【数据库系统概述】

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一、数据库是什么？

   数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”，以便最大限度地减轻步伐员管理数据的负担，相应的，数据库系统则是管理数据库的软件，有MySQL，Oracle一类的数据库，教学一般利用MySQL
  二、概述

1. 特点

• 数据库是结构化的数据及其接洽的集合
  
  
  
  • 例如关系型数据库，就是以一个个相互接洽的列表的形式储存数据
    
  
  
• 数据共享性高，冗余度低
  
  
  
  • 即一组数据可为多个进程所利用
    
  
  
• 数据独立性高
  
  
  
  • 即数据的结构和利用方式的改变，不影响应用步伐
    
  • 例如，系统会根据运行硬件的不同，调整其逻辑结构和物理结构之间的映射，包管应用步伐的稳定
    
  
  
• 数据管理和控制功能
  
  
  
  • 安全性控制：对每个用户进行权限限制，分配不同权限，以包管数据的安全
    
  • 完整性控制：设置一些束缚条件，包管数据的精确性，稳定性与相容性。
    精确性，如年事为数值型数据，则只能输入数字；
    有效性，即确保数据在有效范围内，如年事不能为负；
    相容性，即数据库同一对象在不同关系表中的数据是符合逻辑的，如，读者性别可以是男性，可以是man，但不能同时为woman，又为男性
    
  • 并发控制：多个用户同时存取或修改数据时，系统可防止由用户相互干扰而提供错误数据
    
  • 数据规复：将数据库从错误状态规复至某一时刻的精确状态，可以明白为游戏中的读档，一般用于硬件故障，软件故障，误操作等行为的规复
    
  
  

2.数据库系统组成

   数据库系统（DataBase System，DBS）由以下几部分组成
  

• 数据库（DataBase，DB）
  
• 用户，包括数据库管理员（DataBase Administrator，DBA） ，终极用户，应用步伐员（为终极用户计划软件，只是简单利用数据库，而DBA则要求高很多）
  
• 软件系统，主要包括操作系统（Operating System，OS），数据库管理系统（DataBase Management System， DBMS）
  

3.内部体系结构

   数据库有三级模式结构，和与之对应的二级映像
  三级模式结构

• 外模式
  
  
  
  • 外模式是用户能够看到和操作的部分，它界说了用户能够访问的数据视图和数据操作接口。每个外部模式代表了用户或应用步伐的视图。外部模式可以针对不同的用户或应用步伐定制，以满足其特定的数据需求和操作需求。可以明白为模式的子集，即数据的局部逻辑结构
    
  
  
• 模式
  
  
  
  • 模式是整个数据库的逻辑结构和组织方式的描述，它界说了数据之间的关系、束缚和逻辑结构。即数据的全局逻辑结构
    
  
  
• 内模式
  
  
  
  • 内部模式是数据库存储和物理组织的描述，它界说了数据在存储介质上的实际存储方式和访问路径。内部模式通常涉及到存储结构、索引方式、数据压缩等底层细节，对于大多数用户和应用步伐是透明的。
    即数据的物理存储结构
    
  
  

二级映像

   为了实现三级模式结构之间的转换，数据库系统提供了二级映像，以此确保逻辑独立性与物理独立性
  

• 外模式/模式映像
  
  
  
  • 指模式到外模式的映射，即全局逻辑结构到局部逻辑结构的映射。全局逻辑结构部分的改变不会影响局部逻辑结构，故不会影响相应的应用步伐。即包管了数据与步伐间的逻辑独立性（根据应用步伐的需要，不同的局部逻辑结构可以任意多，相应的，外模式可以任意多，映像也可以任意多）
    
  
  
• 模式/内模式映像
  
  
  
  • 全局逻辑结构、物理存储结构都只能有一个，故模式、内模式唯一，相应的，此映像唯一。存储结构改变时，可以通过调整映像，包管全局逻辑结构的稳定。即 确保了数据的物理独立性
    
  
  

4. 数据库系统类型

   数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式结构， 以及较为特殊的客户机/服务器结构和浏览器/服务器结构
  

• 单用户结构，即个人用户的数据库，数据不能共享
  
• 主从式结构，将所有处理任务集成到一个大型主机上，用户的终端不负责应用处理
  
  
  
  • 易于管理与维护，但由于主机一揽子全包了，对其性能要求很高
    
  • 因攻击而故障时，会使整个系统无法利用
    
  
  

   下面的类型，用原神做一个简单阐明
  

• 分布式结构，其有多个服务器，在物理意义上分布在多个地域
  
  
  
  • 可以通过多台服务器并发处理数据，提高了处理服从
    
  • 为了使节点之间能够相互通讯、协调和共享资源，这是一个很繁琐的任务，故系统服从非常依靠于网络
    
  • 云原神估计就是此类数据库系统，网络越好，画质越好，也不吃设置和占内存，但就需要为它的服务器付出费用了
    
  
  
• 客户机/服务器结构（Client/Server C/S），应用处理任务由客户机负责，而服务器只负责数据处理
  
  
  
