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数据库:数据库原理的基础知识

  • 什么是数据库
  • 数据库基本特征
  • 数据模型
  • 数据库系统

什么是数据库:

数据(Data):数据是数据库中存储的基本对象。

数据库(DB):是存储在计算机系统内的有结构的数据集合,是相关数据的集合,数据由数据库管理系统统一管理和维护。

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,数据库管理系统和操作系统一样是计算机的基础软件。

数据库系统(DBS):数据库系统由数据库(DB),数据库管理系统(DBMS),应用程序和数据库管理员(DBA)组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

数据库基本特征:

1)数据结构化: 数据库系统实现了整体数据的结构化,这是数据库的最主要的特征之一。

2)实现数据共享: 因为数据是面向整体的,所以数据可以被多个用户、多个应用程序共享使用,可以大幅度地减少数据冗余,节约存储空间,避免数据之间的不相容性与不一致性。

3)数据独立性高: 数据的独立性包含逻辑独立性和物理独立性,其中,逻辑独立性是指数据库中数据的逻辑结构和应用程序相互独立,物理独立性是指数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。

4)数据统一管理与控制: 数据的统一控制包含安全控制、完整控制和并发控制。

数据模型(Data Model):

1,数据模型组成部分:

数据模型

(1),数据结构:数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据结构是数据模型的基础,数据操作和约束都建立在数据结构上。不同的数据结构具有不同的操作和约束。

(2),数据操作:数据模型中数据操作主要描述在相应的数据结构上的操作类型和操作方式。

(3),数据完整性约束:数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系、他们之间的制约和依存关系,以及数据动态变化的规则,以保证数据的正确、有效和相容。

A:数据的完整性分类:

①实体完整性:规定表的每一行在表中是惟一的实体。

②域完整性:是指表中的列必须满足某种特定的数据类型约束,其中约束又包括取值范围、精度等规定。

③参照完整性:是指两个表的主关键字和外关键字的数据应一致,保证了表之间的数据的一致性,防止了数据丢失或无意义的数据在数据库中扩散。

④用户定义的完整性:不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同,往往还需要一些特殊的约束条件。用户定义的完整性即是针对某个特定关系数据库的约束条件,它反映某一具体应用必须满足的语义要求。

B:完整性约束的类型:

①与表有关的约束:是表中定义的一种约束。可在列定义时定义该约束,此时称为列约束,也可以在表定义时定义约束,此时称为表约束。

(1) not null(非空)约束:只用于定义列约束。

(2) unique(惟一)约束:用于指明创建惟一约束的列上的取值必须惟一。

(3) primary key(主键)约束:用于定义基本表的主键,起惟一标识作用,其值不能为null,也不能重复,以此来保证实体的完整性。

(4) foreign key(外键)约束:定义了一个表中数据与另一个表中的数据的联系。

(5) check(校验)约束:用来检查字段值所允许的范围。

②域(Domain)约束:在域定义中被定义的一种约束,它与在特定域中定义的任何列都有关系。

③ 断言(Assertion):在断言定义时定义的一种约束,它可以与一个或多个表进行关联。

2,数据模型类型:

(1)概念数据模型

是面向数据库用户的实现世界的模型,主要用来描述世界的概念化结构。概念模型用于信息世界的建模,一方面应该具有较强的语义表达能力,能够方便直接表达应用中的各种语义知识,另一方面它还应该简单、清晰、易于用户理解。

在概念数据模型中最常用的是E-R模型、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型。

(2)逻辑数据模型:

这是用户从数据库所看到的模型,是具体的DBMS所支持的数据模型,此模型既要面向用户,又要面向系统,主要用于数据库管理系统(DBMS)的实现。

逻辑模型分类:

1)非关系模型:

A:层次模型(Hierarchical Model):满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型

①有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根结点

②根以外的其它结点有且只有一个双亲结点

B:网状模型(Network Model):满足下面两个条件的基本层次联系的集合

①允许一个以上的结点无双亲;

②一个结点可以有多于一个的双亲。

2)关系模型(Relational Model)

(3)物理数据模型:

是面向计算机物理表示的模型,描述了数据在储存介质上的组织结构,它不但与具体的DBMS有关,而且还与操作系统和硬件有关。

数据库系统:

1)三级模式结构:

(1)内模式(Internal Schema):也称存储模式。数据物理结构和储存方式的描写叙述,是数据在数据库内部的表示方式;

(2)概念模式(Conceptual Schema):也称全局模式。有时简称“模式”。是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描写叙述;

(3)外模式(External Schemas):也称子模式或者用户模式。数据库用户可以看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描写叙述;

2)两级映射:

(1)概念模式/内模式映射

(2)外模式/概念模式映射

3)数据的物理独立性:

内模式与概念模式之间的映射提供了数据的物理独立性。当数据的物理结构发生变化时,仅仅须要改动内模式与概念模式之间的映射就可以。

4)数据的逻辑独立性:

概念模式与外模式之间的映射提供了数据的逻辑独立性。当数据的总体逻辑结构发生变化时,仅仅须要改动各个外模式与概念模式之间的映射就可以保证应用程序不受影响。

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