数据库原理及应用（MySql版)——2022.9.27

一.数据库原理及应用

数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理和信息管理系统的核心。
数据库技术研究数据库系统中可以有效的减少数据存储冗余，实现数据共享。
数据库技术研究和解决计算机信息处理过程中大量数据有效的组织储存和管理的问题，广泛，应用于各行各业的数据储存管理和信息检索之中。
关系型数据库是目前最受欢迎的数据库管理系统，MySQL是开源的，在WEB应用方面是最好关系数据库管理系统应用软件之一。
在当今智能化社会，各组织机构都更加需要具备有效地获取、管理、使用与其工作业务有关的准确、及时、完整信息的能力。数据库系统无疑是当前提供这种能力的最先进、最有效的基本工具，它的使用日益广泛，深入到需要管理信息的任何领域、部门和个人。对于一个国家来说，数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量这个国家信息化程度的重要标志。

1.使用Excel实现物资管理

2.数据库系统相关的基本概念。

2.1数据(data）

数据是数据库存储的基本对象。
数据是描述事物的符号记录。
数据的含义称为数据的语义，
数据与其语义是不可分的。

2.2数据库（DataBase，简称为DB)

简单的说，数据库就是相互关联的数据集合。
严格的说，数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。

2.3数据库系统(DataBase System，简称为DBS)数据库系统(DBS）

是由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)、应用系统和数据库管理员(DBA)组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

2.4数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS)及常用系统

DBMS是数据库系统的核心部分。
常用的DBMS有MySOL、Oracle、SOL Server等。
数据库系统（DBS)是由**数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)、应用系统和数据库管理员(DBA)**组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
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2.5DBMS 主要功能

数据定义功能
- DBMS提供数据定义语言(Data DefinitionLanguage,DDL)，用户通过它可以方便地在数据库中定义数据对象(如表、视图、索引)和数据的完整性约束。
数据操纵功能
- DBMS提供数据操纵语言(Data ManipulationLanguage,DML)，用户可以通过它对数据库的数据进行增加、删除、修改和查询等操作。
数据控制功能
- DBMS提供数据控制语言(Data Control Language,DCL),用户可以通过它完成对用户访问数据权限的授予和撤消，即安全性控制;解决多用户对数据库的并发使用所产生的事务处理问题，即并发控制;数据库的转储、恢复功能;数据库的性能监视、分析等功能。
数据组织、存储和管理
- 数据库管理系统要分类组织、存储和管理各种数据，包括用户数据、数据的存取路径等。
- 要确定以何种文件结构和存取方式在存储器上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。
- 数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率和方便存取，提供多种存取方法（如索引查找、HASH查找等）来提高存取效率。

2.6.数据库管理技术的发展阶段

数据库管理技术的发展与计算机的外存储器、系统软件及计算机的应用范围有着密切的联系。
数据库管理技术的发展经历了人工管理、文件管理系统、数据库系统和高级数据库系统4个阶段。
数据库系统的特点:
- 数据结构化
- 数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高
- 数据由DBMS统一管理和控制
- DBMS提供的数据控制功能:(1)数据的完整性检查(2)并发控制(3)数据的安全性保护

3.数据模型

3.1数据模型级别和组成三要素

是对现实世界数据特征的抽象。是数据库系统的核心和基础。美国国家标准化协会ANSI根据数据抽象的级别定义了4种模型，即概念模型、逻辑模型、外部模型、内部模型。
数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。
- ①数据结构：它是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。
- ②数据操作：是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许进行的操作的集合，包括操作及有关的操作，规则，是对系统动态特性的描述。
- ③完整性约束条件：数据的约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。

3.2四种模型

3.2.1概念模型

概念模型在这4种模型中抽象级别最高。其特点如下。
- 概念模型表达了数据库的整体逻辑结构，它是企业管理人员对整个企业组织的全面概述。
- 概念模型是从用户需求的观点出发，对数据建模。
- 概念模型独立于硬件和软件。
- 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-联系模型，即E-R模型。E-R模型主要用E-R图来表示。实体是现实世界或客观世界中可以相互区别的对象，这种对象可以是具体的，也可以是抽象的。

1.E-R模型

联系是两个或多个实体间的关联。两个实体之间的联系可以分为三种:
- 一对一联系(l:l)
- 一对多联系(l: n)
- 多对多联系(m: n)

3.2.2逻辑模型

逻辑模型有层次模型、网状模型和关系模型3种。现在使用的关系型数据库管理系统(RDBMS)均采用关系数据模型。
逻辑模型具有下列特点。
- 逻辑模型表达了数据库的整体逻辑结构，但它是设计人员对整个企业组织数据库的全面概述。
- 逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模。
- 逻辑模型硬件独立,但软件依赖。
- 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。

