数据库系统Chapter01文件系统与数据库

数据库系统第一章数据库系统概述本章介绍数据库系统最基本、最重要的概念，例如什么是数据、数据管理、数据库、数据模型、数据库管理系统和数据库系统。

本章从数据这个最基本的概念入手，介绍了数据处理中常用的实体集、实体和属性，文件、记录和数据项等基本概念，同时指出数据库技术是用于数据处理的技术。

随着介绍了数据管理技术的发展阶段，着重说明数据库中数据的三级模式和二级映射的组织方式，以阐述数据库技术和文件系统的本质区别，同时为数据库技术的特点做铺垫。

从数据模型是对现实世界的事物及其联系的模拟和抽象的基本观点出发，分两类介绍常用的数据模型。

一类是和计算机无关的概念模型－－E-R模型，主要用于数据库设计。

另一类是面向计算机的实施模型－－包括层次模型、网络模型及关系模型，它们不仅描述了数据库的逻辑结构也描述了高层的物理结构。

数据库技术的核心是数据库管理系统，介绍了DBMS的功能和组成，特别是介绍了数据字典，以期帮助理解DBMS的复杂功能，同时简单介绍流行的关系型DBMS。

计算机系统和数据库、数据库管理系统及数据库管理人员一起组成数据库系统。

简介了数据库系统的各个部分的作用及相互的关系，希望对数据库系统从总体上有所认识。

最后简单提到了数据库技术的研究内容和发展。

本章涉及到的概念比较多，可能会有抽象之感，随着后续章节的学习将会逐渐加深理解。

数据库是最重要的概念，在理解数据库体系结构的基础上掌握什么是数据库及数据库技术的特点；数据模型是数据库的组织基础，要求掌握数据模型的结构特点及不同模型的区别，重点是ER模型和关系模型；数据库管理系统是数据库系统的核心，要求重点掌握数据库管理系统的组成与功能，并借助数据字典理解数据库管理系统的复杂功能；数据库系统是数据库技术的实现系统，要求重点掌握数据库系统中各个部分的作用和相互关系；最后，要求了解数据库技术的研究内容和进展。

数据处理数据库管理系统数据库数据库系统数据模型关系模型【。

第一章：绪论数据库（DB）：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。

数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有娇小的冗余度、交稿的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统间的数据管理系统的一层数据管理软件。

用途：科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。

包括数据定义功能，数据组织、存储和管理，数据操纵功能，数据库的事物管理和运行管理，数据库的建立和维护功能，其他功能。

数据库系统（DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库。

数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。

目的：存储信息并支持用户检索和更新所需的信息。

数据库系统的特点：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。

概念模型实体，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。

码，唯一标识实体的属性集称为码。

域，是一组具有相同数据类型的值的集合。

实体型，具有相同属性的实体必然具有的共同的特征和性质。

实体集，同一类型实体的集合称为实体集。

联系两个实体型之间的联系一对一联系；一对多联系；多对多联系关系模型关系，元组，属性，码，域，分量，关系模型关系数据模型的操纵与完整性约束关系数据模型的操作主要包括查询，插入，删除和更新数据。

这些操作必须满足关系完整性约束条件。

关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性，参照完整性和用户定义的完整性。

数据库系统三级模式结构外模式，模式，内模式模式：（逻辑模式）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。

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。

模式定义的内容：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、完整性要求外模式：（子模式/用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据库和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系统的逻辑表示。

3 数据库技术的产生与发展人工管理阶段(40年代中--50年代中)：✦应用需求：科学计算✦硬件：无直接存取存储设备✦软件：无通用的操作系统✦处理方式：批处理✦数据管理者：应用程序，数据不保存。

✦数据面向的对象：某一应用程序。

✦数据共享程度：无共享、冗余度极大。

✦数据独立性：不独立，完全依赖于程序。

✦数据结构化：无结构。

✦数据控制能力：应用程序自己控制。

人工管理阶段应用程序与数据的对应关系文件系统阶段(50年代末--60年代中)✦应用需求：科学计算、数据处理✦硬件：出现磁盘、磁鼓等✦软件：操作系统、高级语言✦处理方式：批处理、共享的实时处理方式✦数据管理者：文件系统，数据长期保存。

✦数据面向的对象：某一应用程序。

✦数据共享程度：共享性差、冗余度大。

✦数据结构化：记录内有结构,整体无结构。

✦数据独立性：逻辑结构改变须修改应用程序。

✦数据控制能力：应用程序自己控制。

文件管理阶段应用程序与数据的对应关系数据库系统阶段(60年代末以来)✦应用需求：大规模管理✦硬件：出现大容量磁盘、磁盘阵列✦软件：数据库管理系统✦处理方式：联机实时处理、分布处理和批处理✦数据管理者：DBMS✦数据面向的对象：整个系统✦数据高度结构化：数据库与文件系统的根本区别✦数据的共享性高，冗余度低，易扩充✦数据的独立性高：物理独立性和逻辑独立性✦数据控制能力：由DBMS统一管理和控制数据库管理阶段应用程序与数据的对应关系数据库系统的特点：1、数据结构化数据库系统：实现整体数据的结构化，这是数据库系统与文件系统的本质区别。

