数据库概念组成及模式
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第1章 数据库系统
1.1 数 据 库 的 概 念
1.2 数据库系统 1.3 关 系 模 型
本章主要介绍数据库的概念、数据库系统、 关系模型。通过本章的学习，读者应掌握 以下内容： 数据库的相关概念 数据库系统的组成及模式
1.1 数 据 库 的 概 念
Hale Waihona Puke Baidu1.1.1 相关概念
数据库是指存储在计算机内、有组织、可 共享的数据集合。它不仅包括数据本身， 而且包括相关数据之间的联系。数据库技 术主要研究如何存储、使用和管理数据。
1.3.1 关系模型
在数据模型中有“型”（Type）与 “值”（Value）的概念。型是对数据结构 和属性的说明；值是型的具体赋值。
“模式”（Schema）是数据库所有数据的 型的描述，也就是说，模式描述了数据库 所有数据的逻辑结构及其联系，它相对稳 定。模式的具体取值称为“实例” （ Instance ），它反映数据库某个时刻的 状态，因此，它是随时间不断地更新的。
① 数据完整性控制 ② 数据安全性控制 ③ 数据库的恢复 ④ 数据库的并发控制
（4）数据库的维护功能
3．支持数 据库系统运行的软件、 硬件环境
每种DBMS都有它自己要求的软件、 硬件环境，硬件是指所需的基本配置以及 所建议的配置。 软件是指支持DBMS和数据库运行的 操作系统（如Windows、Linux等），以及 与数据库接口的高级语言及其编译系统。
数据是记录客观事实的符号。这里的“符 号”不仅仅指数字、字母、文字和其他特 殊符号，而且还包括图形、图像、声音等 多媒体数据。
信息是经过加工后的数据，它会对接收者 的行为和决策产生影响，具有现实的或潜 在的价值。
数据与信息之间的关系（如图1-1所示）可 以表示为： 信息 = 数据 + 数据处理
数据 处理过程 信息
应用 A
应用 B
应用 C
应用 D
应用 E
外模式 1
外模式 2 模式/外模式 映射 模式 模式/内模式映射 内模式
外模式 3
数据库
图1-6 数据库的三级模式
1．内模式（Internal Schema）
内模式又称物理模式，具体描述数据在外 部存储器上如何组织存储。它用内模式数 据描述语言进行描述，它规定包括数据项、 记录、数据集、索引和存取路径在内的一 切物理组织方式，也规定数据的优化性能、 响应时间和存储空间需求，还规定数据的 记录位置、块的大小与数据溢出等。 内模式反映了数据库的存储方式。
数据库系统（ DBS ）是具有管理和控制数 据库功能的计算机系统。
1．数据库（Data Base）
共享性
独立性
安全性
数据冗余少
2．数据库管理系统
（Data Base Management System，DBMS）
DBMS的主要功能如下。
（1）数据库的定义功能 （2）数据库的操纵功能
（3）数据库的保护功能
模式/内模式映射：定义了数据的逻辑结构 与存储结构之间的对应关系。当数据库的 存储结构改变时， DBA 可以通过修改本级 映射使模式不变化。由于用户或程序是按 数据的逻辑模式使用数据的，所以只要模 式不变，用户仍可以按原来的方式使用数 据，程序也不需要修改，从而也保证了数 据的物理独立性。
1.3 关 系 模 型
数据存储
图1-1 数据与信息的关系
数据与信息的联系与区别如下。 ① 数据是信息的载体；但不是所有的数据 都能表示信息，信息是人们消化了的数据。 ② 信息是抽象的，不随数据设备所决定的 数据形式而改变；而数据的表示方式却具 有可选择性。 所谓数据处理是指对各种数据进行收集、 整理、组织、存储、加工及传播等一系列 活动的总和。
4．应用程序
根据不同用户的需要，采用与相关数据库 接 口 的 高 级 语 言 和 编 译 系 统 （ 如 Visual Basic、Java等）编写的应用程序，用以处 理用户的业务。
5 ． 数 据 库 管 理 员 （ DataBase Administrator，DBA）和用户
