一、数据库系统概述
1、数据
定义：描述事物的符号记录。
种类：数字、文字、图形、图像、音频、视频等。
特点：数据与语义不可分。
举例：学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机系，1990） 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间
2、数据库
定义：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。
3、数据库管理系统
定义：位于用户与操作系统之间的数据管理软件。
主要功能：
- 数据定义功能：提供数据定义语言(DDL)，定义数据库中的数据对象；
- 数据组织、存储和管理：文件结构，存取方式来组织数据，实现数据间的联系；
- 数据操纵功能：提供数据操纵语言(DML)；查询、插入、删除和修改；
- 数据库的事务管理和运行管理：数据库在建立、运行和维护时由数据库管理系统统一管理和控制； 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用； 发生故障后的系统恢复。
- 数据库的建立和维护功能：数据库数据批量装载；数据库转储、介质故障恢复；数据库的重组织；性能监视、分析；
- 其他功能：与其他软件的通信；不同DBMS的数据转换；异构数据库的互访；
4、数据库系统
数据库系统的构成：由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）
5、发展经历
（1）人工管理阶段
软硬件：没有磁盘，没有操作系统
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
（2）文件系统阶段软硬件：有磁盘，磁鼓，操作系统(其中文件系统管理数据)
特点：数据可以长期保存；有文件系统管理数据
缺点： 数据共享性差 冗余度大 数据独立性差
（3）数据库系统阶段软硬件：应用更广(联机，分布，共享)，大容量磁盘，数据库管理系统
特点：数据结构化；数据的共享性高，冗余度低，易扩充；数据独立性高；数据由DBMS统一管理和控制
二、概念模型
1、数据模型
（1）定义：对现实世界数据特征的抽象。（对现实中的数据进行设立模型，根据模型建立数据库）
（2）两类数据模型：逻辑模型，物理模型
2、信息世界中的基本概念
(1) 实体（Entity）：相互区别的事物，例：一个职工、一个学生。
(2) 属性（Attribute） ：实体的特性，例：学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年月等属性组成。
(3) 码（Key） ：唯一标识实体的属性集，例：学号是学生实体的码
(4) 域（Domain） ：属性的取值范围，例：学生年龄的域为整数
(5) 实体型（Entity Type） :用实体名，属性名抽象同类实体，例：将张三和李四这种统一拥有相同属性的实体抽象为实体型
(6) 实体集（Entity Set） ：同型实体的集合
(7) 联系（Relationship）：实体（型）内部的联系和实体（型）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
（用E-R图来描述现实世界的概念模型）
3、数据模型的组成要素
（1）数据结构：数据库的组成对象以及对象之间的联系。
（2）数据操作：对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则。(查询,插入,删除,修改)
（3）数据的完整性约束条件：一组完整性规则的集合。数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，保证数据的正确、有效、相容。
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）
三、关系数据模型
1、关系数据模型的数据结构
（1）关系：一个关系对应通常说的一张表
（2）元组：表中的一行即为一个元组
（3）属性：表中的一列即为一个属性
（4）主码：表中的某个属性组，唯一确定一个元组
（5）域：属性的取值范围
（6）分量：元组中的一个属性值
（7）关系模式：对关系的描述：
关系名（属性1，属性2，...，属性n） 例：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
例：86051为一个分量，陈平为一个分量
2、关系数据模型的操纵和完整性约束
（1）关系数据模型的操纵主要包括：查询，插入，删除，更新数据，这些操作必须满足关系的完整性约束条件
（2）关系的完整性约束条件：实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性
3、关系数据模型的优缺点
优点：（1）建立在严格的数学概念的基础上。
（2）概念单一，数据结构简单、清晰，用户易懂易用。 实体和各类联系都用关系来表示。 对数据的检索结果也是关系。
（3）关系模型的存取路径对用户透明。 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。
缺点：存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型。 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。
四、数据库系统的结构
- 三级模式是对数据的三个抽象级别。
- 二级映像在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换。
1、数据库系统的三级模式结构
（1）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；设计数据库模式结构时应首先定义数据库逻辑模式。
（2）外模式（子模式或用户模式）：是数据库用户（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；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。
（外模式是保证数据库安全性的一个有力措施，每一个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库的其余数据是不可见的）
（3）内模式（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。
一个数据库只有一个模式，一个内模式，但可以有多个外模式；一个应用程序只能使用一个外模式；
外模式就是应用模式，是用来在现实中应用的；模式就是概念模式，也就是一个个二维表；内模式是物理模式，是指数据到底是怎么存、存在硬盘哪的。
2、数据库的二级映像功能与数据独立性
（1）外模式／模式映像（保证了数据（与程序）的逻辑独立性）
定义外模式与模式之间的对应关系
每一个外模式都对应一个外模式／模式映像
映像定义通常包含在各自外模式的描述中
当模式改变（如增加新关系、属性、改变类型）时，数据库管理员重新定义外模式/模式映象----------现存外模式不变-------应用程序不变 。
（2）模式／内模式映像（保证数据的物理独立性）模式／内模式映像定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
数据库中模式／内模式映像是唯一的。
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（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员重新定义模式/内模式映像--------模式保持不变-------外模式保持不变-------建立在外模式上的应用程序保持不变。
五、数据库系统的组成
- 数据库
- 数据库管理系统（及其开发工具）
- 应用系统
- 数据库管理员（DBA）：1,决定数据库中的信息内容和结构 2,决定数据库的存储结构和存取策略 3,定义数据的安全性要求和完整性约束条件 4,监控数据库的使用和运行 5,数据库的改进和重组重构
- 用户