模式（External Schema）](#（二）外模式（External Schema）)
- [（三）内模式（Internal Schema）](#（三）内模式（Internal Schema）)
- [1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性](#1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性)
- [1.4 数据库系统的组成](#1.4 数据库系统的组成)
参考书： 王珊,萨师煊.数据库系统概论（第5版） .北京:高等教育出版社，2014.9
本文作重点圈画，可用于整理框架和复习，因此需要一定的基础。
1.1 数据库系统概述
1.1.1 数据库的4个基本概念
- 数据（Data）:是数据库中存储的基本对象
- 数据库（Database）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 。
- 数据库的基本特征
- 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
- 可为各种用户共享
- 冗余度较小
- 数据独立性较高
- 易扩展
- 数据库的基本特征
- 数据库管理系统（DBMS）:位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
- 数据库系统（DBS）
- 数据库系统的构成：数据库、数据库管理系统（及其应用开发工具）、应用程序、数据库管理员
- 数据库系统的构成：数据库、数据库管理系统（及其应用开发工具）、应用程序、数据库管理员
1.1.3 数据库系统的特点
- 数据结构化
- 数据的共享性高，冗余度低且易扩充
- 数据独立性高
- 数据由数据库管理系统统一管理和控制
1.2 数据模型
通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟
1.2.1 两类数据模型
- 概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。
- 逻辑模型和物理模型
- 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等。按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。
- 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。
1.2.2 概念模型
- 概念模型的一种表示方法：实体-联系方法 （Entity-Relationship Approach）
用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R方法也称为E-R模型
（1）实体（Entity） :客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。
（2）属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。
（3）码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。
（4）实体型（Entity Type） 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
（5）实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集
（6）联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。
- 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系
- 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系
- 实体之间的联系有一对一、一对多和多对多等多种类型
1.2.3 数据模型的组成要素
- 数据结构（静态） ：描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系
- 数据操作 （动态）：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
- 数据的完整性约束条件 :反映和规定必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。 完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则
1.2.4 常用的数据模型
- 层次模型（Hierarchical Model）
- 网状模型（Network Model）
- 关系模型（Relational Model)）
- 面向对象数据模型（Object Oriented Data Model）
- 对象关系数据模型（Object Relational Data Model）
- 半结构化数据模型（Semistruture Data Model）
1.2.5 层次模型
（一）层次模型的数据结构
层次模型用树形结构 来表示各类实体以及实体间的联系
层次模型的特点：
- 结点的双亲是唯一的
- 只能直接处理一对多的实体联系
- 每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段
- 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义
- 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
（二）层次模型的数据操纵
层次模型的数据操纵
- 查询
- 插入
- 删除
- 更新
（三）层次模型的完整性约束
层次模型的完整性约束条件
- 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
- 如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除
- 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性
1.2.6 网状模型
(一) 网状模型的数据结构
满足下面两个条件的基本层次联系的集合：
- 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。
网状模型与层次模型的区别
- 网状模型允许多个结点没有双亲结点
- 网状模型允许结点有多个双亲结点
- 网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）
- 网状模型可以更直接地描述现实世界
- 层次模型实际上是网状模型的一个特例
(二)网状模型的数据操纵与完整性约束
网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加了一些限制，提供了一定的完整性约束
- 码：唯一标识记录的数据项的集合
- 一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系
- 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件
1.2.7 关系模型
（一） 关系模型的数据结构
在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成
关系（Relation）：一个关系对应通常说的一张表
元组（Tuple）表中的一行 即为一个元组
属性（Attribute）表中的一列 即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名
主码（Key）也称码键。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组
域（Domain）是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 。
分量：元组中的一个属性值。
关系模式 ：对关系的描述，关系名（属性1，属性2，...，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系名，年级）
- 关系必须是规范化的，满足一定的规范条件
最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的 (数据项, 不允许表中还有表)
（二）关系模型的数据操纵
数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系
- 查询
- 插入
- 删除
- 更新
（三）关系模型的完整性约束
- 实体完整性
- 参照完整性
- 用户定义的完整性
1.3 数据库系统的结构
1.3.1 数据库系统模式的概念
- 模式（Schema）:数据库逻辑结构和特征的描述
- 是型的描述，不涉及具体值
- 反映的是数据的结构及其联系
- 模式是相对稳定的
- 实例（Instance）:模式的一个具体值
- 反映数据库某一时刻的状态
- 同一个模式可以有很多实例
- 实例随数据库中的数据的更新而变动
1.3.2 数据库系统的三级模式结构
（一）模式（Schema）
- 模式（也称逻辑模式）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 ，所有用户的公共数据视图
- 一个数据库只有一个模式
- 模式的地位 ：是数据库系统模式结构的中间层
与数据的物理存储细节和硬件环境无关
与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关 - 模式的定义
数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）
数据之间的联系
数据有关的安全性、完整性要求
（二）外模式（External Schema）
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外模式：数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
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外模式的地位：介于模式与应用之间
- 模式与外模式的关系：一对多
- 外模式通常是模式的子集
- 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求
- 对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同
- 外模式与应用的关系：一对多
- 同一外模式也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
- 模式与外模式的关系：一对多
-
外模式的用途
- 保证数据库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
（三）内模式（Internal Schema）
- 内模式（也称存储模式）：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
- 记录的存储方式（例如，顺序存储，按照B树结构存储， 按hash方法存储等）
- 索引的组织方式
- 数据是否压缩存储
- 数据是否加密
- 数据存储记录结构的规定
- 一个数据库只有一个内模式
1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性
二级映象在数据库管理系统内部实现这三个抽象层次的联系和转换
- 外模式／模式映像
- 模式／内模式映像
（一）外模式／模式映像
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模式：描述的是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
-
同一个模式可以有任意多个外模式
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每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系
-
映象定义通常包含在各自外模式的描述中
-
保证数据的逻辑独立性
- 当模式改变时，数据库管理员对外模式／模式映象作相应改变，使外模式保持不变
- 应用程序是依据数据的外模式编写的，应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性
（二）模式／内模式映像
-
模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的 -
数据库中模式／内模式映象是唯一的
-
该映象定义通常包含在模式描述中
-
保证数据的物理独立性
- 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。
- 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性
1.4 数据库系统的组成
- 数据库
- 数据库管理系统（及其开发工具）
- 应用程序
- 数据库管理员
