数据库基础知识

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date: 2018-09-29 08:36:52
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数据库系统

数据库系统的组成

数据库系统是由数据库、数据库管理系统、支持数据库运行的软硬件环境、数据库应用软件和数据库管理员组成的。

• 数据库：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。
• 数据库管理系统：DBMS，管理数据库的软件，是用户和数据库之间的接口，负责完成各项数据处理操作：数据定义、数据操纵、数据库运行管理、数据库的建立和维护。
• 支持数据库运行的软硬件环境：有足够大的内存来保障数据库系统的运行，操作系统要提供对数据管理系统的支持等。
• 数据库应用软件：由用户或第三方软件公司设计的有特殊用途的应用软件，实现用户和数据库管理系统之间的沟通和交流。例如图书管理系统等。
• 数据库管理员：Database Administrator，DBA，负责建立、管理和维护数据的人员。主要职责包括：定义并存储数据库的内容、监督并控制数据库的使用、负责数据库的日常维护、必要时重组和改进数据库。

数据库的体系结构

数据库三级模式结构

模式是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述，仅仅涉及到“型”的描述，不涉及具体的值。

数据库由内模式、模式、外模式三级组成。

• 内模式：又称为存储模式，是对数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。
• 模式：又称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
• 外模式：通常是模式的一个子集，又称为子模式。外模式面向的是用户，是用户眼中的数据库，所以外模式又称为用户视图。

三级模式之间的映射

• 外模式/模式间的映射：模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对于同一个模式，可以有任意个外模式。对于每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式之间的映射。
• 模式/内模式间的映射：数据库只有唯一的模式和内模式，因此它们之间的映射也是唯一的，这个映射定义了数据库全局逻辑结构和存储结构之间的对应关系。

数据模型

概念

数据模型是一种模型，是现实世界数据特征的抽象。

数据模型通常包括数据结构、数据操作和完整性约束三部分。

• 数据结构：是所研究对象的集合，描述的是数据库结构的组成、特性和其互相之间的联系。数据库系统通常按数据结构的类型来命名数据模型，如关系结构的模型命名为关系模型。
• 数据操作：数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。主要包括检索和维护两大类。
• 完整性约束：为了防止不符合规范的数据进入数据库，在用户对数据进行插入、修改、删除等操作时，DBMS自动按照一定的约束条件对数据进行监测，使不符合规范的数据不能进入数据库，以确保数据库中存储的数据正确、有效、相容。

实体与关系

• 实体：客观存在并可相互区分的事物，一个实体可以用若干属性来描述。具有相同属性的实体集合称为实体集。
• 关系：有一对一、一对多、多对多三种。

常见的数据模型

• 层次模型：数据结构是一颗有向树，特征是：
  • 有且仅有一个结点没有父结点，即根结点
  • 除了根结点，其他结点有且只有一个父结点
• 网状模型：结点间可以任意发生关系，特征是：
  • 可以有一个以上的结点没有父结点
  • 允许结点有多于一个的父结点
• 关系模型：用二维表结构表示实体与实体之间的联系。E-R方法（实体-关系方法）是表示实体与关系的最常用的方法。在E-R图中：
  • 长方形表示实体
  • 椭圆表示属性
  • 菱形表示关系
  • 关系与实体间用实线连接，并注明关系的类型

关系数据库的规范化

为了使数据库设计更加优化，提出了规范化理论。

关系数据库必须满足一定的要求，即满足不同的范式。

在第一范式（1NF）的基础上进一步满足更多要求的称为第二范式（2NF），以此类推。一般来说，数据库只要满足第三范式（3NF）即可。

• 第一范式（1NF）：无重复的列，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。如果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构成。
• 第二范式（2NF）：先满足1NF，同时要求属性完全依赖于主键。
• 第三范式（3NF）：先满足2NF，同时要求不存在传递依赖关系。

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