计算机科学之数据库原理及应用教程之我见(第四版)

1. 1. 信息、数据、数据处理与数据管理

信息的定义:信息是人脑对现实世界事物的存在方式、运动状态以及事物之间联系的抽象反应，信息是客观存在的，人类有意识对信息进行采集和加工

信息的特征:

1. 源于物质和能量
2. 可以感知
3. 可以存储、传递、再生和加工

数据的定义

数据是用来记录信息的可识别的符号组合，是信息的具体表现形式，例某个同学的信息就可以用一组数据来表示：S1、赵毅、女、计算机来表示。

(在这里我认为的是数据和它的语义是无法分割的，同样的数字在不同的场景下则代表不同的含义，单纯地拿出一组数据则没有任何意义。信息则是对数据的语义解释，即上面的数据在不形容人之前是没有任何意义的，只有在形容人才被赋予了本来的意义，即解释这些数据在不同场景下代表的含义。)

数据的表现形式:

可以用多种不同的数据形式来表示同一信息，而信息则不随数据形式的不同而改变。

例 我今天买了10本书，在这里的10可以改成十或ten都可以，不改变信息。

数据的表现形式有数字、文字、图形、图像、声音等

数据与信息的关系可以简单地用一个公式来表达:

 信息=数据+语义

(语义在这里我简单的理解为数据用来描述现实世界的事物并让他有存在价值，即描述一个人高矮胖瘦和他的基本近况，这时数据就有语义了变成了信息)

1.2数据库技术的产生、发展

数据库的发展经历了三个阶段，分别是人工管理、文件系统和数据库系统。

人工管理阶段特点:数据没有专门的存取设备，也没有专门的管理软件，数据不共享也没有独立性

文件系统阶段特点:数据以文件形式长期保存，由文件系统管理数据，程序与数据间有一定的独立性，文件的形式多样化，数据具有一定的共享性

数据库系统阶段特点:

数据结构化、共享度高，冗余低、独立性高有统一的数据管理和控制功能

在这里数据独立性高即二级映像的两个独立加以理解

三个阶段的管理主体:

人工管理阶段：由人管理

文件系统阶段：由文件系统管理

数据库系统阶段：由DBMS管理

重点！！！！！！！数据独立性

数据独立性高:即数据库中的数据和应用程序之间相互独立，即数据的逻辑结构、存储结构以及存取方式的改变不影响应用程序

(在数据库系统中，整个数据库的结构可分为三级:用户逻辑结构、数据库逻辑结构、和物理结构。数据的独立性分为两级:物理独立性和逻辑独立性)

数据的物理独立性：

当数据库的物理结构(如存储结构、存取方式、外部存储设备)发生改变时通过修改映射，使数据库逻辑结构不受影响。进而用户逻辑结构及应用程序不用改变

(数据库管理系统来管理数据)

数据的逻辑独立性:

当数据库的逻辑结构发生改变时，通过修改映射用户逻辑结构以及应用程序不用改变

数据库管理系统提供下述四个方面的数据控制功能:

数据的安全性控制:防止不合法使用数据库造成数据的泄露和破坏

数据的完整性控制:系统通过设置一些完整性规则等约束条件，确保数据的正确性、有效性和相容性

并发控制:

多个用户同时存取或修改数据时系统可防止由于相互干扰而提供给用户不正确的数据，并防止数据库遭到破坏

数据恢复:

由于计算机系统的硬件故障和其他故意的破坏原因，造成数据库中的数据不正确或数据丢失时，系统有能力将数据库从错误状态恢复至最近某一时刻的正确状态

1.3数据库系统的组成

数据库系统(DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统

它主要由数据库、数据库用户、计算机硬件系统和计算机软件系统组成有时人们将数据库系统简称为数据库

数据库(DB):是指存储在计算机内的、有组织的，可共享的数据和数据对象的集合(这种集合按一定的数据模型组织，描述并长期存储，同时能以安全和可靠地方法进行数据的检索和存储)

数据库的特点

1. 有组织
2. 集成性
3. 共享性

用户:

数据库用户分为三类，分别是第一类用户、第二类用户、第三类用户

第一类用户:

即最终用户,主要是使用数据库的各级管理人员，工程技术人员和科研人员，一般为非计算机专业人员

第二类用户:

即应用程序员，应用程序员负责为最终用户设计和编写应用程序，并进行调试和安装.

