数据库系统

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      数据库系统DBS（Data Base System，简称DBS）是一个实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。它通常由软件、数据库和数据管理员组成。其软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数据库由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员负责创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用的人有效使用。数据库管理员一般是由业务水平较高、资历较深的人员担任。

      数据库系统的个体含义是指一个具体的数据库管理系统软件和用它建立起来的数据库；它的学科含义是指研究、开发、建立、维护和应用数据库系统所涉及的理论、方法、技术所构成的学科。在这一含义下，数据库系统是软件研究领域的一个重要分支，常称为数据库领域。

      数据库系统是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理的核心机构。计算机的高速处理能力和大容量存储器提供了实现数据管理自动化的条件。

      数据库系统一般由4个部分组成：
      ①数据库，即存储在磁带、磁盘、光盘或其他外存介质上、按一定结构组织在一起的相关数据的集合。
      ②数据库管理系统（DBMS）。它是一组能完成描述、管理、维护数据库的程序系统。它按照一种公用的和可控制的方法完成插入新数据、修改和检索原有数据的操作。
      ③数据库管理员（DBA）。
      ④用户和应用程序。

      对数据库系统的基本要求是：
      ①能够保证数据的独立性。数据和程序相互独立有利于加快软件开发速度，节省开发费用。
      ②冗余数据少，数据共享程度高。
      ③系统的用户接口简单，用户容易掌握，使用方便。
      ④能够确保系统运行可靠，出现故障时能迅速排除；能够保护数据不受非受权者访问或破坏；能够防止错误数据的产生，一旦产生也能及时发现。
      ⑤有重新组织数据的能力，能改变数据的存储结构或数据存储位置，以适应用户操作特性的变化，改善由于频繁插入、删除操作造成的数据组织零乱和时空性能变坏的状况。
      ⑥具有可修改性和可扩充性。
      ⑦能够充分描述数据间的内在联系。

      数据库研究跨越于计算机应用、系统软件和理论三个领域，其中应用促进新系统的研制开发，新系统带来新的理论研究，而理论研究又对前两个领域起着指导作用。 数据库系统的出现是计算机应用的一个里程牌，它使得计算机应用从以科学计算为主转向以数据处理为主，并从而使计算机得以在各行各业乃至家庭普遍使用。在它 之前的文件系 统虽然也能处理持久数据，但是文件系统不提供对任意部分数据的快速访问，而这对数据量不断增大的应用来说是至关重要的。为了实现对任意部分数据的快速访 问，就要研究许多优化技术。这些优化技术往往很复杂，是普通用户难以实现的，所以就由系统软件（数据库管理系统）来完成，而提供给用户的是简单易用的数据 库语言。由于对数据库的操作都由数据库管理系统完成，所以数据库就可以独立于具体的应用程序而存在，从而数据库又可以为多个用户所共享。因此，数据的独立 性和共享性是数据库系统的重要特征。数据共享节省了大量人力物力，为数据库系统的广泛应用奠定了基础。数据库系统的出现使得普通用户能够方便地将日常数据 存入计算机并在需要的时候快速访问它们，从而使计算机走出科研机构进入各行各业、进人家庭。

1.1 数据库系统的产生

      数据库系统（Data Base System）是在文件系统的基础上发展起来的。

      文件系统的主要缺点：
     （1）数据的冗余度(redundancy)太大。
     （2）数据和应用程序过分相互依赖。
     （3）对数据缺乏统一的管理和控制。

      数据库系统正是为了解决文件系统的不足，为满足日益发展的数据处理的需要，在文件系统的基础上发展起来的一种理想的数据管理技术。

      在数据库技术中，还提供了对数据的安全性、完整性、保密性进行统一控制的数据库管理系统（Data Base Management System, 简称DBMS）。

1.2 数据描述

      数据是数据管理技术处理的对象，是对客观事物及其相互联系的一种数据表示方法。

现实世界
客观事物
客观事物及联系
特性
特性定量的描述
特性描述的范围
关于客观事物特性的描述集合
表征某类客观事物
唯一标识客观事物的特性
非唯一标识客观事物的特性
选定的唯一标识客观事物的特性

信息世界
实体：客观事物在信息世界中称为实体
实体模型：反映实体之间联系的称为实体模型
属性：实体具有的各种各样的属性
属性值：区分属性特征的值
域：属性所取值的范围
实体型：由某些属性组成的集合
实体集：同型的实体的集合

数据世界
记录：相应于每一实体的数据
数据模型：相应于信息世界中的实体模型
数据项（字段）：属性
数据项的具体取值：
数据项的取值范围：
记录型：实体型
文件：实体集
关键字

1.3 数据库系统的结构

      数据库系统是指计算机系统中引进了数据库后的系统，其计算机硬件、软件如下图所示。

数据库系统 管理信息系统

将数据库机构分为三级模式，
外模式：对应用户级数据库，是用户看到和允许使用的那部分数据逻辑结构，也称为用户视图。
概念模式：对应概念级模式，是对数据库的整体描述，数据库管理员所看到的数据库，也称为数据库管理员视图。
内模式：对应物理级数据库，是系统程序员看到的数据库，也称系统程序员视图。

数据

数据库管理员的职责

      负责数据库系统的设计、建立、管理和维护工作。其具体职责：

      （1）组织数据库的职责：在设计和建立数据库中，数据库管理员参与系统分析和系统设计，决定数据库的内容，与用户一起决定子模式，与系统设计者一起确定概 念模式，根据用户的应用要求决定数据库的存储结构和存取策略，写出数据库的存储模式，最后将数据库各级源模式装入数据库数据。
      （2）整理和重新构造数据库的职责：数据库在运行一段时间后，有新的信息需求或某些数据需要更改，数据库管理员负责数据库的整理和修改，负责模式的修改以及由此引起的数据库的修改
      （3）监控职责：在数据库运行期间，为了保证有效地使用数据库管理系统，对用户的使用存取活动引起的破坏必须进行监督，对用户对数据库的使用必须进行统计和记录，
      （4）恢复数据库的职责：数据库运行期间，由于硬件和软件的故障会使数据库遭到破坏，必须进行必要的恢复，确定恢复策略。

1.4 数据模型

      数据模型是信息模型在数据世界中的表示形式。可将数据模型分为三类: 层次模型、网状模型和关系模型。

      (1) 层次模型

 

特点：

     （2）网状模型

 

特点：

     （3）关系模型

 

特点：

     （4）数据模型间的相互转化

1.5 用户对数据库系统的访问过程

      数据库管理系统是数据库系统的核心，对数据库的一切操作，如原始数据的装入、检索、更新、再组织等等，都是在DBMS的指挥、调度下进行的，它是用户与物理数据库之间的桥梁，根据用户的命令对数据库执行必要的操作。