数据库系统的基本概念

考点17 数据库系统的基本概念

1、数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统 （1）数据

数据（Data）是描述事物的符号记录。

数据：在计算机系统中，各种字母、数字符号的组合、语音、图形、图像等统称为数据，数据经过加工后就成为信息。

在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的介质的总称，是用于输入电子计算机进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号和模拟量等的通称。

（2）数据库

数据库（Database, DB)是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

数据库是一个单位或是一个应用领域的通用数据处理系统，他存储的是属于企业和事业部门、团体和个人的有关数据的集合。数据库中的数据是从全局观点出发建立的，他按一定的数据模型进行组织、描述和存储。其结构基于数据间的自然联系，从而可提供一切必要的存取路径，且数据不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体的结构化特征。

数据库中的数据是为众多用户所共享其信息而建立的，已经摆脱了具体程序的限制和制约。不同的用户可以按各自的用法使用数据

库中的数据；多个用户可以同时共享数据库中的数据资源，即不同的用户可以同时存取数据库中的同一个数据。数据共享性不仅满足了各用户对信息内容的要求，同时也满足了各用户之间信息通信的要求。

（3）数据库管理系统

数据库管理系统（Database Management System, DBMS）是数据库的机构，它是一个系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。

数据库管理系统的主要类型有4种：文件管理系统，层次数据库系统，网状数据库系统和关系数据库系统，其中关系数据库系统的应用最为广泛。

数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过它访问数据库中的数据，数据库管理员也通过它进行数据库的维护工作。它可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。DBMS提供数据定义语言DDL（Data Definition Language）与数据操作语言DML（Data Manipulation Language），供用户定义数据库的模式结构与权限约束，实现对数据的追加、删除等操作。 （4）数据库系统

数据库系统（Database System, DBS）是指引进数据库技术后的整个计算机系统，能够实现有组织地、动态地存储大量相关数据，

提供数据处理和信息资源共享的便利手段。

数据库系统由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、计算机硬件、操作系统及数据库管理员组成。

小提示：在数据库系统、数据库管理系统和数据库三者之中，数据库管理系统是数据库系统的组成部分，数据库又是数据库管理系统的管理对象，因此可以说数据库系统包括数据库管理系统，数据库管理系统包括数据库。 2、数据库系统的发展

数据管理发展至今已经经历了3个阶段：人工管理阶段、文件管理阶段和数据库系统阶段。

数据库概念的发展

1、人工管理阶段（初等数据文件阶段）

二十世纪五十年代中期以前，计算机主要用于科学计算。 硬件状况：外存只有纸带、卡片、磁带、没有磁盘等直接存取的设备；

软件状况：没有操作系统，没有管理数据的软件； 数据处理方式：批处理。 人工管理数据特点： （1）、数据不保存； （2）、应用程序管理数据； （3）、数据冗余，数据不共享； （4）、数据不具有独立性。

2、文件系统阶段（独立文件管理系统） 二十世纪五十年代后期到六十年代中期。 硬件方面：拥有磁盘、磁鼓等直接存取设备；

软件方面：操作系统中已经有专门的数据管理软件，一般称为文件系统；

数据处理方式：批处理，；联机实时处理。 文件系统管理数据特点： （1）、数据长期保存；

（2）、文件系统管理数据由专门的软件即文件系统进行数据管理，文件系统把数据组织成相互独立的数据文件，利用“按文件名访问，按记录存取”的管理技术，可以对文件进行修改、插入、删除等操作；

（3）、文件系统实现了记录内的结构性，但是整体无结构； （4）、数据共享性差，冗余度大；

在文件系统中，一个文件基本上对应于一个应用程序，即文件仍然是面向应用的。

（5）、数据独立性差；

一旦数据的逻辑结构改变，必须修改应用程序，修改文件结构的定义，修改应用程序。例如，应用程序改用不同的高级语言等，将引起文件的数据结构改变，因此数据与程序之间仍缺乏独立性。

