Database Overview
Database
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Chapter One - Database Overview
1.1 Concepts Overview
1.1.1 Basic Terms
Information -> Data -> Database -> Database Management System -> Database System
1.1.2 Data
数据是对事物进行定性或定量描述的值，将客观事物转化为可以鉴别的符号使其得以被记录。是数据库中存储的基本对象。
1.1.2 Database
Narrow Definition: Efficient, convenient, and safe multi-user “storage“ of massive amounts of well organized persistent data.
特点：永久储存、有组织、可共享。
1.1.3 Database Management System (DBMS)
管理数据库的软件系统。
1.1.3.1 主要功能
- 数据库定义
- 数据库的建立和维护
- 数据库的是与管理和运行管理
- 数据组织、存储和管理
- 数据操纵、控制功能（详见 1.1.3.2）
- 其他，如不同数据库之间的互访问和互操作
1.1.3.2 数据控制功能
- 数据库的安全性保护
- 数据库的完整性检查
- 并发控制
- 数据库恢复
1.1.4 Database System
基于数据库建立的一种信息系统。
通常由应用程序、数据库、数据库管理系统和用户组成。
特点：
- 数据结构化
- 数据独立性高
- 高共享，低冗余，易扩充
- 数据由 DBMS 统一管理和控制
1.2 数据库结构
1.2.1 数据库基本结构
- 用户角度：模式结构
- 系统角度：功能结构
- 数据库体系结构
1.2.2 模式结构
1.2.2.1 Concept
- 模式（Schema）
- 数据库逻辑结构和特征的描述
- 反应数据的结构及其联系，于数据库创建时建立
- 相对稳定
- 实例（Instance）
- 模式的具体值
- 反应数据库某一时刻的状态
- 随数据更新而变动。
Schema Name Sex Age Instance Alpha Male 66 Instance Omega Female 18 … … … …
1.2.2.2 三级模式结构
外模式 - 用户层：
a.k.a. 子模式、用户模式
数据库用户（包括程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征描述。
多个外模式对应一个内模式，外模式通常为模式的子集。
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。
保证数据库安全性和数据独立的措施，用户只能看见和访问对应外模式中的数据。
模式（概念模式）- 逻辑层：
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，综合了所有用户的需求。
一个数据库只有一个模式。
是数据库系统模式的中间层，与存储硬件环境、具体应用程序及高级程序设计语言无关。
内模式（存储模式）：物理层：
- 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。
1.x Exercise
摘自《数据库系统概论（第五版）》第 33 页习题。
1.x.1 试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念。
详见 1.1。
数据（Data）
数据是对事物进行定性或定量描述的值，将客观事物转化为可以鉴别的符号使其得以被记录。是数据库中存储的基本对象。
数据库（Database, DB）
Narrow: Efficient, convenient, and safe multi-user “storage“ of massive amounts of well organized persistent data.
特点：永久储存、有组织、可共享。
数据库管理系统（Database Management System, DBMS）
管理数据库的软件系统。
数据库系统（Database System）
基于数据库建立的一种信息系统。
通常由应用程序、数据库、数据库管理系统和用户组成。
1.x.2 使用数据库系统有什么好处？
便于数据统一管理，提高数据的物理与逻辑独立性，便于数据共享、消除冗余，方便数据的扩充。
1.x.3 试述文件系统与数据库系统的区别和联系。
相同：
- 数据可长期保存
- 数据可管理
不同：
- 文件系统共享性差、冗余度大，数据物理、 逻辑独立性差
- 数据库系统则解决了文件系统的缺点，并提供更高的数据安全性、完整性、并发控制、恢复功能等
联系：
都是管理数据的系统，文件系统来自操作系统，数据库系统对数据的存储修改等操作最终转化为文件操作。
1.x.4 举出适合用文件系统而不是数据库系统的例子，以及适合用数据库系统的例子。
适合文件系统：
- 个人终端的文本、多媒体文件的存储，小型程序的数据存储。
适合数据库系统：
- 网站、企业级数据管理，社交软件数据记录等。
1.x.5 试述数据库系统的特点。
- 数据结构化
- 数据独立性高
- 高共享，低冗余，易扩充
- 数据由 DBMS 统一管理和控制
1.x.6 数据库管理系统（DBMS）的主要功能有哪些？
见 1.1.3.1。
1.x.7 什么是概念模型？试述概念模型的作用？
概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。
概念模型用于信息世界的建模，是数据库设计人员进行数据库设计的工具，与用户之间进行交流的语言。
1.x.8 定义并解释概念模型中的实体、实体型、实体集、实体之间的联系。
实体：客观存在并可以相互区分的客观事物或抽象事件称为实体。
实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类型实体
实体集：同型实体的集合
实体之间的联系：实体型内部的联系，组成实体的各个属性之间的联系；实体型之间的联系，不同实体集之间的联系，如一对一、一对多、多对多等。
1.x.15 试述数据库系统的三级模式结构，并说明这种结构的优点是什么。
三级模式包括内模式（存储模式）、模式（概念模式）、外模式（用户模式），同时，模式之间由两级映像。
内模式是对数据物理存储的抽象，保证了数据的物理独立性。模式是对数据逻辑的抽象，同时外模式在模式的基础上提供了用户的视图，保证了数据的逻辑独立性。
1.x.16 定义并解释以下术语：模式、外模式、内模式、数据定义语言、数据操作语言。
模式、外模式、内模式见 1.2.2.2。
数据定义语言：定义数据库模式、外模式和内模式的语言。
数据操纵语言：用来对数据库中的数据进行增删改查的语句。
1.x.17 什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？为什么数据库具有数据与程序的独立性？
数据与程序的物理独立性：当数据库的物理存储结构发生改变，只需改变内模式与模式之间的映像，即可保证模式不发生改变，从而应用程序也不用修改。
数据与程序的逻辑独立性：当模式改变时，只需改变模式与外模式间的映像，即可保证外模式不发生改变，从而程序不用修改。
因为数据库的三级模式结构提供了数据与程序的物理与逻辑独立性。
1.x.18 试述数据库系统的组成。
见 1.1.4。
