一、基本概念

1、信息：

（1）定義：信息是人們用以對客觀世界直接進(jìn)行描述的，可在人們之間進(jìn)行傳遞的一些知識。
（2）數(shù)據(jù)是信息的具體表示形式，信息是數(shù)據(jù)的有意義的表現(xiàn)。

2、數(shù)據(jù)：

（1）定義：描述事物的符號記錄
（2）種類：文字、圖形、圖像、聲音
（3）特點(diǎn)：數(shù)據(jù)與其語義是不可分的

3、數(shù)據(jù)處理：

（1）包括：對數(shù)據(jù)的收集、記載、分類、排序和計算等工作
（2）目的：使有效的信息資源得到合理和充分地利用，從而促進(jìn)社會生產(chǎn)力的發(fā)展。
（3）核心問題：數(shù)據(jù)管理

4、數(shù)據(jù)管理

（1）人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前）

特點(diǎn)：
1、數(shù)據(jù)不能長期保存
2、沒有專門的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理
3、數(shù)據(jù)不共享
4、數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性

（2）文件系統(tǒng)管理階段（20世紀(jì)50年代后期到60年代中期）

優(yōu)點(diǎn)：
1、數(shù)據(jù)可以長期保存
2、由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)
缺點(diǎn)：
1、數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大
2、數(shù)據(jù)獨(dú)立性差

（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理階段（20世紀(jì)60年代后期以來）

優(yōu)點(diǎn)：
1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化
2、數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充
3、數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性：

指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。

數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性：

指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。

4、DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制

DBMS提供的數(shù)據(jù)控制和保護(hù)功能
1、數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)
2、數(shù)據(jù)的完整性控制
3、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)
4、并發(fā)控制

二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)庫

（1）定義：長期存儲在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。
（2）特點(diǎn)：按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享。

2、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

（1）定義：位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。
（2）用途：科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)
（3）基本功能：數(shù)據(jù)定義功能、數(shù)據(jù)操縱功能、數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能、其他功能。

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

（1）定義：指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。
（2）結(jié)構(gòu)：

1、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu).png

1、模式與外模式的關(guān)系: 一對多
（1）外模式通常是模式的子集
（2）一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求。
（3）對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同。>2、外模式與應(yīng)用的關(guān)系:一對多
（1）同一外模式也可以為某-用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用
（2）但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式。

（3）外模式的用途
保證數(shù)據(jù)庫安全性的一一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù).
2、模式（也稱邏輯模式、概念模式）
（1）定義：是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。
（2）模式的地位:是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層-與數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)，與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)。
3、內(nèi)模式(也稱存儲模式)
（1）定義：是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述-是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。
一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。
（2）二級映像
1、外模式/模式映象
（1）定義外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系。每一個外模式都對應(yīng)一個外模式 /模式映象，映象定義通常包含在各自外模式的描述中。
（2）用途：保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性

1、當(dāng)模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式/模式映象，使外模式保持不變。
2、應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

2.模式/內(nèi)模式映象
（1）定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的。數(shù)據(jù)庫中模式/內(nèi)模式映象是唯一的，該映象定義通常包含在模式描述中。
（2）保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性

1、當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了(例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu))，數(shù)據(jù)庫管理員修改模式/內(nèi)模式映象，使模式保持不變。
2、應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

2、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)

（1）單用戶結(jié)構(gòu)
（2）主從式結(jié)構(gòu)
（3）分布式結(jié)構(gòu)
（4）客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)
（5）瀏覽器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)

三、數(shù)據(jù)模型

1、概念：

是對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。（要求：能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界、容易為人所理解、便于在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。）

2、分類：（根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的）

（1）概念模型，也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模。主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計，不依賴于計算機(jī)系統(tǒng)。
（2）數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模。主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。

3、客觀對象的抽象過程：兩步抽象

（1）現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對象抽象為概念模型;
（2）把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。
概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個中間層次。

4、三要素

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是描述數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象之間的聯(lián)系。（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述）

（2）數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。（數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述）

（3）數(shù)據(jù)的完整性約束條件

一組完整性規(guī)則的集合。
完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和儲存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。

