数据库系统基本概念 - 数据库系统原理

发布时间:2016-12-31 7:03:54编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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  1. 数据以文件形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。
  2. 数据的逻辑机构与物理结构有了区别,但比较简单。
  3. 文件组织已多样化(如索引文件、链接文件等),但文件之间相互独立,缺乏联系。
  4. 数据不再属于某个特定的程序,可以重复使用,数据面向应用。
  5. 对数据的操作以记录为单位。

       随着数据管理规模的扩大,数据量急剧增加,文件系统显露出三个缺陷

  1. 数据冗余(Redundancy)。
  2. 数据不一致(Inconsistency)。
  3. 数据联系弱(Poor Data Relationship)。

       例如,建立职工档案文件、工资文件、医保文件,每一个文件里都有职工的电话号码,这就是“数据冗余”,如果电话号码需要修改,就要修改三个文件,否则就会引起数据的不一致,产生这些问题的原因是因为文件中的数据没有联系。

  • 数据库阶段的三件大事
  1. 1968,美国,IBM 推出层次模型的 IMS(Information Management System) 系统。
  2. 1969,美国,CODASYL(Conference On Data System Language) 组织发布了 DBTG(Data Base Task Group) 报告,提出了网状模型
  3. 1970,美国,IBM 的 E.F.Codd 连续发表论文,提出了关系模型,奠定了关系数据库的理论基础。
  • 数据库阶段的特点
  1. 采用数据模型表示复杂的数据结构。
  2. 有较高的数据独立性。
  3. 数据库系统为用户提供了方便的用户接口。
  4. 数据库系统提供了四方面的数据控制功能:数据库的恢复、数据库的并发控制、数据的完整性、数据的安全性。
  • 高级数据库阶段的主要标志

       高级数据库阶段的主要标志是 20 世纪 80 年代的分布式数据库系统、90 年代的对象数据库系统、21 世纪的 Web 数据库系统

  • 高级数据库阶段的相关技术
  1. 面向对象的概念建模。
  2. 开放数据库互联技术。

 

数据描述

       数据描述经历了三个阶段:概念设计逻辑设计物理设计

  • 概念设计中的数据描述

       数据库的概念设计是根据用户的需求设计数据库的概念结构,它以规范的形式,表达了对用户需求所涉及事物的理解。

       数据库概念设计阶段常用术语

  1. 实体(Entity):客观存在,可以相互区别的事物。例如一名学生、一辆汽车,也可以是抽象的一次借书、一场比赛。
  2. 实体集(Entity Set):同类实体的集合。
  3. 属性(Attribute):实体的每一个特性。每一个属性有一个值域,其类型可以是整数、实数、字符串等。
  4. 实体标识符(Identifier):能唯一标识实体的属性或属性集。有时也称为关键码(Key),或简称为键。
  • 逻辑设计中的数据描述

       数据库的逻辑设计是根据概念设计的结果设计数据库的逻辑结构,即表达方式和实现方法。

       数据库逻辑设计阶段常用术语

  1. 记录(Record):字段的有序集合,一般,一个记录描述一个实体。
  2. 文件(File):同一类记录的集合,一般,用来描述实体集。
  3. 字段(Field):标记实体属性的命名单位。例如学生有学号、姓名、年龄等。
  4. 关键码(Key):能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集。
  • 物理存储介质层次

       根据访问数据的速度、成本、可靠性,计算机系统的存储介质可分成以下六类:

  1. 高速缓冲存储器(Cache):访问速度最快、最昂贵、容量小、由 CPU 直接管理。
  2. 主存储器(Main Memory):内存。
  3. 快擦写存储器(Flash Memory):又称“电可擦可编程只读存储器”,简称“快闪存”。
  4. 磁盘存储器(Magnetic Disk)。
  5. 光存储器(Optical Disk):光盘。数据以光的形式存储在盘里,然后用一个激光器去读。
  6. 磁带(Tape Storage):价格最便宜,属于“顺序存取存储器”。
  • 物理存储中的数据描述

       物理存储中的常用术语:

