一、四个基本概念
1.数据(Data)
2.数据库(Database)
3.数据库管理系统(DBMS)
4.数据库系统(DBS)

1.数据(Data)是数据库中存储的基本对象
数据的定义
描述事物的符号记录  数据的种类
文字、图形、图象、声音
数据的特点
数据与其语义是不可分的
2. 数据库的定义
数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机
内、有组织的、可共享的大量数据集合
数据库的特征
数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 、冗余度较小 、数据独立性较高 、易扩展
3. 什么是DBMS
数据库管理系统（Database ManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 
DBMS的用途
科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据
数据定义功能
数据操纵功能:提供数据操纵语言
数据库的运行管理
什么是数据库系统
4. 数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。
在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。
什么是数据管理
 对数据进行分类、组织、编码、存储、检
索和维护
 数据处理的中心问题
 数据管理技术的发展过程
 人工管理阶段（20世纪50年代中之前）
 文件系统阶段（20世纪50年代末–60年代
中）
 数据库系统阶段（20世纪60年代末–现在）
5.数据库人工管理阶段
 数据的管理者：用户（程序员），数据不
保存
 数据面向的对象：某一应用程序
 数据的共享程度：无共享、冗余度极大
 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序
 数据的结构化：无结构
 数据控制能力：应用程序自己控制
6.数据库文件系统阶段特点
 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存
 数据面向的对象：某一应用
 数据的共享程度：共享性差、冗余度大
 数据的结构化：记录内有结构，整体无结构
 数据的独立性：独立性差
 数据控制能力：应用程序自己控制
7.数据库系统的特点
 数据的整体结构化
 数据的高共享性
 数据的独立性高
 DBMS对数据的控制能力强
 数据的安全性
 数据的完整性
 并发控制
 数据库的恢复
7.1数据的整体结构化是数据库的主要特征之一
 整体结构化
 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织
 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系
 数据记录可以变长
 数据的最小存取单位是数据项
数据的用数据模型描述，无需应用程序定义
数据库阶段数据的共享性高，冗余度低且易扩充
 数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。
 数据共享的好处
 减少数据冗余，节约存储空间
 避免数据之间的不相容性与不一致性
 使系统易于扩充
7.2数据独立性高
7.2.1 物理独立性
 指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。
7.2.2 逻辑独立性
 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，应用程序不用改变。
 数据独立性由数据库管理系统的二级映像功能来保证
8. DBMS对数据的控制功能  数据的安全性（Security）保护
 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。
 数据的完整性（Integrity）检查
 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。
9.DBMS对数据的控制功能
 并发（Concurrency）控制
 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。
 数据库恢复（Recovery）  将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。
10.数据库概念小结
 数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。
 可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。
 数据库管理系统在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对数据库进行恢复。

二、数据模型
1.数据模型分为两类（两个不同的层次）
（1） 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，用于数据库设计。
（2） 逻辑模型和物理模型
逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等。按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。
2.客观对象的抽象过程—两步抽象
 现实世界中的客观对象抽象为概念模型；
将现实世界抽象为信息世界
 把概念模型转换为某一数据库管理系统支持的数据模
型。
将信息世界转换为机器世界

3.概念模型
概念模型的用途
 概念模型用于信息世界的建模
 是现实世界到机器世界的一个中间层次
 是数据库设计的有力工具
 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言
对概念模型的基本要求
 较强的语义表达能力
 简单、清晰、易于用户理解
概念模型是信息世界中的基本概念，概念模型的一种表示方法：实体-联系方法
（1）实体（Entity）
客观存在并可相互区别的事物称为实体。
可以是具体的人、事、物或抽象的概念。
（2）属性（Attribute）
实体所具有的某一特性称为属性。
一个实体可以由若干个属性来刻画。
（3）码（Key）
唯一标识实体的属性集称为码。
（4）实体型（Entity Type）
用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为
实体型
（5）实体集（Entity Set）
同一类型实体的集合称为实体集
（6）联系（Relationship）
 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。
 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系
 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系
 实体之间的联系有一对一、一对多和多对多等多种类型
3.1实体-联系方法（Entity-Relationship Approach）
 用E-R图来描述现实世界的概念模型
 E-R方法也称为E-R模型
3.2数据结构
数据模型的数据结构
 描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系
描述的内容