5、概念模型

（1）概念模型的用途

• 概念模型用于信息世界的建模；
• 是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個中間層次；
• 是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具；
• 數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言。

（2）基本要求

• 較強(qiáng)的語義表達(dá)能力，能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識；
• 簡單、清晰、易于用戶理解。

（3）信息世界中的基本概念

(1) 實(shí)體(Entity)
現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。
(2) 實(shí)體集(Entity Set)
具有相同特性的實(shí)體集合。
(3) 屬性(Attribute)
屬性是實(shí)體集中所有實(shí)體所具有共同特性的抽象描述。一個實(shí)體可以由若干個屬性來描述。
(4) 實(shí)體型(Entity Type)
用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。
(5) 屬性的值域(Domain)
屬性的取值范圍稱為該屬性的值域。
(6) 實(shí)體的鍵(Key)

• 又稱 實(shí)體的碼 或 關(guān)鍵字，是能夠唯地標(biāo)識實(shí)體集中每個實(shí)體的一個或者一組屬性。
• 有些實(shí)體可以有多個鍵，所以般將滿足鍵定義的屬性集稱為 候選鍵 (Candidate Key)。
• 當(dāng)實(shí)體集有多個候選鍵時,通常只選其中的一個，被選定的那個候選鍵稱為 主鍵 (Primary Key)。
  (7) 聯(lián)系(Relationship)
  現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。

（4）兩個實(shí)體集之間的聯(lián)系

一對一聯(lián)系（1：1）
一對多聯(lián)系（1：n）
多對多聯(lián)系（m：n）

（5）多個實(shí)體集之間的聯(lián)系

一對一聯(lián)系（1：1）
一對多聯(lián)系（1：n）
多對多聯(lián)系（m：n）

（6）同一實(shí)體集內(nèi)部的聯(lián)系

一對一聯(lián)系（1：1）
一對多聯(lián)系（1：n）
多對多聯(lián)系（m：n）

（7）概念模型的表示方法——實(shí)體-聯(lián)系方法（E-R方法）

1、實(shí)體集，矩形
2、屬性，橢圓
3、聯(lián)系，菱形

6、數(shù)據(jù)模型

（1）層次模型：樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為基本單位。
（基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及他們之間的一對多（包括一對一）的聯(lián)系。）

在數(shù)據(jù)庫中，定義滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型：

（1）有且僅有一個根節(jié)點(diǎn)。

（2）除了根結(jié)點(diǎn)之外，其余結(jié)點(diǎn)有且只有一個雙親結(jié)點(diǎn)。

2、基本特點(diǎn)：任何一個給定的記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義，沒有一個子記錄能脫離雙親而獨(dú)立存在。

（2）網(wǎng)狀模型：圖形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為基本單位。

在數(shù)據(jù)庫中，定義滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型：

（1）允許一個以上的結(jié)點(diǎn)無雙親。

（2）一個結(jié)點(diǎn)可以有多于一個的雙親。

2、對數(shù)據(jù)的查詢可以有以下兩種方式：
（1）從網(wǎng)絡(luò)中任一結(jié)點(diǎn)開始查詢。
（2）沿著網(wǎng)絡(luò)中的路徑按任意方向開始查詢。

（3）關(guān)系模型：表格來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。

1、關(guān)系(Relation)：一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表。
2、元組(Tuple)：表中的一行即為一個元組。
3、屬性(Attribute)：表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。
4、鍵(Key)：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。
5、域(Domain)：屬性的取值范圍。
6、分量：元組中的一個屬性值。
7、關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。
關(guān)系名(屬性1,屬性2, ...
如:學(xué)生(學(xué)號，姓名，年齡，性別，系，年級)

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上。
（2）概念單一。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用。
● 實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。
●對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。
（3）關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明。
● 具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，更好的安全保密性。
● 簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作。
（4）關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)聯(lián)系是靠公共屬性聯(lián)系。

2、缺點(diǎn)

（1）存取路徑對用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。
（2）為提高性能，必須對用戶的查詢請求進(jìn)行優(yōu)化增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度。

（4）面向?qū)ο竽Ｐ?/h5>

（5）對象關(guān)系模型