  • 由于服务器只负责数据处理，镌汰了与客户端之间大量的通讯开销，也减轻了服务器的负担，以是对网络和服务器性能的要求都比较低
    
  • 由它的运行机制决定，故每个用户终端都必须安装客户机步伐，来进行应用处理任务，以是当应用步伐修改后，需同步更新所有效户的软件
    
  • 一部分游戏应用步伐就是个壳子，只是简单的输入输出步伐，而原神则不是，原神大量的应用处理由用户负担，以是体现出来的是，原神安装包非常大，而且吃设置，手机动不动就发热，而且还需要定期下载新版本
    
  
  
• 浏览器/服务器结构（Browser/Server B/S），即客户机仅安装浏览器即可，作为一个简单的输入与输出，将应用处理任务分离出去，由一个专门的应用服务器来负责此功能
  
  
  
  • 即数据库服务器 -> 应用服务器 -> 浏览器 -> 客户机
    
  • 网页原神就是此类原理
    
  
  

   留意：明显的，客户机/服务器结构被称为富客户机（Rich Client） 而浏览器/服务器结构被称为瘦客户机（Thin Client）
  5.基本概念

信息，概念

• 实体（Entity），事物。
  
• 属性（Attribute），实体的某一属性。属性分为“型”，“值”，型为属性名，比如学生具有姓名。值为属性名的值，比如某学生姓名为张三
  
• 实体型（Entity Type），具体的某一种实体，如学生。
  
• 实体集（Entity Set），某种实体型的集合，如所有学生。
  
• 码（Key），也可以叫键，唯一标识实体的属性或属性集合。如学生的学号。
  
• 域（Domain），即属性的取值，不肯定为数字。
  
• 接洽（Relationship）。实体内部接洽，即多个属性之间的接洽；实体之间的接洽，一般指不同实体集合之间的接洽。
  

   特别地，实体型之间的接洽，指实体集之间的接洽
  盘算机，概念

• 字段（Field），即属性
  
• 记录（Record），实体
  
• 文件（File），实体集
  
• 关键字，唯一标识实体的属性或多少属性，也称为键
  

   信息中的概念和盘算机中术语是逐一对应的
  6.数据模子

   数据库的数据模子主要分为三种，非关系模子、关系模子、面向对象模子
非关系模子：层次模子、网状模子
  层次模子

• 层次模子为一种树形数据结构，以此表示各个实体之间的接洽
  
• 它是一种很普遍的树，不肯定是二叉树，有树的所有特点，每个结点代表一个实体
  
  
  
  • 除了根节点外，其余结点有且仅有一个父节点
    
  • 父节点可以有多个子节点
    
  • 如图
    
  
  

       完整性束缚条件，以教研室与此中的讲师为例，进行阐明
      

• 插入操作时，没有对应父节点，则不能插入其结点信息。即必须先插入教研室信息，才能插入此中讲师信息。
  
• 删除操作时，删除父节点，其子节点也会被迫删除。即教研室信息被删除，讲师信息都会被删除
  

优缺点

• 结构简单，盘算机容易实现
  
• 树形结构查询服从高，知道其父节点，可以快速查询到指定子节点。
  
• 但是，树型结构不能直接表示实体集合之间的负责关系
  
• 明显的，其插入和删除限制很多
  
• 查询结点，必须知道其父结点
  

网状模子

• 网状模子为网状数据结构，可以明白为数据结构中的图
  
• 允许子节点拥有任意多个父节点，明显的，可以没有父节点
  
• 插入数据时，允许其没有父节点。例如增加尚未分配宿舍的大学生
  
• 删除数据时，允许指删除父节点。如可以删除教研室，但生存此中讲师信息，以待继续分配
  

优缺点

• 可以简单的表示实体之间的复杂接洽
  
• 存储服从高
  
• 但是结构复杂，不利于人利用终极开发出来的步伐
  
• 对应的编程语言复杂，难以把握
  
• 结构复杂，不利于步伐员编写步伐
  

关系模子

• 关系模子为一张或多张相互接洽的二维表，由表名，表头，表头组成
  
• 表头即二维表的名称，表头即二维表的属性的集合，表头即二维表的属性的值
  
• 二维表也叫做关系，具体的表则称为关系实例，简称为关系
  
• 元组，二维表的一行数据，即元组 = 实体 = 记录
  
• 分量，即一个元组此中一个属性的值
  
• 候选码，可以唯一标识一个元组的一个或多少个属性，即候选码 = 码 = 关键字
  
• 主码，从候选码中选一个进行唯一标识，即为主码。明显的，主码唯一
  

优缺点

• 简单易懂，如同纸质的二维表。方便用户以及步伐员
  
• 但查询服从低于非关系模子（树和网状结构，顺着父节点查询很快，而关系模子斩断了这种接洽）
  

面向对象模子

• 便是以面向对象语言方式进行存储，非常接近c++的概念，允很多重继承，即拥有多个父类。
  
• 比较复杂，不是主流模子
  

杂谈

• 数据仓库与数据挖掘技术，收集历史数据，从中获取有效信息，即挖掘
  
• 多媒体数据库，为管理文本，声音，图像视频等非格式化数据，而开发的数据库
  

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