數據庫系統概述

什麼是數據庫？

數據庫是一個以某種有組織的方式存儲的數據集合。也就是：保存有組織數據的容器（一個文件或一組文件）

爲何咱們須要數據庫？

毫無疑問，數據庫是用來存儲數據的。咱們對excel確定不會陌生，excel也是用來存儲數據。那既然有excel這樣很是好用的軟件了，爲何須要數據庫呢？？

• excel存儲的數據量太少了。因爲咱們網絡發展，excel的存儲量遠遠不能支撐咱們的需求。
• excel數據沒法多人共享。excel只是一個單一的文件，只能是當前的用戶使用並修改。
• 數據安全性。若是硬盤奔潰了，excel的數據會丟失掉了。

數據庫就解決了上面的問題，而且數據庫以特殊的機制管理數據文件，對數據有極高的讀寫速度，大大超過了操做系統對常規文件的讀寫速度。

數據庫系統的組成

數據庫系統由三個層次組成：

• 數據庫（dataBase）
  
  • 存放數據的倉庫，按照必定的格式（有組織的方式）進行儲存
• 數據庫管理系統（dataBase Manager System）
  
  • 創建、管理、維護數據庫的系統軟件
• 數據庫應用系統（dataBase Application System）
  
  • 使用到數據庫技術的應用軟件

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數據描述與數據模型

理解數據描述

咱們在現實生活中描述一個事物是很是簡單的，看到「一棵樹」，就說是「一棵樹」。

但怎麼把「一棵樹「在計算機描述起來呢？？計算機只識別0和1，」一棵樹「是不能直接存儲到計算機上的！

因而乎，咱們就把」一棵樹「抽象出來，造成信息世界的概念模型。而後將概念模型的形式化成是DBMS支持的數據模型，存儲在計算機中。

簡單來講：數據描述就是將現實世界中的實物抽象出來，造成概念模型。把概念模型的形式轉換成是DBMS支持的類型，而後存儲到計算機中！

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理解數據模型

數據模型主要用來描述數據！上邊已經說了，當咱們想在計算機上存儲現實事物的數據時，須要先抽象成概念模型。將概念模型轉換成DBMS支持的數據模型，就能夠把事物存儲到計算機中！

數據模型通常由三個部分組成：

• 數據結構（對象與對象之間的關係）
• 數據操做（增刪改查）
• 完整性約束（限定數據是有必定規則的，好比：年齡不能爲負數）

數據模型也經歷了一個發展階段：

①：層次模型，是一種樹型（層次）結構來組織數據的數據模型。

優勢：

• 結構清晰，容易理解
• 節點之間聯繫能夠經過指針來實現，查詢效率高

缺點：

• 對於非層次結構的數據，表示起來很是麻煩，不直觀！

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②：網狀模型， 是用有向圖結構來組織數據的數據模型

優勢：

• 很是靈活，更能直接地描述現實世界的事物

缺點：

• 結構複雜，很是難維護

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③：關係模型，是一種用二維表格結構表示數據及數據之間聯繫的數據模型。

關係模型是咱們如今用得最多的數據模型。

優勢：

• 數據結構簡單、清晰。不管實體仍是實體集，都用相對應的二維表來表示！
• 有嚴格的數學理論根據。各類關係運算(後面會講到)

缺點：

• 查詢效率比非關係模型查，尤爲是多表查詢的時候！

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術語（基本概念）

咱們對照着課程關係表來說解吧：

實體(Entity)

客觀存在並可相互區別的事物稱之爲實體。能夠當作是Java類

例子：(課程關係表)就是一個實體。

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屬性(Attribute)

實體所具備的某一特性稱之爲屬性。能夠當作是Java類的成員變量。屬性在數據庫中又稱爲字段（或者是列）

例子：(課程名)，(課程號)、(學時)就是屬性名。

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元組

除含有屬性名所在的行以外的其餘行稱之爲元組。

下面的每一行數據都稱之爲元組
(C401001 數據結構 70)
(C401002 操做系統 80)
(C402001 計算機原理 60)

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碼(Key)

碼也被稱做是關鍵字。它能夠惟一標識一個實體。

候選碼和主碼：

• 候選碼：若是一組屬性集能惟一地標識一個關係中的元組而又不含有多餘的屬性，則稱該屬性集爲該關係的候選碼 。（候選碼可能不止有一個）
• 主碼：用戶選定的那個候選鍵稱爲主鍵

例子：郵寄地址（城市名，街道名，郵政編碼，單位名，收件人）

它有兩個候選鍵:{城市名，街道名} 和 {街道名，郵政編碼}

若是我選取{城市名，街道名}做爲惟一標識實體的屬性，那麼{城市名，街道名} 就是主碼

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關係模式

關係名和其屬性集合的組合稱之爲關係模式。

關係模式例子：課程關係表(課程號,課程名,學時)

提示：關係模型就是關係模式組成的集合

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域

關係模型要求元組的每個份量都是原子性的，也就是說，它必須屬於某種元素類型，如Integer、String等等，不能是列，集合，記錄，數組！

域就表明着該元組中每一個份量的類型，從上面的圖咱們能夠看出，它的域是這樣的：課程號:string,課程名:string,學時:int

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數據庫體系內部結構

數據庫的體系內部結構咱們能夠分爲三層：

• 外模式
• 邏輯模式
• 內模式

三級模式的位置：

三級模式的做用：

邏輯模式

邏輯模式是對數據庫所有數據的總體邏輯結構的描述。

例子：如今我有一個數據庫，操做權限、角色、用戶之間的關係

因而有了如下的關係模式

• 權限關係(權限編號，權限名稱，權限描述)
• 角色關係(角色編號，角色名稱，角色描述)
• 用戶關係(用戶編號，用戶名稱，用戶密碼)

在數據庫中全部關係模式的集合就組成了邏輯模式！

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外模式

外模式是對數據庫用戶能看見和使用的局部數據邏輯結構的描述，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。

外模式是能夠有多個的，外模式是用戶和DBAS的接口，是對局部邏輯結構的描述！

當用戶應用程序只須要顯示用戶名稱和密碼時：

• 用戶關係(用戶名稱，用戶密碼)

在數據庫中操做局部邏輯結構就稱做爲外模式！

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內模式

內模式是對數據庫表物理存儲結構的描述。它定義了數據的內部記錄類型、記錄尋址技術、索引和文件的組織方式及數據控制方面的內容

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DB內部體系結構的兩級映像

兩級映像分別是：

• 外模式和邏輯模式的映像
• 邏輯模式和內模式的映像

提出兩級映射的概念有什麼用呢？爲何須要有這兩級映像呢？？

• 當數據庫的邏輯模式結構因某種緣由修改時，只要沒有改變邏輯模式中與外模式定義有關的屬性及與其關係模式名的隸屬關係，就可以使外模式保持不變，從而不需修改應用程序。
• 當數據庫的內模式因爲某種緣由要修改時，可經過對邏輯模式與內模式之間的映象的修改，使邏輯模式儘量地保持不變，實現內模式的改變儘量地不修改應用程序。

也就說：在改變內部結構的時候，只要不會觸及外部的數據時，外部的數據並不須要作改變。兩級映像概念的提出也就是程序中耦合的問題！