DBA 是指管理、维护数据库系统的人员， 起着联络数据库系统与用户的作用；用户 则是最终系统的使用和操作人员。大型数 据库系统，一般配备专职 DBA ；微型计算 机的 数 据 库 系 统 ， 一 般 由 用 户自己 承担 DBA的角色。
4．二级映射技术及作用
模式 / 外模式映射：定义并保证了外模式与 模式之间的对应关系，它通常保存在外模式 中。当模式变化时，DBA可以通过修改映射 的方法使外模式不变；由于应用程序是根据 外模式进行设计的，只要外模式不改变，应 用程序就不需要修改。本级映射不仅建立了 用户数据库与逻辑数据库之间的对应关系， 使得用户能够按子模式进行程序设计，同时 也保证了数据的逻辑独立性。
用户
…
用户
图 数 据 库 系 统 的 组 成
1-5
应用程序
应用开发工具
数据库管理系统(DBMS)
DBA
操作系统(OS)
数据库
1.2.2 数据库系统的三级模式结构
为了有效地组织、管理数据，数据库采用 了三级模式结构。 数据库的三级模式由内模式、模式和外模 式组成，它们分别对应三级层次结构的内 层、中间层和外层，如图1-6所示。
2．模式（Schema）
模式又称逻辑模式，是对数据库中数据的 整体逻辑结构和特征的描述。 一个数据库系统只能有一个逻辑模式，模 式是一种对数据库组织的全局逻辑观点， 它反映了数据的总体观，它是装填数据的 框架
3．外模式（External Schema）
外模式是个别用户的数据视图，与某一应用 有关的数据的逻辑表示。外模式是模式的一 个子集，故又称为子模式，它包含模式中允 许特定用户使用的那部分数据。 子模式是完全按用户自己对数据的需要、站 在局部的角度进行设计的，故又被称为用户 视图。 模式是内模式的逻辑表示，内模式是模式的 物理实现，外模式则是模式的部分抽取。
1.1.2 数据管理技术的发展
数据管理是数据处理重要的基本环节，经 历了以下3个发展阶段。
1．程序管理方式阶段
（又称为人工管理阶段，20世纪50年代前期）
2．文件管理系统阶段
（20世纪50年代后期到60年代中期）
3．数据库管理系统阶段
（20世纪60年代后期开始）
1.2 数 据 库 系 统
1.2.1 数据库系统的组成
1.1 数 据 库 的 概 念
1.2 数据库系统 1.3 关 系 模 型
本章主要介绍数据库的概念、数据库系统、 关系模型。通过本章的学习，读者应掌握 以下内容： 数据库的相关概念 数据库系统的组成及模式
1.1 数 据 库 的 概 念
Hale Waihona Puke Baidu1.1.1 相关概念
数据库是指存储在计算机内、有组织、可 共享的数据集合。它不仅包括数据本身， 而且包括相关数据之间的联系。数据库技 术主要研究如何存储、使用和管理数据。
1.3.1 关系模型
在数据模型中有“型”（Type）与 “值”（Value）的概念。型是对数据结构 和属性的说明；值是型的具体赋值。
“模式”（Schema）是数据库所有数据的 型的描述，也就是说，模式描述了数据库 所有数据的逻辑结构及其联系，它相对稳 定。模式的具体取值称为“实例” （ Instance ），它反映数据库某个时刻的 状态，因此，它是随时间不断地更新的。
① 数据完整性控制 ② 数据安全性控制 ③ 数据库的恢复 ④ 数据库的并发控制
（4）数据库的维护功能
3．支持数 据库系统运行的软件、 硬件环境
每种DBMS都有它自己要求的软件、 硬件环境，硬件是指所需的基本配置以及 所建议的配置。 软件是指支持DBMS和数据库运行的 操作系统（如Windows、Linux等），以及 与数据库接口的高级语言及其编译系统。
数据是记录客观事实的符号。这里的“符 号”不仅仅指数字、字母、文字和其他特 殊符号，而且还包括图形、图像、声音等 多媒体数据。
信息是经过加工后的数据，它会对接收者 的行为和决策产生影响，具有现实的或潜 在的价值。
数据与信息之间的关系（如图1-1所示）可 以表示为： 信息 = 数据 + 数据处理
数据 处理过程 信息
应用 A
应用 B
应用 C
应用 D
应用 E
外模式 1
外模式 2 模式/外模式 映射 模式 模式/内模式映射 内模式
外模式 3
数据库