文件系统：文件由记录组成，文件内部有结构，文件之间无结构。

数据库系统：数据之间整体有结构，是一个有机的整体。

2、数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库系统从整体角度来组织存储数据，数据不只是面向某一个应用，而是面向整个系统，因此具有很高的共享性。

共享数据带来了低冗余性，也能避免数据之间的不相容性和不一致性。

数据共享使得应用可以应需要而增加，容易扩充3、数据独立性高◆物理独立性：是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。

数据库第一章在当今数字化的时代，数据库的重要性日益凸显。

它就像是一个巨大的信息宝库，为我们的生活和工作提供着源源不断的数据支持。

那么，究竟什么是数据库呢？数据库，简单来说，就是一个有组织地存储数据的集合。

这些数据按照一定的规则和结构进行存放，以便于管理和查询。

想象一下，你有一个装满各种文件的大柜子，每个文件都有特定的分类和标记，你可以很容易地找到你需要的那份文件。

数据库的作用就类似于这个柜子，只不过它更加智能和高效。

数据库的历史可以追溯到很久以前。

在早期，数据的存储和管理主要依靠简单的文件系统。

但随着数据量的不断增加和应用需求的日益复杂，传统的文件系统逐渐显得力不从心。

于是，数据库技术应运而生。

数据库的类型多种多样，常见的有关系型数据库、非关系型数据库等。

关系型数据库是我们最为熟悉的一种，比如 MySQL、Oracle 等。

它采用表格的形式来存储数据，数据之间通过关系进行关联。

这种结构清晰、易于理解，适用于大多数的业务场景。

而非关系型数据库则更加灵活，适用于处理大规模的、非结构化的数据，比如 MongoDB、Redis 等。

数据库的设计是一项非常重要的工作。

一个好的数据库设计能够提高数据的存储效率、查询速度和数据的一致性。

在设计数据库时，我们需要考虑数据的类型、长度、约束条件等因素。

比如，对于一个学生信息管理系统，我们可能会设计学生表、课程表、成绩表等，并且确定它们之间的关联关系。

数据的存储方式也是数据库中的一个关键环节。

不同的数据类型需要采用不同的存储方式，以节省存储空间和提高数据的读写效率。

例如，整数可以采用整型存储，字符串可以采用字符型或文本型存储。

数据库的管理也是至关重要的。

包括数据的备份与恢复、安全性管理、性能优化等。

数据备份可以防止数据丢失，安全性管理可以保护数据不被非法访问和篡改，性能优化则可以提高数据库的响应速度。

在实际应用中，数据库无处不在。

无论是电商网站的商品信息、银行系统的交易记录，还是企业的人力资源管理，都离不开数据库的支持。

数据库第一章在当今数字化的时代，数据成为了无比重要的资产。

而数据库，就像是一个精心设计的仓库，用于存储、管理和组织这些海量的数据，以便我们能够高效地访问、使用和分析它们。

数据库的历史可以追溯到很久以前。

早期，人们通过简单的文件系统来存储数据，但随着数据量的增加和数据关系的复杂化，这种方式逐渐显得力不从心。

于是，数据库的概念应运而生，它带来了更高效的数据管理方式和更强大的数据处理能力。

数据库的类型多种多样。

其中，关系型数据库是最为常见和广泛应用的一种。

关系型数据库基于关系模型，将数据组织成一张张二维的表格，表格中的行代表一条记录，列代表数据的不同属性。

这种结构化的存储方式使得数据的一致性和完整性更容易得到保证，也便于进行复杂的查询和数据操作。

例如，常见的关系型数据库有 MySQL、Oracle 和 SQL Server 等。

除了关系型数据库，还有非关系型数据库，也被称为 NoSQL 数据库。

NoSQL 数据库适用于处理大规模的、非结构化的数据，或者对数据的读写性能有极高要求的场景。

比如，文档型数据库 MongoDB 适合存储文档类数据；键值对数据库 Redis 常用于缓存数据，以提高系统的性能；图数据库 Neo4j 则擅长处理具有复杂关系的数据。

