“原理”-第一章系统基本概念

DB（）

DB是长期存储在计算机中，以统一方式组织和管理的相关数据的集合. 可以被不同的用户共享，具有冗余少，数据间紧密连接，数据独立性高的特点.

DBMS（管理系统）管理系统

DBMS是用户和操作系统（OS）之间的数据管理软件层. 它为用户或应用程序提供了一种访问的方法，包括各种数据控件，例如的建立，查询和更新. DBMS始终基于某种模型，可以分为分层模型，网格模型，关系模型和面向对象模型.

DBS（系统）系统

DBS是一个由计算机硬件，软件和数据资源组成的系统，可以实现有组织的动态存储大量相关数据并促进多用户访问，即它是使用技术的计算机系统.

技术

技术是研究的结构，存储系统的概念，设计，管理和使用的软件科学.

联系人数量

关系是实体之间的相互关系. 与连接相关的实体集的数量称为连接数.

1: 1联系

一种二进制连接. 关系: 如果实体集E1中的每个实体最多连接到实体集E2中的一个实体，反之亦然，则实体集E1和E2之间的关系称为“”关系”，并记录为“ 1: 1”.

1: N个联系人

一种二进制连接. 一对多连接: 如果实体集E1中的每个实体都可以连接到实体集E2中的任何（零个或多个）实体，并且E2中的每个实体最多与E1中的一个实体相关，则为E1和E2之间的连接称为“一对多连接”，记录为“ 1: N”.

M: N个联系人

一种二进制连接. 多对多连接: 如果实体集E1中的每个实体都可以连接到实体集E2中的任何（零个或多个）实体，反之亦然，则E1和E2之间的连接称为“多对多”联系人. ，记录为“ M: N”.

数据模型

模型（Model）是现实世界的抽象. 在技术中，我们使用数据模型的概念来描述的结构和语义，并提取实际数据. 根据数据抽象级别定义了四个模型: 概念数据模型，逻辑数据模型，外部数据模型和内部数据模型. 通常在提及“数据”一词时会忽略它.

概念模型

表达用户需求的数据的全局逻辑结构的模型称为“概念模型”.

逻辑模型

表达计算机实现观点的DB全局逻辑结构模型称为“逻辑模型”.

1，分层模型（hierarchical Model）: 表示实体类型和实体之间关系的树模型（分层）结构称为分层模型. 树中的节点是记录类型，每个非根节点只有一个父节点. 上一个记录类型和下一个记录类型之间的连接为1: N.

2. 网络模型: 使用有向图结构表示实体类型和实体之间关系的数据模型称为网络模型.

3. 关系模型: 关系模型是由几个关系模式组成的集合.

外部模型

表示用户观点的本地逻辑结构模型称为“外部模型”.

内部模型

表达物理结构的模型称为“内部模型”.

三层模式和两层图像

从用户（或应用程序）到，DB数据结构具有三个级别: 外部模型，逻辑模型和内部模型. 这三个级别必须使用DB的数据定义语言（DDL）进行定义，定义后的内容称为“架构”，即外部模式，逻辑模式和内部模式.

1. 外部模式: 它是用户和系统之间的接口，是对用户使用的部分数据的描述. 外部模式由几种外部记录类型组成.

2. 逻辑模式: 它是对中所有数据的整体逻辑结构的描述. 它由几种逻辑记录类型组成，还包含诸如记录之间的连接以及数据的完整性和安全性之类的要求.

3. 内部模式: 从物理存储角度对进行描述，定义所有内部记录类型，索引和文件组织方法以及数据控制的详细信息.

4. 外部模式/逻辑模式映像: 存在于外部模式和逻辑模式之间，用于定义外部模式和逻辑模式之间的对应关系. 通常在外部模式下描述此图片.

5. 逻辑模式/内部模式映像: 存在于逻辑模式和内部模式之间，用于定义逻辑模式和内部模式之间的对应关系. 该图像通常以内部模式描述.

数据独立性

表示应用程序和的数据结构彼此独立，不受影响. 据说在修改数据结构时尽可能不修改应用程序，据说该系统已经达到了数据独立的目的. 数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别.

1. 物理独立性: 如果需要修改的内部模式，即的物理结构发生变化，只要相应地修改逻辑模式/内部模式映像（即“对应”），逻辑可以使图案保持尽可能不变. 即，内部模式的修改不会对逻辑模式造成尽可能多的影响. 当然系统的概念，对外部模式和应用程序的影响较小. 这样，我们说已经实现了物理数据独立性（称为物理独立性）.