图1-6 数据库的三级模式
1．内模式（Internal Schema）
内模式又称物理模式，具体描述数据在外 部存储器上如何组织存储。它用内模式数 据描述语言进行描述，它规定包括数据项、 记录、数据集、索引和存取路径在内的一 切物理组织方式，也规定数据的优化性能、 响应时间和存储空间需求，还规定数据的 记录位置、块的大小与数据溢出等。 内模式反映了数据库的存储方式。
数据库系统（ DBS ）是具有管理和控制数 据库功能的计算机系统。
1．数据库（Data Base）
共享性
独立性
安全性
数据冗余少
2．数据库管理系统
（Data Base Management System，DBMS）
DBMS的主要功能如下。
（1）数据库的定义功能 （2）数据库的操纵功能
（3）数据库的保护功能
模式/内模式映射：定义了数据的逻辑结构 与存储结构之间的对应关系。当数据库的 存储结构改变时， DBA 可以通过修改本级 映射使模式不变化。由于用户或程序是按 数据的逻辑模式使用数据的，所以只要模 式不变，用户仍可以按原来的方式使用数 据，程序也不需要修改，从而也保证了数 据的物理独立性。
1.3 关 系 模 型
数据存储
图1-1 数据与信息的关系
数据与信息的联系与区别如下。 ① 数据是信息的载体；但不是所有的数据 都能表示信息，信息是人们消化了的数据。 ② 信息是抽象的，不随数据设备所决定的 数据形式而改变；而数据的表示方式却具 有可选择性。 所谓数据处理是指对各种数据进行收集、 整理、组织、存储、加工及传播等一系列 活动的总和。
4．应用程序
根据不同用户的需要，采用与相关数据库 接 口 的 高 级 语 言 和 编 译 系 统 （ 如 Visual Basic、Java等）编写的应用程序，用以处 理用户的业务。
5 ． 数 据 库 管 理 员 （ DataBase Administrator，DBA）和用户
DBA 是指管理、维护数据库系统的人员， 起着联络数据库系统与用户的作用；用户 则是最终系统的使用和操作人员。大型数 据库系统，一般配备专职 DBA ；微型计算 机的 数 据 库 系 统 ， 一 般 由 用 户自己 承担 DBA的角色。
4．二级映射技术及作用
模式 / 外模式映射：定义并保证了外模式与 模式之间的对应关系，它通常保存在外模式 中。当模式变化时，DBA可以通过修改映射 的方法使外模式不变；由于应用程序是根据 外模式进行设计的，只要外模式不改变，应 用程序就不需要修改。本级映射不仅建立了 用户数据库与逻辑数据库之间的对应关系， 使得用户能够按子模式进行程序设计，同时 也保证了数据的逻辑独立性。
用户
…
用户
图 数 据 库 系 统 的 组 成
1-5
应用程序
应用开发工具
数据库管理系统(DBMS)
DBA
操作系统(OS)
数据库
1.2.2 数据库系统的三级模式结构
为了有效地组织、管理数据，数据库采用 了三级模式结构。 数据库的三级模式由内模式、模式和外模 式组成，它们分别对应三级层次结构的内 层、中间层和外层，如图1-6所示。
2．模式（Schema）
模式又称逻辑模式，是对数据库中数据的 整体逻辑结构和特征的描述。 一个数据库系统只能有一个逻辑模式，模 式是一种对数据库组织的全局逻辑观点， 它反映了数据的总体观，它是装填数据的 框架
3．外模式（External Schema）
外模式是个别用户的数据视图，与某一应用 有关的数据的逻辑表示。外模式是模式的一 个子集，故又称为子模式，它包含模式中允 许特定用户使用的那部分数据。 子模式是完全按用户自己对数据的需要、站 在局部的角度进行设计的，故又被称为用户 视图。 模式是内模式的逻辑表示，内模式是模式的 物理实现，外模式则是模式的部分抽取。
1.1.2 数据管理技术的发展
数据管理是数据处理重要的基本环节，经 历了以下3个发展阶段。
1．程序管理方式阶段
（又称为人工管理阶段，20世纪50年代前期）
2．文件管理系统阶段
（20世纪50年代后期到60年代中期）
3．数据库管理系统阶段
（20世纪60年代后期开始）
1.2 数 据 库 系 统
1.2.1 数据库系统的组成