《数据库系统概论》第一章 初识数据库
一、数据库系统基础概念
1. 数据库的 4 个核心概念
数据是数据库中存储的基本对象，指描述事物的符号记录，像数字、文字、图形、音频等都属于数据。
数据库是长期储存在计算机内、有组织且可共享的大量数据集合。
数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，属于基础且复杂的软件系统。
其核心功能理解：
- 数据定义：提供数据定义语言（DDL），定义数据库中的数据对象；
- 数据操纵：提供数据操纵语言（DML），实现查询、插入、删除、修改等操作；
数据库系统由数据库、数据库管理系统（及应用开发工具）、应用程序和数据库管理员组成，是完整的数据管理解决方案，也是信息系统的核心。
2. 数据管理技术的三个发展阶段
人工管理阶段：
特点：数据不保存
文件系统阶段：
特点：数据可长期保存，记录内有结构但整体无结构
数据库系统阶段：
特点：数据整体结构化
3. 数据库系统的特点
数据结构化
数据共享性高、冗余度低且易扩充
数据独立性高
数据由数据库管理系统统一管控
二、数据模型
1. 数据模型的分类（按应用目的）
概念模型（信息模型）：按用户观点建模，用于数据库设计，是现实世界到机器世界的中间层；需真实模拟现实、易理解，是设计人员与用户的交流工具，常用 E-R 图描述。
逻辑模型：按计算机系统观点建模，用于数据库管理系统实现；包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。
物理模型：对数据底层存储的抽象，描述数据在系统内的表示和存取方式（如磁盘存储结构、索引方式）；由数据库管理系统自动处理，用户无需关注。
数据抽象过程：先将现实世界抽象为概念模型（现实→信息世界，设计人员完成），再将概念模型转换为逻辑模型，最后由数据库管理系统将逻辑模型转换为物理模型（信息→机器世界）。
2. 概念模型的核心要素
信息世界的基本概念：
- 实体：客观存在且可区分的事物（如 “学生”“课程”）；
- 属性：实体的特性（如学生的 “学号”“姓名”）；
- 码：唯一标识实体的属性集（如学生的 “学号”）；
- 实体型：用 “实体名 + 属性名集合” 描述同类实体（如 “学生（学号，姓名，性别）”）；
- 实体集：同一类型实体的集合（如 “全体学生”）；
- 联系：实体间的关联，分一对一（1:1）、一对多（1:n）、多对多（m:n）（如 “学生 - 选修 - 课程” 是 m:n 联系）。
E-R 图表示方法：
- 实体型：用矩形表示，标注实体名；
- 属性：用椭圆形表示，标注属性名，通过线段连接对应实体；
- 联系：用菱形表示，标注联系名，通过线段连接关联实体，线段旁标注联系类型（1:1、1:n、m:n）。
3. 数据模型的三要素
数据结构
数据操作
数据的完整性约束条件
4. 常用逻辑数据模型
层次模型：
- 优点：结构清晰，查询效率高，完整性支持好；
- 缺点：无法直接表示多对多联系，命令趋于程序化。
网状模型：
- 优点：直接描述现实世界，存取效率高，可以表示多对多关系；
- 缺点：结构复杂、不易掌握，DML 语言复杂。
关系模型：
- 优点：基于严格数学概念，概念单一（实体 / 联系均为表），存取路径透明，数据独立性高；
- 缺点：查询效率可能低于格式化模型，增加数据库管理系统开发难度。
三、数据库系统的结构
1. 三级模式结构（应用开发人员视角）
外模式（子模式 / 用户模式）：描述用户使用的局部数据逻辑结构，是用户的数据视图；一个模式可对应多个外模式，外模式是模式的子集。
模式（逻辑模式）：描述数据库全体数据的逻辑结构与特征，是公共数据视图；一个数据库仅一个模式，独立于硬件和应用，是系统结构的中间层，连接外模式与内模式。
内模式（存储模式）：描述数据物理结构与存储方式（如存储路径、索引结构）；一个数据库仅一个内模式，独立于外模式和应用，定义数据在磁盘的存储细节。
2. 二级映像与数据独立性
映像就像指示牌，起到指引作用
外模式 / 模式映像：定义外模式与模式的对应关系，每个外模式对应一个映像；模式修改时，修改该映像可保持外模式不变，进而保证应用程序不变，实现逻辑独立性。
模式 / 内模式映像：定义模式与内模式的对应关系，一个数据库仅一个该映像；内模式修改时，修改该映像可保持模式不变，进而保证应用程序不变，实现物理独立性。