# DB 恶补笔记 Part1

# 绪论

# 概述

4 个基本概念：数据 Data、数据库 DB、数据库管理系统 DBSM、数据库系统 DBS

数据：数据库中存储的基本对象，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。

数据库：是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合

数据库管理系统：用户应用与操作系统之间的一层数据管理软件

• 数据定义功能，DDL
• 数据组织、存储和管理
• 数据操纵功能，DML
• 数据库的事务管理和运行管理
• 数据库的建立和维护功能

数据库系统：在计算机系统中引入数据库后的系统构成，简称为数据库

• 数据库
• 数据库管理系统（及其应用开发工具）
• 应用程序
• 数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）

数据库系统的特点：

• 数据结构化。数据用数据模型描述，无需应用程序定义
• 数据的共享性高，冗余度低且易扩充
• 数据独立性高：物理独立性、逻辑独立性
• 数据由数据库管理系统统一管理和控制：安全性（Security）、完整性（Integrity）、并发控制（Concurrency Control）、数据库恢复（Recovery）

# 数据模型

两类数据模型：

• 概念模型（信息模型）：按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计
• 逻辑模型和物理模型：
  • 逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模，用于 DBMS 实现。
    • 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。
  • 物理模型：对数据最底层的抽象，描述数据在系统内（磁盘上）的表示方式和存取方法

现实世界 -> 概念模型：数据库设计人员完成
概念模型 -> 逻辑模型：数据库设计人员完成，数据库设计工具协助完成
逻辑模型 -> 物理模型：由 DBMS 完成

# 概念模型

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

基本概念：

• 实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体
• 属性（Attribute）
• 码（Key）
• 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
• 实体集（Entity Set）：同一类型实体的集合称为实体集
• 联系（Relationship）
  • 实体内部的联系：各属性之间的联系
  • 实体之间的联系：一对一（1:1）、一对多（1:n）、多对多（m:n）

概念模型的一种表示方法：实体 - 联系方法（Entity-Relationship Approach），E-R 图，E-R 方法

# 数据模型（逻辑模型）要素

1. 数据结构 -- 描述系统的静态特性（层次结构 - 层次模型、网状结构 -- 网状模型、关系结构 — 关系模型）
2. 数据操作 -- 描述系统的动态特性（增删改查）
3. 完整性约束

# 关系模型

关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式。
在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。

数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系

关系的完整性约束条件：

• 实体完整性
• 参照完整性（^ 关系的两个不变性）
• 用户定义的完整性

# 数据库系统的结构

模式与实例：

• 模式（Schema）是对数据库逻辑结构和特征的描述。是型的描述，不涉及具体值。相对稳定的
• 实例（Instance） 是数据库某一时刻的状态 —— 模式的一个具体值。同一个模式可以有很多实例。实例随数据库中的数据的更新而变动

# 三级模式结构

模式（也称逻辑模式）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。所有用户的公共数据视图
一般，某个应用的数据库有一个模式
模式是数据库系统模式结构的中心，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关
定义模式：

• 定义数据的逻辑结构：DDL
• 定义数据之间的联系
• 定义与数据有关的安全性、完整性要求

外模式（也称子模式或用户模式）：局部数据的逻辑结构和特征的描述
一个外模式可以为 多个应用系统所使用，一个应用程序只能使用一个外模式

内模式（也称存储模式）：是数据物理结构和存储方式的描述
记录的存储方式（顺序存储，堆存储）、索引的组织方式（B + 树，Bitmap，Hash）、是否压缩存储、……
一个数据库只有一个内模式

# 二级映像

外模式／模式映像
定义外模式与模式之间的对应关系，映像定义通常包含在各外模式的描述中。
当模式改变时，数据库管理员对外模式／模式，映像作相应改变，使外模式保持不变。—— 数据的逻辑独立性

模式／内模式映象
定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，通常包含在模式描述中。
数据库中模式／内模式映象是唯一的。
当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。—— 数据的物理独立性

# 数据库系统的组成

1. 硬件平台及数据库
2. 软件
   • 数据库管理系统 DBMS
   • 操作系统
   • 高级语言及其编译系统
   • 以数据库管理系统为核心的应用开发工具
   • 为特定应用环境开发的数据库应用系统
3. 人员
   
   • 数据库管理员
   • 系统分析员和数据库设计人员
   • 应用程序员
   • 最终用户

# 关系数据库

# 关系模型

# 关系数据结构

关系：$D_1×D_2×…×D_n$ 的子集叫作在域$D_1，D_2，…，D_n$ 上的关系，表示为$R（D_1，D_2，…，D_n）$

元组：关系中的每个元素（d1，d2，…，dn）叫作一个 n 元组

属性：关系中不同列称为属性（Attribute），每个属性有一个名字

码：

• 候选码（Candidate key）：关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码
• 全码（All-key）：关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码
• 主码（Primary key）：若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码
• 主属性（Prime attribute）：候选码的诸属性称为主属性
• 不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性（Non-Prime attribute）或非码属性（Non-key attribute）

基本关系的性质：

• 列是同质的（Homogeneous），即来自同一个属性
• 不同的列可出自同一个域
• 行列的顺序无所谓，行列的次序可以任意交换
• 任意两个元组的候选码不能相同
• 分量必须取原子值（不能有小表）

关系模式（Relation Schema）是型，关系是值。
关系模式：描述关系中元组的属性、域及其映像关系，完整性约束

R（U，D，DOM，F）

• R 关系名
• U 组成该关系的属性名集合
• D U 中属性所来自的域
• DOM 属性向域的映象集合
• F 属性间数据的依赖关系的集合

# 关系完整性约束

实体完整性（主属性非空）

参照完整性（外码的域）

用户定义的完整性