1. 与对象的类型、内容、性质有关
2. 与数据之间联系有关
   数据结构是对系统静态特性的描述
   3.3数据操作
   数据操作
    对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的
   操作的集合，包括操作及有关的操作规则
   数据操作的类型
    查询
    更新（包括插入、删除、修改）
   3.4数据模型对操作的定义
   操作的确切含义
   操作符号
   操作规则（如优先级） 实现操作的语言
   数据操作是对系统动态特性的描述
   3.5数据的完整性约束条件
    一组完整性规则的集合
    完整性规则：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、有效和相容数据模型对完整性约束条件的定义
    反映和规定必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。
    提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。
   4.层次模型
   层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型
   层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management
   System）数据库管理系统
   层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系

满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型
3. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点
4. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点
层次模型中的几个术语
 根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点
4.1层次模型的特点：
 结点的双亲是唯一的
 只能直接处理一对多的实体联系
 每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段
 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义
 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
4.2网状模型
网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式
满足下面两个条件的基本层次联系的集合：
允许一个以上的结点无双亲；
一个结点可以有多于一个的双亲。
表示方法（与层次数据模型相同）
实体型：用记录类型描述
每个结点表示一个记录类型（实体）

属性：用字段描述
每个记录类型可包含若干个字段

联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之
间的一对多的父子联系
4.3网状模型与层次模型的区别
 网状模型允许多个结点没有双亲结点
 网状模型允许结点有多个双亲结点
 网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）
 网状模型可以更直接地描述现实世界
 层次模型实际上是网状模型的一个特例
4.4网状模型的优缺点
优点
 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲
 具有良好的性能，存取效率较高
缺点
 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握
 DDL、DML语言复杂，用户不容易使用
 记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解系统结构的细节
5.关系模型的数据结构（续）
 关系（Relation）
一个关系对应通常说的一张表
 元组（Tuple）
表中的一行即为一个元组
 属性（Attribute）
表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名
主码（Key）也称码键
表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组
域（Domain） 是一组具有相同数据类型的值的集合。属性的取值
范围来自某个域。  分量
元组中的一个属性值。  关系模式
对关系的描述
关系名（属性1，属性2，…，属性n）
学生（学号，姓名，年龄，性别，系名，年级）

关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不允许表中还有表。
6.关系的完整性约束条件
 实体完整性
 参照完整性
 用户定义的完整性

7.数据库系统的三级模式结构
7.1.1 模式（Schema）
7.1模式（也称逻辑模式）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
1） 所有用户的公共数据视图
2）一个数据库只有一个模式
3）模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
4） 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
5） 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关
7.1.2模式的定义
 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）  数据之间的联系
 数据有关的安全性、完整性要求

7.2外模式（External Schema）
7.2.1外模式（也称子模式或用户模式）  数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局 部数据的逻辑结构和特征的描述
 数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示外模式的地位：介于模式与应用之间
 模式与外模式的关系：一对多
外模式通常是模式的子集
一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求
对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同
 外模式与应用的关系：一对多
同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用
但一个应用程序只能使用一个外模式
7.2.2外模式的用途
 保证数据库安全性的一个有力措施
 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
7.3内模式（Internal Schema）
7.3.1内模式（也称存储模式）  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
记录的存储方式（例如，顺序存储，按照B树结构存储， 按hash方法存储等）
索引的组织方式
数据是否压缩存储
数据是否加密
数据存储记录结构的规定
一个数据库只有一个内模式
8.数据库的二级映像功能与数据
三级模式是对数据的三个抽象级别
二级映象在数据库管理系统内部实现这三个抽象
层次的联系和转换
 外模式／模式映像
 模式／内模式映像独立性