第一章 数据库基本概念（二）

1.3.2 概念模型

概念模型是数据库设计人员与用户之间进行交流的工具。

现在采用的概念模型主要是实体联系（ER）模型。ER模型主要用ER图来表示。

用矩形框表示实体类型（考虑问题的对象），菱形框表示联系类型（实体间联系），椭圆形框表示实体类型和联系类型的属性。相应的命名均记入各种框中。对于实体标识符的属性，在属性名下面画一条横线。实体与属性之间，联系与属性之间用直线连接。联系类型与其涉及的实体类型之间也以直线相连，用来表示它们之间的联系，并在直线端部标注联系的类型（1:1，1:N或M:N）。

联系类型的数据在数据库技术中称为“相交数据”。联系类型中的属性是实体发生联系时产生的属性，而不应该包括实体的属性或标识符。

1.3.3 逻辑模型

逻辑模型具有下列特点：

（1）逻辑模型表达了DB的整体逻辑结构，但它是设计人员对整个应用项目数据库的全面描述。

（2）逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模。

（3）逻辑模型独立于硬件，但依赖于软件（DBMS）。

（4）逻辑模型是数据库设计人员与应用程序员之间进行交流的工具。

逻辑模型主要有层次、网状和关系模型等三种。

1.层次模型（hierarchical model）

用树型（层次）结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型。树中的节点是记录类型，每个非根节点有且只有一个父节点。上一层记录类型和下一层记录类型之间的联系时1:N联系。

2.网状模型（Network Model）

用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型。

3.关系模型

关系模型（Relational Model）的主要特征是用二维表格表达实体集。

关系模型是由若干个关系模式（Relational Schema）组成的集合。关系模式相当于前面提到的记录类型，它的实例称为关系（Relation），每个关系实际上是一张二维表格。

1.3.4 外部模型

外部模型具有以下的特点：

（1）外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集。

（2）外部模型独立于硬件，依赖于软件。

（3）外部模型反映了用户使用数据库的观点。

1.3.5 内部模型

内部模型又称为物理模型，是数据库最低层的抽象，它描述数据在磁盘或磁带上的存储方式（文件结构）、存取设备（外存的空间分配）和存取方法（主索引和辅助索引）。

1.3.6 三层模式和两级映像

1.三层模式体系结构

在用户（或应用程序）到数据库之间，DB的数据结构有三个层次：外部模型、逻辑模型和内部模型。这三个层次要用DB的数据定义语言（Data Definition Language ，简记为DDL）定义，定义以后的内容称为“模式”（Schema），即外模式、逻辑模式和内模式。

定义1.8 从用户（或应用程序）到数据库之间，DB的数据结构描述有三个层次：

（1）外模式是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。外模式由若干个外部记录类型组成。

（2）逻辑模式是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。它由若干个记录类型组成，还包含记录间联系、数据的完整性安全性等要求。

（3）内模式是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。

数据操纵语言（Data Manipulation Language ，简记为DML）

2.两级映像

定义1.9 三层模式之间存在着两级映像：

（1）外模式/逻辑模式映像存在于外模式和逻辑模式之间，用于定义外模式和逻辑模式之间的对应性。这个映像一般是放在外模式中描述的。

（2）逻辑模式/内模式映像存在于逻辑模式和内模式之间，用于定义逻辑模式和内模式之间的对应性。这个映像一般是放在内模式中描述的。

1.3.7 高度的数据独立性

定义1.10 数据独立性（Data Independence）是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。在修改数据结构时，尽可能不修改应用程序，则称系统达到了数据独立性目标。

数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别。

1.物理数据独立性

2.逻辑数据独立性

1.4 数据库管理系统（DBMS）

1.4.1  DBMS的工作模式

数据库管理系统（DBMS）是指数据库系统中队数据进行管理的软件系统，它是数据库系统的核心组成部分。对DB的一切操作，包括定义、查询、更新及其各种控制，都是通过DBMS进行的。

DBMS的主要目标是使数据作为一种可管理的资源来处理。

1.4.2  DBMS的主要功能

DBMS的主要功能有以下五个方面：

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

4.数据库的维护功能

5.数据字典

数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典（Data Dictionary，DD）。对数据库的操作都要通过DD才能实现。DD中还存放数据库运行时的统计信息。管理DD的子系统称为“DD系统”。

1.5 数据库系统（DBS）

1.5.1  DBS的组成

1.数据库（DB）

DB分为两类，一类是应用数据库的集合，称为物理数据库，它是数据库的主体；另一类是各级数据结构的描述，称为描述数据库，由DD系统管理。

2.硬件

3.软件

4.数据库管理员

定义1.11 数据库管理员（Database Administrator，简记为DBA）是控制数据整体结构的一组人员，负责DBS的正常运行，承担创建、监控和维护数据库结构的责任。

DBA的主要职责有以下六点：

（1）定义模式

（2）定义内模式

（3）与用户的联络。包括定义外模式、应用程序的设计、提供技术培训等专业服务。

（4）定义安全性规则，对用户访问数据库的授权。

（5）定义完整性规则，监督数据库的运行。

（6）数据库的转储与恢复工作

1.5.2  DBS的全局结构

1.数据库用户

按照与系统交互方式的不同，数据库用户可分为四类：

（1）DBA

（2）专业用户

（3）应用程序员

（4）终端用户

2.DBMS的查询处理器

这部分可以分为四个成分：

（1）DDL解释器：解释DDL语句，并将这些定义登录在数据库字典中。

（2）DML编译器：对DML语句进行优化，并转换成查询求值引擎能执行的低层指令。

（3）嵌入式DML的预编译器：把嵌入在主语言中的DML语句处理成规范的过程调用形式。

（4）查询求值引擎：执行由DML编译器产生的低层指令。

3.DBMS的存储管理器

存储管理器提供存储在数据库中的低层数据和应用程序、查询之间的接口。存储管理器可分为四个成分：

（1）权限和完整性管理器：测试应用程序对数据库的修改是否满足完整性约束，检查用户访问数据的合法性。

（2）事务管理器：DBS的逻辑工作单元称为事务（Transaction），事务由对DB的操作序列组成。事务管理器用于确保DB一致性（正确性）状态，保证并发操作正确执行。

（3）文件管理器：负责磁盘空间的合理分配，管理物理文件的存储结构和存取方式。

（4）缓冲区管理器：为应用程序开辟DB的系统缓冲区，负责将从磁盘中读出的数据送入内存的缓冲区。

4.磁盘存储器中的数据结构

（1）数据文件：存储数据库管理的用户数据自身。数据库在磁盘上的基本组织形式是文件，这样可以充分利用OS管理外存的功能。

（2）数据字典：存储三级结构的描述（一般称为元数据Metadata）

（3）索引：为提高查询速度而设置的逻辑排序手段。

（4）统计数据：存储DBS运行时统计分析的数据。查询处理器可使用这些信息更有效地进行查询处理。

（5）日志：存储DBS运行时对DB的操作情况，以备以后查阅数据库的使用情况及数据库恢复时使用。

1.5.3  DBS的效益

（1）灵活性

（2）简易性

（3）面向用户

（4）有效的数据控制

（5）加快应用系统的开发速度

（6）维护方便

（7）标准化

<!--EndFragment-->