1.1 基本概念

1. 数据

1. 什么是数据：数据是现实世界中客体在计算机中的抽象表示，具体的说，它是一种存储于计算机内的符号串。

2. 数据的特性：

   (1) 数据表现形式的多样性

   (2) 数据的可构造性：数据分为结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。结构化数据有型（type）和值（value）之分。结构化数据的型又包含了数据结构、数据类型、数据模式。

   (3) 数据的挥发性与持久性：挥发性数据存储在内存中，程序结束时消亡；持久性数据存储在磁盘中。

   (4) 数据的私有性与共享性：为特定应用（程序）服务的数据称为私有（private）数据，而为多个应用（程序）服务的数据则称为共享（share）数据。

   (5) 数据的海量性：少量\(\to\)大量\(\to\)海量

   数据特性的变化：量由小量到大量进而到海量，组织由非结构化到结构化，服务范围由私有到共享，存储周期由挥发到持久。

3. 数据与软件

   软件由数据和程序两部分组成。

   在过去，软件以程序为中心，数据以私有形式从属于程序。这导致数据分散、凌乱。现在，软件以数据为主体地位，对数据进行统一、集中的管理。

   

4. 数据与信息
   数据和信息实际上是对同一事物的不同理解。

2.数据库

数据库是数据的集合，它具有统一的结构形式，存放于统一的存贮介质内，并由统一
机构管理，它由多种应用数据集成，并可被应用所共享。

3.数据库管理系统

数据库管理系统是统一管理数据库的一种软件，它负责：

• 数据库中的数据组织。

• 数据库中的数据操纵。

• 数据库中的数据维护。

• 控制及保护数据不受破坏。

• 数据库中的数据交换。

• 数据库中的数据服务。

• 数据字典

数据库主要有如下几个方面的功能：

1. 数据模式定义

2. 数据存取的物理操作

3. 数据操纵

4. 数据的完整性、安全性定义与检查

5. 数据的并发控制与故障恢复

6. 数据交换

7. 数据的服务

8. 数据字典

为了完成以上八个功能，数据管理系统一般提供相应的数据语言：

1. 数据定义语言：负责数据模式的定义与数据的物理存取操作。
2. 数据操纵语言：负责数据模式的操纵（查询、增删改）。
3. 数据控制语言：负责数据完整性、安全性的定义与检查。

4.数据库管理员

数据库管理员的主要工作：

• 数据库的建立与调整
• 数据库维护
• 改善系统性能，提高系统效率

5.数据库系统

数据库系统有五个部分组成：

• 数据库（数据）
• 数据库管理系统（软件）
• 数据库管理员（人员）
• 系统平台之一——硬件平台（硬件）
• 系统平台之一——软件平台（软件）

这五个部分构成了一个以数据库为核心的完整的运行实体，称为数据库系统。

硬件平台包括两类：

• 计算机
• 网络

软件平台分为三类：

• 操作系统
• 数据库系统开发工具
• 中间件

6.数据库应用系统（DBAS）

数据库应用系统加上应用软件、应用界面以及用户这四个部分组成，包括：

• 数据库
• 数据库管理系统
• 数据库管理员
• 系统平台之一——硬件平台（硬件）
• 系统平台之一——软件平台（软件）
• 应用软件
• 应用界面
• 用户

层次结构如图所示：

1.2 数据库系统的发展与当前主流

发展历史如图所示：

数据库系统发展的几个阶段：

1. 文件系统阶段
2. 层次数据库与网状数据库系统阶段
3. 关系数据库系统阶段
4. 新一代数据库系统阶段，主要表现在：对象关系数据库系统、数据仓库、Web数据库、安全数据库。

1.3 数据库系统的特点

1.数据的集成性

1. 在数据库系统中采用统一的数据结构方式。
2. 在数据库系统中按照多个应用的需要组织全局的统一的数据结构，称为数据模式。
3. 全局与局部的结构模式。

2.数据的高共享性与低冗余性

3.数据独立性

1. 物理独立性：数据的物理结构的改变不影响数据库的逻辑结构；
2. 逻辑独立性：数据库总体逻辑结构的改变，不需要修改应用程序。

4.数据统一管理与控制

1. 数据查询、增删改；
2. 数据完整性检查；
3. 数据的安全性保护；
4. 并发控制；
5. 数据库故障恢复。

1.4 数据库内部结构体系

1.4.1 数据库三级模式

1. 概念模式：数据库中数据结构的具体表示和描述，不涉及软件/硬件环境。
2. 外模式：用户的数据试图，由概念模式推导而出。
3. 内模式：数据库物理结构与物理存取方法。

1.4.2 数据库两级映射

1. 从概念模式到内模式的映射

2. 从外模式到概念模式的映射