数据库系统基础知识

1．硬件
• 数据库系统对硬件的要求是：CPU处理 速度高；要求足够大的和安全的磁盘等直接 存储设备用于安全地存储庞大的数据；要求 有较高的通信能力，以提高数据传送率；还 要求系统支持联网，以实现数据的共享。
2．软件
• 数据库系统的软件包括操作系统、数 据库管理系统（或编译系统）和应用程序 系统。
• 大量的数据按一定的数据模型组织存 储在数据库中，从而便于进行数据管理、 实现数据共享。
4．数据库管理系统
• 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是对数据 库进行管理和实现对数据库的数据进行操 作的管理系统。
• 如图1.3所示，DBMS是建立在操作系 统基础上，位于操作系统与用户之间的一 层数据管理软件。
（1）实体。
• 从数据处理的角度看，现实世界中的 客观事物称为实体，实体可定义为客观存 在的并相互区分的“事物”。
（2）属性。
• 一个实体具有不同的属性，属性描述了 实体某一方面的特性。
（3）实体集。
• 属性有“型”和“值”的区分。
• 在Visual FoxPro中，用“表”来存放同 一类实体，如教师表存放教师实体，成绩表 存放成绩实体。
（1）一对一的联系（1:1）。
（2）一对多的联系（1:n）。
（3）多对多的联系（m:n）。
1.2.3 数据模型
• 数据是描述客观事物的载体，而现实 世界中事物总是彼此联系的，因此数据与 数据之间必然存在一定的联系，我们可以 用数据模型来描述这种联系。
• 数据模型是反映事物间联系的数据组 织的结构和形式。
• 关系模型与层次模型、网状模型的本 质区别在于数据描述的一致性，关系模型 概念单一。
1.3 数据库系统
• 以数据库为核心，以管理为目的的计 算机系统称为数据库系统（DataBase System，DBS）。
1.3.1 数据库系统的组成
• 数据库系统是把有关计算机硬件、软 件、数据和人员组合起来为用户提供信息 服务的系统。
• 每一个“表”包含若干个字段，“表”中所 包含的“字段”就是实体的属性，字段值的集 合组成表中一条记录，代表一个具体的实体， 即表中的一条记录表示一个实体。
1.2.2 实体及其之间的关系
• 实体之间的对应关系称为实体间的联系， 它反映现实世界事物之间的相互关联。
• 实体间联系是指一个实体型中可能出 现的每一个实体与另一个实体集中多少个 具体实体存在联系，实体之间有各种各样 的联系，归纳起来有以下3种类型。
1.2.1 基本概念
• 人们把客观存在的事物以数据的形式 存储到计算机中，经历了对现实生活中事 物特征的认识、概念化到计算机数据库里 的具体表示形式的逐级抽象过程。
• 实体模型也称概念模型或信息模型， 它是按用户的观点对现实世界中的事物所 建立的一种模型。
• 实现实体模型的过程就是实现现实世 界到计算机世界的两级抽象中的第一级抽 象—信息抽象过程。
• 根据处理设备的结构和工作方式以及数 据分布方式的不同，数据处理的方式主要有 以下4种。
（1）按处理设备的结构方式分，可分 为联机处理方式和脱机处理方式。
（2）按数据处理时间的分配方式分， 可分为批处理方式、分时处理方式和实 时处理方式。
（3）按数据处理空间的分布方式分，可 分为集中式处理方式和分布处理方式。
（3）数据库系统阶段。
• 20世纪60年代后期，随着计算机技术的 发展，计算机在管理中应用越来越广泛，规 模越来越庞大，数据量急剧增加，数据共享 性更强。
• 在数据库系统中，有一种叫做数据库 管理系统（DataBase Mannagement System, DBMS）的系统软件将所有的数 据集中到一个数据库中，形成一个数据中 心，对数据进行统一的控制。
• 文件系统提供了在外存储器上长期保存 数据并对数据进行存取的手段。
• 文件的逻辑结构与存储结构有一定的区 别，即程序与数据具有一定的独立性。
• 数据的存储结构变化，不一定影响程 序，因此程序员可集中精力进行算法的设 计，大大减少了维护程序的工作量。
• 文件系统阶段存在着以下几个问题。 ① 数据冗余度大。 ② 数据独立性差。 ③ 缺乏对数据的集中管理。
• 数据库管理系统需要利用操作系统提 供的输入/输出控制和文件访问功能，因此 它需要在操作系统的支持下运行。
• 在数据库管理系统支持下，数据和程 序的关系如图1.4所示。
图1.4 数据库管理系统中数据和程序的关系
5．数据库应用系统
• 数据库应用系统是指系统开发人员利 用数据库系统资源开发出来的，面向某一 类实际应用的应用软件系统。
1.3.2 数据库系统的分类
• 按照数据存放位置的不同，可以将数 据库系统分为以下两类。
（1）集中式数据库系统。
• 集中式数据库系统就是将所有的数据 集中在一个数据库中。