第三类用户:

即数据库管理员，数据库管理员是负责设计建立管理和维护数据库以及协调用户对数据库要求的个人或工作团队

计算机软件系统

计算机软件系统主要包括操作系统、数据库管理系统及应用开发工具和应用系统

1. 操作系统OS
2. 数据库管理系统DBMS:

是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。把抽象逻辑数据处理换成计算机中的具体物理数据的处理软件

主要功能则是:

1. 数据定义功能
2. 数据操纵功能
3. 数据库运行管理功能
4. 数据库的建立和维护功能
5. 数据通信接口
6. 数据组织存储管理功能

DBMS的组成

1. 语言编译处理程序

1又细分为数据定义语言DDL编译程序，数据操纵语言DML编译程序实现对数据库的基本操作。

它的类型细分为两类，分别是自主型或自含型和宿主型。

1. 系统运行控制程序
2. 系统建立维护程序
3. 数据字典:

描述数据库中有关信息的数据目录。

1. 应用开发工具
2. 应用系统

1.4数据库系统的内部体系结构

数据库系统的三级模式结构:

概念；模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述

内部体系结构则分为三级模式结构和二级映像(从逻辑上分,对用户而言，外模式、模式和内模式分别对应一般用户模式、概念模式、物理模式)

三级模式结构又再分为:

• 外模式

一个数据库中可以含有多个外模式,是数据库用户能看到并允许使用的那部分数据的逻辑结构和特征的描述(它又被称为子模式或用户模式，并且它是三级结构的最外层，外模式一般是模式的子集，外模式也是保证数据库安全性的一个有力措施)

• 模式

一个数据库只有一个模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述(是三级模式结构的中间层，不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关，仅涉及型的描述即(学号、姓名、年龄、系别))

• 内模式

一个数据库中只能含有一个，是对数据库存储结构的描述(它是三级结构的最内层，也是靠近物理存储的一层，即与实际存储数据方式有关的一层。例记录以什么存储方式存储的(顺序存储、b+树存储)、索引按照什么方式组织、数据是否压缩、是否加密。它不涉及任何存储设备的特定约束，如磁盘磁道容量和物理块大小)

我见:通过对数据库三级模式结构的分析可以看出，一个数据库系统，实际存在的只是物理级数据库即内模式，事实上，DBMS的中心工作之一就是完成三级数据库模式之间的转换。

在数据库系统中，外模式可以有多个，而模式和内模式只能各有一个，内模式是整个数据库实际存储的表示，而模式是整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是逻辑模式的某一部分的抽象表示

二级映像:

二级映像是由DBMS在三级结构之间提供，正是二级映像保证了数据库系统中的较高的数据独立性，即逻辑独立性和物理独立性

• 外模式/模式映像

外模式/模式映像保证了数据与程序之间的逻辑独立性(模式描述的是数据的全局逻辑结构，而外模式描述的则是数据的局部逻辑结构，数据库中的统一模式可以有任意多个外模式，对于每一个外模式，都存在一个外模式/模式映像，它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系，例 在学生的逻辑结构(学号、姓名、性别)中添加新的属性 出生日期时，学生的逻辑结构变为(学号、姓名、性别、出生日期)

有数据库管理员对各个外模式/模式映像作相应改变，这一映像功能保证了数据的局部逻辑结构不变(外模式不变)即加上出生日期但如果没有添加数据，出来的还是之前添加数据的原逻辑结构，并且实现数据与应用程序之间的独立性)

(二)模式/内模式映像

模式/内模式映像确保了数据的物理独立性(模式/内模式映像是唯一的，它确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，并且保证了数据存储结构的变化不影响数据的全局逻辑结构的改变，从而不必修改应用程序)

数据库系统的三级模式和两级映像的优点

1. 保证数据的独立性
2. 简化了用户接口
3. 有利于数据共享
4. 有利于数据的安全保密

1.5数据库系统的外部体系结构

1. 单用户结构的数据库系统
2. 主从式结构的数据库系统
3. 分布式结构的数据库系统
4. 客户机/服务器结构的数据库系统
5. 浏览器/服务器结构的数据库系统

1.6数据库管理系统

1.6.1 DBMS的主要功能

1. 数据定义功能
2. 数据操纵功能
3. 数据库的运行管理

DBMS对数据库的控制主要通过四个方面实现:数据的安全性控制、数据的完整性控制、多用户环境下的数据并发性控制和数据库的恢复

1. 数据库的建立和维护功能
2. 数据通信接口
3. 数据的组织存储和管理

1.6.2DBMS的组成(了解)

1.6.3DBMS的数据存取的过程(重点)

DBMS对数据的存取通常需要以下几个步骤

1. 用户使用某种特定的数据操作语言向DBMS发出存取请求
2. DBMS接收请求并将该请求解释转换成机器代码指令
3. DBMS依次检查外模式、外模式/模式映像、模式、模式/内模式映像及存储结构定义
4. DBMS对存储数据库执行必要的存取操作
5. 从对数据库的存取操作中接收结果
6. 对得到的结果进行必要的处理，如格式转换
7. 将处理的结果返回给用户