  1. (Bit,比特):一个二进制位。
  2. 字节(Byte):8 个比特为一个字节,可以存放一个字符所对应的 ASCII码。
  3. (Word):若干个字节组成一个字。各种计算机的字长是不一样的,如 8 位,16 位,32 位等。
  4. (Block):又称为物理块或物理记录。块是内存和外存交换信息的最小单位,通常为 2 的 10~14 次方字节。
  5. (Bucket):外存的逻辑单位,一个桶可以包含一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。
  6. (Volume):一个输入输出设备所能装载的全部有用信息。例如,磁带机的一盘磁带、磁盘的一个盘组。
  • 数据联系的描述

       现实世界中,事物是相互联系的。这种联系必然要在数据库中有所反映,实体并不是孤立静止的,实体与实体之间有联系(一元、二元、三元)。

 

数据抽象的级别

       模型(Model)是对现实世界的抽象。在数据库技术中,我们用数据模型(Data Model)的概念描述数据库的结构和语义,对现实世界的数据进行抽象。根据数据抽象的级别定义了四种模型概念数据模型逻辑数据模型外部数据模型内部数据模型。一般,在提及时省略“数据”两字。这四种模型之间的相互关系如图:

       QQ浏览器截屏未命名

       数据抽象的过程就是数据库设计的过程,具体步骤如下:

  1. 根据用户需求,设计数据库的概念模型,这是一个“综合”的过程。
  2. 根据转换规则,把概念模型转换为逻辑模型,这是一个“转换”的过程。
  3. 根据用户的业务特点,设计不同的外部模型,给程序员使用。即应用程序使用的是数据库的外部模型,外部模型与逻辑模型之间的对应性称为映像。
  4. 数据库实现时,要根据逻辑模型设计其内部模型。内部模型与逻辑模型之间的对应性称为映像。

       1 称为 DB 的概念设计;23 称为 DB 的逻辑设计;4 称为 DB 的物理设计。

  • 概念模型

       概念模型的抽象级别最高,其具有如下特点:

  1. 表达了数据的整体逻辑结构,它是系统用户对整个应用项目涉及的数据的全面描述。
  2. 从用户需求的观点出发,对数据建模。
  3. 独立于硬件和软件。
  4. 是数据库设计人员与用户之间进行交流的工具。

       现在采用的概念模型主要是实体联系(ER)模型,主要用 ER 图来表示。矩形表示实体;菱形表示联系类型;椭圆表示实体的属性和联系类型的属性,若属性是标识符则在属性名下划一条横线;各部件均用直线连接,联系类型两边的实体边(直线两端)标注联系类型(1:1,1:N,M:N)。

  • 逻辑模型

       在选定 DBMS 软件后,就要将概念模型按照选定的 DBMS 的特点转换成逻辑模型。

       逻辑模型具有下列特点:

  1. 表达了 DB 的整体逻辑结构,它是设计人员对整个应用项目数据库的全面描述。
  2. 是从数据库实现的观点出发,对数据建模。
  3. 独立于硬件,却依赖于软件(DBMS)。
  4. 是数据库设计人员与应用程序员之间进行交流的工具。

       逻辑模型主要有下面三种模型:

  1. 层次模型(Hierarchical Model):用有一个根节点的树形结构来表示实体类型与实体间联系的数据模型。特点是记录之间的联系通过指针实现,查询效率较高。但也有两个缺点:一是只能表示 1:N 联系,二是由于层次顺序的严格和复杂,引起数据的查询和更新操作很复杂,因此应用程序的编写也比较复杂
  2. 网状模型(Network Model):用有向图表示实体类型与实体间联系的数据模型。特点是记录之间的联系通过指针实现,M:N 联系也容易实现(拆成两个 1:N 联系),查询效率较高。但致命缺点是数据结构复杂和编程复杂。后被关系系统的产品取代。
  3. 关系模型(Relational Model):用二维表格表达实体集。特点是数据结构简单,容易为初学者理解。与前两者的最大的差别是用关键码而不是指针导航数据,表格简单,用户易懂,只需简单的查询语句就可以对数据库进行操作,不涉及存储结构、访问技术等细节。

  三种逻辑数据模型的比较:


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