• 在逻辑上数据是集中存放的，在物理 上也是。
（2）分布式数据库系统。
• 分布式数据库系统是数据库技术和计 算机网络技术相结合的产物。
3．数据库的特点
• 数据库具有数据共享、数据独立、最 小冗余、数据安全、数据完整、灵活性、 可恢复性等特点。
（1）数据共享。 （2）数据独立性强。 （3）数据冗余度小。 （4）数据结构化。
1.2 数 据 模 型
• 数据模型是描述数据及数据之间联系 的结构形式，它主要研究如何组织数据库 中的数据，这是数据库的核心内容。
• 数据是信息的具体表现形式，是信息的 载体。
• 在实际应用中，数据的表示形式有两种： 一种是可以参与数值运算的数值型数据，如表 示工资、成绩的数据；另一种是由不能参与数 值运算的数据，如字符（文字和符号）、图表 （图形、图像和表格）、动画、影像、声音等 多媒体数据。
• 数据有两方面的特征：一是客体属性的 反映，这是数据的内容；二是记录信息的 符号，这是数据的形式。
4．客户/服务器数据库系统
• 这种把DBMS和应用程序分开的结构就 是客户/服务器数据库系统。
• 在客户/服务器结构系统中，客户端的 用户将数据传送到数据库服务器，服务器 进行处理后，只将结果返回给用户，从而 减少了网络上的数据传输量，提高了系统 的性能和负载能力。
• 主从式数据库系统的结构如图1.6所示。
图1.6 主从式数据库系统
• 主从式结构的优点是简单、数据易于 管理维护。
• 缺点是当终端用户数目增加到一定程 度后，数据的存取通道会形成瓶颈，从而 使系统性能大幅度下降。
3．分布式数据库系统
• 在分布式数据库系统中，数据在逻辑 上是一个整体，而在物理形式上则分布在 计算机网络的不同结点上，每个结点上的 主机又带有多个终端用户，如图1.7所示。
• 从最终用户角度来看，数据库系统可 以分为这几种结构：单用户结构、主从式 结构、分布式结构和客户/服务器结构。
1．单用户数据库系统
• 单用户数据库系统是一种早期的、最 简单的数据库系统。
• 单用户数据库系统如图1.5所示。
图1.5 单用户数据库系统
2．主从式数据库系统
• 主从式结构是指一个主机连接多个终端 的多用户结构。
• 形式是内容的表现方式，内容是形式的 实质。
1.1.2 数据处理
• 数据处理是指将数据转换成信息的过 程，数据处理也可称为信息处理。
• 它包括对数据的采集、整理、存储、 分类、检索、排序、统计、维护、传输等一 系 列活动。
• 通常将数据处理分为两个操作层次：一 是数据采集、分类、组织、编码、存储、检 索、传输、维护等基本操作，这些基本操作 称为数据管理；二是加工、计算、输出等操 作，管理对象不同，操作的要求也不同。
（2）网状模型。
• 网状模型用网状结构表示实体及其之 间联系。
图1.2 网状模型
（3）关系模型。
• 关系模型与以上的两种模型相比，有 着本质的区别，它是用二维表格来表示实 体以及实体之间联系。
• 在关系模型中，操作的对象和结果都 是二维表，这种二维表就是关系。
• 如表1.1所示，表中每一列是一个属性， 每一行称为一个元组，即一条记录，可以采 用传统的集合运算（如并、交、差）和专门 的关系运算（如投影、选择和连接）来完成 数据的处理。
• 在数据库管理系统中，常用的数据模 型有层次模型、网状模型、关系模型3种。
（1）层次模型。
• 层次模型用树型结构来描述实体及它 们之间的关系。
• 图1.1所示为一个层次模型的例子。
图1.1 层次模型
• 层次模型的数据库管理系统是世界上 最早出现的大型数据库系统，其典型代表 是IBM的IMS（Information Management System）。
6．数据库管理员
• 数据库系统中的有关人员主要有3类： 最终用户、应用系统开发人员和数据库管 理员。
• 一般来说，DBA的任务有主要有如下 几方面。
（1）在了解数据库的设计基础上，组 织完成数据库的建立和安装。
（2）进行数据的完整性维护。 （3）保证数据库的安全。
（4）了解用户需求，解决有关技术问题。 （5）指导用户正确使用数据库。 （6）对数据库进行适当的调整，以保证其 正常运行。
• 分布式数据库系统是将多个集中式数 据库通过网络连接起来，从而使得各个结 点的计算机可以利用网络通信功能访问其 他结点上的数据库资源
• 物理上分布、逻辑上集中的分布式数 据库结构是一个逻辑上统一、地域上分布 的数据集合，是计算机网络环境中各个结 点局部数据库的逻辑集合。
1.3.3 数据库系统的结构
Visual FoxPuo 程序设计基础
第1章 数据库系统基础知识
1.1
数据库基础知识
1.2
数据模型
1.3
数据库系统
1.4
关系数据库
1.5 数据库系统的体系结构与开发工具
1.1 数据库基础知识