架构-数据库系统1-基本概念
概述
数据：时数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。
种类有：文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等
数据库DB：长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合；
基本特征：
- 数据按一定的数据模型组织、描述和存储
- 可为各种用户共享
- 冗余度较小
- 数据独立性较高
- 易扩展
数据库系统DBS：一个采用数据库技术、有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问的计算机系统。
由四个部分组成：
- 数据库DB：统一管理、长期存储在计算机内，有组织的相关数据的集合
- 硬件：构成计算机系统包括存储数据所需的外部设备
- 软件：操作系统、数据库管理系统及应用程序
- 人员：系统分析和数据库设计人员、应用程序员、最终用户、数据库管理员DBA
数据库管理系统DBMS功能：（数据库的管理软件）
- 实现对共享数据有效的组织、管理和存取
- 包括数据定义、数据库操作、数据库运行管理、数据的存储管理、数据库的建立和维护等
三级模式-两级映像
内模式：管理如何存储物理的数据，对应具体物理存储文件
模式：又称为概念模式，就是我们通常使用的基本表，根据应用、需求将物理数据划分成一张张表
外模式：对应数据库中的视图这个级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用。
外模式-模式映射：是表和视图之间的映射，存在于概念级和外部级之间，若表中数据发生了修改，只需要修改此映射，而无需修改应用程序
模式-内模式映射：是表和数据的物理存储之间的映射，存在于概念级和内部级之间，若修改了数据的存储方式，只需修改此映射，而不需要修改应用程序
【映射的目的：确保数据的修改，而不需要修改应用程序】
数据库设计
- 需求分析：分析数据存储要求，产出物有数据流图、数据字典、需求说明书
获得用户对系统的三个要求：- 信息要求
- 处理要求
- 系统要求
- 概念结构设计：涉及E-R图，也即实体-联系图。
工作步骤包括：选择局部应用、逐一设计分E-R图、E-R图合并。
分E-R图进行合并时，它们之间存在的冲突主要有以下3类：- 属性冲突：同一属性可能会存在于不统的E-R图中
- 命名冲突：相同意义的属性，在不统的分E-R图上悠着不同的命名，或是名称相同的属性在不同的分E-R图中代表不仝的意义
- 结构冲突：同一实体在不同的分E-R图中有不同的属性，同一对象在某一分E-R图中被抽象为实体而在另一E-R图中又被抽象为属性
- 逻辑结构设计：将E-R图转换成关系模式。
工作步骤包括：确定数据模型、将E-R图转换成为指定的数据模型、确定完整性约束和确定用户视图。 - 物理设计：包括确定数据分布、存储结构和访问方式
- 数据库实施阶段：根据逻辑设计和物理设计阶段的结果，建立数据库，便携与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。
- 数据库运行和维护阶段：数据库应用系统经过试运行即可投入运行，但该阶段需要不断地对系统进行评价、调整与修改。
数据模型
关系模型：二维表的形式表示的实体-联系模型，是将实体-联系模型转换而来，经过开发人员设计的；
逻辑结构式一张二维表，由行和列组成。用表格结构表达实体集，用外键表示实体键的联系。如下图：【行–元祖、水平记录；列属性】
- 优点：严格的数学概念的基础之上；概念单一、结构简单、清晰，用户易懂易用；存取路径对用户透明，从而数据独立性，安全性好，简化数据库开发工作
- 缺点：由于存取路径对用户是透明的，查询效率往往不如非关系型数据模型
【E-R模型转换成关系模型】
每个实体都对应一个关系模式；联系分三种 - 1:1联系中，联系可以放到任意的两端实体中，作为一个属性（要保证1:1的两端关联），也可以转成一个单独的关系模式
- 1:N联系中，联系可以单独作为一个关系模型，也可以在N端中加入1端实体的主键
- M:N联系中，联系必须作为一个单独的关系模式，其主键是M和N端的联合主键
概念模型：从用户的角度进行建模的，是现实世界到信息世界的第一抽象，是真正的实体-联系模型；
常用E-R图来描述，世界是由一组称做实体的基础对象和这些对象之间的联系构成的。属性：椭圆表示
实体：长方形
联系：菱形，联系的两端要填写联系类型（如1、N）
【方框–强实体；方框里划线–弱实体】实体：客观存在并可相互区别的事物。可以是具体的人、事、物或抽象概念。如人、汽车、图书、账户、贷款。
- 弱实体和强实体：弱实体依赖于强实体的存在而存在
- 实体集：具有相同类型和共享属性的实体的集合，如学生、课堂
属性：实体所具有的特性
- 属性分类：简单属性和复合属性；单值属性和多值属性；NULL属性；派生属性；
- 域：属性的取值范围成为该属性的域；
- 码（键key）：唯一标识实体的属性集。
联系：现实世界中实物内部以及事物之间的联系，在E-R图中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。
联系的类型有以下三种- 一对一 1:1
- 一对多 1:N
- 多对多 N:N
两个以上实体型的联系，如下图，涉及3个实体，1个联系
网状模型：表示实体类型及其实体之间的联系，一个事物和另外几个都有联系，形成一张网；
面向对象模型：采用面向对象的方法设计数据库，以对象为单位，每个对象包括属性和方法，具有类和继承等特点；
三要素
- 数据结构：所研究的对象类型的集合
- 数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合
- 数据的约束条件：一组完整性规则的集合
关系代数
- 并：结果是两张表中所有记录的合并，相同记录只显示一次
- 交：结果是两张表中相同的记录
- 差：S1-S2，结果是S1中有而S2中没有的那些记录
- 笛卡尔积：S1* S2，产生的结果包括S1和S2的所有属性列，并且S1中每条记录一次和S2中所有记录组成成一条记录，最终属性列为S1+S2属性列，记录数为S1* S2记录数
- 投影：实际是按条件选择某关系模式中的某列，列也可以用数字表示，符号：π
- 选择：实际是按条件选择某关系模式中的某条记录，符号：σ
- 自然连接：结果显示全部的属性列，但是相同属性列只显示一次，显示两个关系中属性相同且值相同的记录。
设有关系R、S如下左图所示，自然连接结果如下有图所示：
