一罐可乐

1.1 数据库与数据管理基本概念#

• 数据（Data）：对客观事物的符号表示，用于描述客观事物的原始事实。数据是数据库中最基本的存储对象。不仅是数字，文字、图形、图像、语音、视频等，都可以通过编码归之于数据的范畴。
• 数据库（Database, DB）：存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。具有最小冗余度、较高的数据独立性和可扩展性。
• 数据库管理系统（Database Management System, DBMS）：专门用于管理数据库的系统软件。提供数据的定义、创建、维护、查询和汇总等操作功能，并能够对数据库进行统一控制，以保证数据的安全性、完整性、并发使用及发生故障后的数据恢复。
• 数据库应用系统（Database Application System, DBAS）：利用数据库技术管理数据的应用软件系统。一般由数据库、DBMS（及开发工具）、应用程序、数据库管理员（DBA）和用户构成。

1.2 数据管理技术的发展阶段#

数据管理技术经历了人工管理、文件系统和数据库系统 3 个发展阶段。其主要特征对比如下：

1.3 数据模型与概念模型#

• 概念模型（Conceptual Model）：独立于计算机系统的信息结构模型，主要用于数据库设计阶段。最常用的是 E-R 模型 (实体-联系模型)。
  • 实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物，如一个学生、一门课程。
  • 属性（Attribute）：实体所具有的某种特性，如学生的学号、姓名。
  • 联系（Relationship）：实体内部及实体之间的联系。实体之间的联系有一对一 ($1:1$)、一对多 ($1:n$) 和多对多 ($m:n$) 三种。
• 数据模型（Data Model）：数据库中数据的组织与存储结构，是 DBMS 的实现基础。主要包括：
  1. 关系模型（Relational Model）：用二维表结构表示实体及其联系。
  2. 层次模型（Hierarchical Model）：用树状结构表示实体及联系，有且仅有一个无双亲的根结点，其他结点有且仅有一个双亲结点。
  3. 网状模型（Network Model）：用网状结构表示实体及联系，允许一个以上结点无双亲，或一个结点有多个双亲。
  4. 面向对象模型 (Object-Oriented Model)：将面向对象方法与关系数据库技术相结合的数据模型。

1.4 数据库应用系统的三级数据模式结构#

数据库应用系统采用了外模式、模式和内模式三级模式结构，这不仅提高了数据的逻辑抽象级别，更保证了系统的数据独立性：

• 外模式（External Schema）：也称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。MySQL 中通常通过 视图（View） 来实现外模式。
• 模式（Schema）：也称概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的公用描述，是所有用户的公共数据视图。在 MySQL 中，模式通过 CREATE DATABASE 和 CREATE TABLE 等 DDL 命令定义。
• 内模式（Internal Schema）：也称存储模式，是对数据物理结构和存储方式的描述，规定了数据在磁盘上的物理组织形式（如存储结构、索引方式等），由 DBMS 自动管理。

二级映像与数据独立性

DBMS 在三级模式之间提供了两层映像，从而实现了高度的数据独立性：

1. 外模式／模式映像：保证了数据的 逻辑独立性。当模式改变时（如增加新列），只需修改外模式／模式映像，即可使外模式（以及依赖于外模式的应用程序）保持不变。
2. 模式／内模式映像：保证了数据的 物理独立性。当数据的物理存储结构改变时（如更换索引结构），只需修改模式／内模式映像，即可使模式（以及上层程序）保持不变。

1.5 数据库设计过程#

数据库设计主要分为以下六个阶段：

1. 需求分析：收集用户需求，形成需求规格说明书。
2. 概念设计：将需求抽象为独立于 DBMS 的概念结构，输出 全局 E-R 图。
3. 逻辑设计：将概念模型 (E-R 图) 转化为特定 DBMS 支持的关系数据模型（关系模式），并利用 范式理论 进行规范化优化。
4. 物理设计：为逻辑数据模型选取合适的存储结构和存取路径（如索引）。
5. 实施阶段：编写 DDL 创建数据库、表，装载数据，编写和调试应用程序。
6. 运行和维护：系统投入运行后的日常备份、监控、性能调优及修改升级。\n