2. 逻辑独立性: 如果需要修改的逻辑模式，例如添加记录类型或添加数据项，只要相应地修改了外部模式/逻辑模式映像，外部模式和应用程序就可以保持不变尽可能. 这样，我们说已经实现了逻辑数据独立性（称为逻辑独立性）.

主要语言

用于编写应用程序的语言可以是高级编程语言，例如COBOL，PL / I，C，C ++和Java. 这些语言称为宿主语言或宿主语言.

DDL

数据定义语言（DDL）.

DML

数据操作语言（DML）.

程序语言

过程DML是指用户编程，不仅需要指出“什么”（需要什么样的数据），还需要指出“如何”（如何获得这些数据）

非过程语言

非过程DML意味着在编程时，用户只需要指示“做什么”，而无需指示“如何做”.

DD

在系统中存储三级结构定义的称为数据字典（Data Dicationary，DD）. 的操作必须通过DD实现. DD还在运行时存储的统计信息，例如记录数和访问数.

DD系统

管理DD的子系统称为“ DD系统”.

手动管理阶段的数据管理特征

（1）数据未保存在计算机中.

（2）没有专用的软件来管理数据.

（3）仅存在程序的概念，而没有文件的概念. 数据组织必须由程序员设计和安排.

（4）数据面向程序. 也就是说，一组数据对应于一个程序.

文件系统阶段的数据管理特征

（1）数据可以以“文件”的形式长时间存储在外部存储磁盘中.

（2）数据的逻辑结构与物理结构不同，但是相对简单.

（3）文件组织已经多样化.

（4）数据不再属于特定程序，可以重用，即数据是面向应用程序的.

（4）数据的操作以记录为单位.

文件系统阶段的数据管理缺陷

（1）数据冗余（冗余）.

（2）数据不一致（不一致）.

（3）数据不一致（数据关系不良）.

管理阶段的三大里程碑

（1）1968年，美国IBM引入了层次模型IMS（信息管理系统）系统；

（2）1969年，美国CODASYL（数据系统语言会议）组织发布了DBTG（任务组）报告. 总结了当时的各种并提出了网格模型，该模型于1971年4月正式采用；

（3）1970年，美国IBM的E.F. Codd发表了一系列论文并提出了一种关系模型，为关系奠定了理论基础.

阶段的数据管理功能

（1）使用数据模型表示复杂的数据结构.

（2）具有高度的数据独立性.

（3）系统为用户提供了方便的用户界面.

（4）系统提供以下四个方面的数据控制功能:

1. 恢复: 当损坏或数据不可靠时，系统可以将还原到最近的正确状态.

2. 的并发控制: 控制程序的并发操作，以防止破坏并防止将错误的数据提供给用户.

3. 数据完整性: 确保中的数据始终正确.

4. 数据安全性: 确保数据的安全性并防止数据丢失或被盗或破坏.

（5）增加系统的灵活性: 数据的操作不一定基于记录，而可以基于数据项.

先进的平台技术

（1）1980年代的分布式系统.

（2）1990年代的对象系统.

1. 面向对象的概念建模

（3）21世纪的Web系统.

1. 开放式互连技术

逻辑记录和物理记录，逻辑文件和物理文件之间的联系和区别（关系和区别不是很清楚）

逻辑记录是对逻辑设计中数据的描述. 逻辑设计中有序的字段集称为记录. 通常，记录用于描述实体，因此可以将记录定义为一组可以完全描述实体的字段.

物理记录是对物理存储中数据的描述，也称为物理块或物理块. 块是内存和外部存储器之间信息交换的最小单位. 每个块的大小通常为2 ^ 10〜2 ^ 14个字节. 内部和外部信息的交换由操作系统的文件系统管理.

逻辑文件是相同类型的记录的集合. 用于描述实体集.

物理文件是真实的并且具有数据.

我不太了解这种联系和区别. 请参阅Internet上的说明: 物理文件等效于表，逻辑文件等效于视图，物理文件具有数据，而逻辑文件没有数据. 而且，它们都是对象. （摘自）

数据抽象过程中的步骤

步骤1: 根据用户需求设计的概念模型. 这是一个“合成”过程.

步骤2: 根据转换规则，将概念模型转换为的逻辑模型. 这是一个“转换”过程.

步骤3: 根据用户的业务特征，设计不同的外部模型供程序员使用. 也就是说，应用程序使用的外部模型. 外部模型与逻辑模型之间的对应关系称为图像.