数据库的设计是一个至关重要的环节。

一个良好的数据库设计能够提高数据的存储效率、减少数据冗余、保证数据的一致性和完整性，并为后续的数据库操作和应用开发提供便利。

在设计数据库时，需要充分理解业务需求，确定数据的实体、属性和它们之间的关系。

然后，选择合适的数据类型和约束条件，以确保数据的准确性和有效性。

数据的存储和检索是数据库的核心功能。

在存储数据时，数据库会根据设计好的结构将数据有序地写入磁盘或其他存储介质。

而在检索数据时，数据库会根据用户的查询请求，通过索引等技术快速定位和获取所需的数据。

索引就像是一本书的目录，能够大大提高数据的查询速度，但同时也会增加数据插入和更新的开销，因此需要合理地创建和使用索引。

第⼀章-数据库系统概述⽬录⼀、概述基本概念数据：描述事物的符号；数据库：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的⼤量数据的集合，其中的数据按⼀定的数据模型组织存储，具有较⼩的冗余度、较⾼的数据独⽴性和⼀扩展性；数据库管理系统：提供如下功能数据定义数据组织和管理数据操纵数据事务管理和运⾏管理数据库的建⽴和维护数据库系统：由数据库、数据库管理系统、应⽤程序、数据库管理员组成的存储、管理处理和维护数据的系统。

数据管理技术的历史⼈⼯管理阶段⽂件系统阶段数据库系统阶段数据库系统的特点数据结构化数据库系统实现了整体数据的结构化，是数据库的主要特征，也是数据库系统与⽂件系统的本质区别。

所谓整体结构化是指数据库中的数据不再仅仅⾯向某个应⽤，⽽是⾯向整个组织；不仅是内部结构化，⽽且是整体的结构化，数据之间具有联系。

数据的共享性⾼、冗余度低且易扩充数据共享可⼤⼤减少数据冗余，节约存储空间。

数据⾯向整个系统，其结构性使得数据库易于扩充。

数据独⽴性⾼物理独⽴性：⽤户的应⽤程序与数据库中数据的物理存储相互独⽴；逻辑独⽴性：⽤户的应⽤程序域数据库的逻辑结构相互独⽴。

数据由DBMS统⼀管理和控制数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制、数据库恢复。

数据库是长期存储在计算机内有组织、⼤量、共享的数据集合。

它可以共各种⽤户共享，具有最⼩冗余度和较⾼的数据独⽴性。

DBMS在数据库建⽴、运⾏和维护时对数据库进⾏统⼀控制，以保证数据的完整性和安全性，并在多⽤户同时使⽤数据库时进⾏并发控制，在发⽣故障后进⾏恢复。

⼆、数据模型数据模型是对现实世界数据的抽象，它是数据库系统的核⼼和基础。

数据模型的分类概念模型：概念模型按⽤户的观点来对数据和信息建模，主要⽤于数据库设计；逻辑模型：逻辑模型按计算机的观点对数据建模，主要⽤于数据库的实现，其主要包括层次模型、⽹状模型、关系模型、⾯向对象模型、对象关系数据模型、半结构化模型等；物理模型：物理模型是对数据最底层的抽象，它描述了数据在系统内部的表⽰⽅式和存取⽅法，数据库设计⼈员需要了解和选择选择物理模型。

第一章数据库系统概述学习目的与要求：1、了解信息、数据玉数据处理的正确含义及数据管理的进展2、了解数据库系统的基本概念、特点和数据模型3、理解关系模型和关系运算的基本概念4、了解数据库设计的原则、步骤和设计过程学习重点和难点：1、数据库的基本概念2、关系的基本运算有两类：一类是传统运算（并、差、交等）;另一类是专门的关系运算（选择、投影和连接）。

课时数：21.1数据和信息1.1.1 数据数据是存储在某一媒体上能够识别的物理符号。

在计算机领域中，一切能被计算机接收和处理的物理符号都叫数据。

数据通常可以分为两种形式：一种是数值型数据，如成绩、价格、体重、工资等；另一种是非数值型数据，如姓名、地址、单位、文章、声音、图像、视频等。

1.1.2信息信息是指数据经过加工处理后所得到有价值的知识。

说明：信息与数据既有联系又有区别，数据反映了信息，而信息又依靠数据来表达。

用不同的数据形式可以表示同样的信息，信息不随它的数据中的形式不同而改变。

总之，信息是反映客观现实世界的知识，数据是信息的具体表现形式，数据经过加工处理后使其具有知识性并对人类活动产生有意义的决策作用。

1.1.3 数据处理数据处理是利用计算机技术将数据转换成信息的过程。

数据处理包括对数据的收集、整理、存储、分类、排序、检索、维护、计算、加工、统计和传输等一系列操作。

数据是原料，使输入，而信息使产出，是输出结果。

数据处理的目的是从大量的、原始的数据中获取我们所需要的资料，为我们工作和决策提供必要的信息基础和依据，输出有价值、有意义的信息。

1.2 数据管理技术的发展数据管理是对数据进行组织、存储、分类、检索、维护等数据处理的技术，是数据处理的核心。

随着计算机硬件技术和软件技术的发展和进步，计算机数据管理的水平不断提高，管理方式也发生了很大的变化。

发展到现在，数据管理经历了以下三个阶段：·人工管理阶段·文件管理阶段·数据库系统阶段1.2.1 人工管理阶段1.2.2 文件管理阶段1.2.3 数据库系统阶段由于文件系统管理数据的缺陷，迫切需要新的数据管理方式，把数据组成合理结构，能集中、统一地进行管理。