3、数据库系统阶段 二十世纪六十年代后期以来

硬件方面：拥有大容量磁盘，硬件价格下降；

软件方面：软件价格上升，为编制和维护系统软件及应用程序的成本相对增加；

数据处理方式：统一管理数据的专门软件系统，即数据库管理系统。

数据库系统的特点： （1）、数据结构化；

数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。在文件系统中，尽管记录内部已经有了某些结构，但记录之间没有联系。

（2）、数据共享性高，冗余度低，易扩充；

数据库系统从整体角度描述数据，数据不再面向某个应用，而是面向整个系统，因此数据可以被多个用户、多个应用共享使用。数据共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间。

（3）、数据独立性高

数据独立性包括物理独立性、逻辑独立性。

数据的物理存储改变，应用程序不需改变。数据与程序独立，把数据的定义从程序中分离，数据的存取由DBMS负责，简化应用程序的复杂程度，大大减少应用程序的维护和修改。

（4）、数据由DBMS统一管理和控制。

数据库的共享是并发的共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据。

应用背景 人工管理 科学计算 无直接存取硬件背景 存储设备 背软件背景 景 统 批处理、联机实数据处理方批处理 式 理 数据管理者 数据面对的对象 数据共享程度 特点 数据独立性 人 某一应用程某一应用程序 序 无共享、数据共享性差、数据冗余度大 冗余度极大 数据不独立、完全依赖程序 记录内有结构、整体无结数据结构化 无结构 构 数据控制能力 应用程序自应用程序自己控制 己控制 统提供数据安全数据模型描述 由数据库管理系数据独立性差 冗余度小 数据具有高度物理独立性和逻辑独立性 整体结构化、用共享性高、数据整个应用系统 文件系统 数据库管理系统 批处理、联机实时处理 时处理、分布处没有操作系有文件系统 数据库管理系统 磁盘、磁鼓 大容量磁盘 文件系统 科学计算、管理 数据库系统 大规模管理 性、完整性、并发控制和恢复能力 一般认为，未来的数据库系统应支持数据管理、对象管理和知识管理，应该有面向对象的基本特征。在关于数据库的基本特征中，有三种比较重要，它们是面向对象数据库系统、知识库系统、关系数据库系统的扩充。

（1）面向对象数据库系统

面向对象是一种认识方法学，也是一种新的程序设计方法学。把面向对象的方法和数据库技术结合起来可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致。面向对象数据库系统是为了满足新的数据库应用需要而产生的新一代数据库系统。

用面向对象方法构筑面向对象数据库模型使具有比关系数据库系统更为通用的能力。 （2）知识库系统

用人工智能中的方法特别是逻辑知识表示方法构筑数据库模型，使模型具有特别通用的能力。 （3）关系数据库系统的扩充

利用关系数据库作进一步扩展，使其在模型的表达能力与功能上有进一步的加强，如与网络技术相结合的Web数据库、数据仓库及嵌入式数据库等。

3、数据库系统的基本特点

数据库系统具有以下特点：数据的集成性、数据的结构化、数据的高共享性和低冗余性、数据的独立性、数据有DBMS统一管理和控制。 4、数据库系统的内部结构体系

数据库模式是数据库系统中数据结构的一种表现形式，具有不同的层次和结构方式。

数据库系统在其内部具有3级模式和2级映射，3级模式分别是概念模式、内模式和外模式；2级映射分别是外模式/概念模式的映射和概念模式/内模式的映射。3级模式和2级映射构成了数据库系统内部的抽象结构体系。

模式的3个级别层次分别反映了模式的3个不同环境及其不同要求，其中内模式处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，也称为物理模式；概念模式处于中层，也叫逻辑模式，它反映了设计者的全部逻辑要求，是全体用户公共数据视图 ；而外模式位于最外层，也成为子模式，它反映了用户对数据的要求，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。

小提示：一个数据库只有一个概念模式和一个内模式，有多个外模式。

两级映射保证了数据库系统中数据的独立性。

（1）概念模式到内模式的映射。该映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系；

（2）外模式到概念模式的映射。概念模式是一个全局模式而外

模式是用户的局部模式。一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。 6、数据库技术

数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。

数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。 数据库技术的根本目标是要解决数据的共享问题