3.3.3 外部模型

外部模型具有如下特点。
- 外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集。
- 硬件独立，软件依赖。
- 外部模型反映了用户使用数据库的观点从整个系统考察，外部模型具有下列特点。
  1. 简化了用户的观点。
  2. 有助于数据库的安全性保护。3)外部模型是对概念模型的支持。

3.3.3.4内部模型

内部模型又称为物理模型，是数据库最底层的抽象，它描述数据在磁盘上存储方式、存取设备和存取方法。内部模型是与硬件和软件紧密相连的。
可以不必考虑内部级的设计细节，由系统自动实现。

关系模型的数据操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。关系的完整性约束条件包括三大类:
实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。

3.3数据库设计

进行数据库设计首先必须准确了解和分析用户需求（包括数据与处理)。需求分析是整个设计过程的基础，也是最困难，最耗时的一步。需求分析是否做得充分和准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做的不好，会导致整个数据库设计返工重做。

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3.3.1模型划分

根据模型应用的不同目的，可以将这些模型划分为两大类，它们分别属于两个不同的层次。第一类是概念模型，第二类是逻辑模型和物理模型。
- 第一类概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。
- 第二类中的逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型等。它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现。第二类中的物理模型是对数据最底层的抽象，它是面向计算机系统的。

3.3.2关系模型

关系模式:可描述为关系名（属性1，属性2，属性3，…，属性n)
关系模型的数据操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据关系的完整性约束条件包括三大类:
- 实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。

4.数据库体系结构

考察数据库系统的结构可以有多种不同的层次或不同的角度、

C/S（客户/服务器）——从数据库应用开发人员角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部的系统结构。
B/S（浏览器/服务器）——从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户-服务器、浏览器-应用服务器/数据库服务器多层结构等。这是数据库系统外部的体系结构。

4.1 数据库系统的三级模式结构

4.1.1用户级数据库（用户视图）外模式

用户级对应于外模式，是最接近用户的一级，是用户看到和使用的数据库，又称为用户视图。
外模式又称为子模式或用户模式，是数据库用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某应用有关的数据的逻辑表示。
—个数据库可以有多个外模式。

4.1.2概念级数据库（DBA视图）

概念级数据库对应于概念模式，介于用户级和物理级之间，是数据库管理员看到和使用的数据库。
模式也称为概念模式或逻辑模式，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。
一个数据库只有一个模式。

4.1.3物理级数据库（内部视图）内模式

物理级数据库对应于内模式，是数据库的底层表示，它描述数据的实际存储组织，是最接近于物理存储的级。
内模式又称为存储模式或物理模式，是数据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。

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4.1.4数据库系统模式的概念及结构优点

模式（schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仪涉及型的描述，不涉及具体的值。模式的一个具体值称为模式的一个实例（instance）。模式是相对稳定的，而实例是相对变动的，因为数据库中的数据是在不断更新的。模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态
数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像。正是这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

4.2 数据库系统的二级映射与数据独立性

4.2.1二级映射概念

为了能够在系统内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像。这两层映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。据库系统三级模式间通过两级映射进行相互转换，形成一个统一的整体

4.2.2 二级映射

外模式/模式映像
- 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。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系
模式/内模式映像
- 数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系

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4.2.3 数据独立性

当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

4.2.4如何高效地检索数据

事实上，一个可用的数据库系统必须能够高效地检索数据。这种高效性的需求促使数据库设计者使用复杂的数据结构来表示数据。由于大多数数据库系统用户并未受过计算机的专业训练，因此系统开发人员需要通过视图层、逻辑层和物理层三个层次上的抽象来对用户屏蔽系统的复杂性，简化用户与系统的交互。

视图层（view level)是最高层次的抽象，描述整个数据库的某个部分。因为数据库系统的很多用户并不关心数据库中的所有信息，而只关心所需要的那部分数据。某些问题可以通过构建视图层实现，这样做除了使用户与系统交互简化，而且还可以保证数据的保密性和安全性。
逻辑层（logical level）是比物理层更高一层的抽象，描述数据库中存储什么数据以及这些数据间存在什么关系。逻辑层通过相对简单的结构描述了整个数据库。尽管逻辑层的简单结构的实现涉及了复杂的物理层结构，但逻辑层的用户不必知道这些复杂性。因为，逻辑层抽象是数据库管理员的职责，由管理员确定数据库应保存哪些信息。
物理层（physical level)是最低层次的抽象，描述数据在存储器是如何存储的。物理层详细地描述复杂的底层结构。

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