步骤4: 在实施时，应根据逻辑模型设计其内部模型. 内部模型与逻辑模型之间的对应关系称为图像.

概念模型，逻辑模型，外部模型和内部模型的特征

概念模型的特征:

1>概念模型表示数据的整体逻辑结构. 它是系统用户对整个应用程序项目中涉及的数据的全面描述.

2>概念模型是从用户需求的角度对数据进行建模.

3>概念模型独立于硬件和软件. 硬件独立性意味着概念模型不依赖于硬件设备，软件独立性意味着模型在实现时不依赖于DBMS软件. 因此，硬件或软件的更改不会影响概念模型的设计.

4>概念模型是设计人员和用户之间进行交流的工具.

逻辑模型的特征:

1>逻辑模型表示的整体逻辑结构，但这是设计人员对整个应用程序的全面描述.

2>逻辑模型是从实现的角度对数据建模.

3>逻辑模型独立于硬件，但取决于软件（DBMS）.

4>逻辑模型是用于设计人员和应用程序程序员之间通信的工具.

外部模型的特征:

1>外部模型是逻辑模型的逻辑子集.

2>外部模型独立于硬件，并且依赖于软件.

3>外部模型反映了用户使用的观点.

内部模型的特征:

1>它描述了如何将数据存储在磁盘或磁带上（文件的结构），对社会保障的访问（对外部存储控件的分配）以及访问方法（主索引和辅助索引）.

三种逻辑数据模型之间的区别: 层次结构，网格和关系

在层次模型和网格模型中，记录是通过指针实现的，查询效率很高. 层次模型只能表示1: N关系，而网格模型不仅可以表示1: N关系，还可以表示M: N关系. 关系模型与层次模型和网格模型之间的最大区别是使用键码而不是指针来导航数据.

系统外部模型的优势

1>简化了用户的观点. 2>为的安全保护做出贡献. 3>外部模型支持概念模型.

数据独立性和数据连接这两个概念之间的区别

数据独立性是指应用程序和的数据结构彼此独立，不受影响. 数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别.

数据连接是指实体之间的相互关系. 数据独立性在结构级别上，数据连接在特定实体之间.

用户，以及磁盘上物理文件之间的连接和区别的三级模型结构

的三层结构是理想的结构，这使得系统实现了高度的数据独立性. 用户和之间的数据传输必须以三层结构来回转换. 这样就可以将用户的数据真正读取或写入艺术品文件中. 系统缓冲区中应用程序的用户记录在结构上应与外部模式下的外部记录保持一致. 磁盘上物理文件的记录在结构上应与内部模式下的内部记录一致.

DBMS工作模式和主要功能

DBMS工作模式:

（1）接受应用程序的数据请求和处理请求；

（2）将用户的数据请求（高级指令）转换为复杂的机器代码（低级指令）；

（3）在上执行操作；

（4）接受来自操作的查询结果；

（5）处理查询结果（格式转换）；

（6）将处理结果返回给用户.

主要功能:

1>定义功能: DBMS提供DDL来定义的三级结构和两级映像，定义数据完整性约束，机密性约束和其他约束. 因此，DDL编译器应包含在DBMS中.

2>的操作功能: DBMS提供DML以实现数据操作. 数据操作有两种基本类型: 检索（查询）和更新（包括插入，删除，更新）. 因此，DML编译器或解释器应包含在DBMS中.

3>保护功能:

（1）恢复.

（2）的并发控制.

（3）数据完整性控制.

（4）数据安全性控制. DBMS的其他保护功能包括系统缓冲区管理和一些用于数据存储的自适应调整机制.

4>维护功能: 这部分包括的数据加载，转换，转储，重组和性能监视功能.

5>数据字典: 在系统中存储三级结构定义的称为数据字典（DD）. 的操作必须通过DD实现. DD还在运行时存储的统计信息，例如记录数和访问数. 管理DD的子系统统称为“ DD系统”.

DB系统缓冲区及其功能

DB系统缓冲区是由DBMS在内存中为应用程序以及用户数据传输和格式转换创建的系统缓冲区.

DBS的组成部分是什么？它有什么系统软件？ DD的作用是什么？

它是，硬件，软件和管理员的集合.

典型的应用程序开发工具包括Visual Basic 7.0，PowerBuilder 10.0和Delphi 6.0.

DD提供了DBS（通常称为元数据）存储三级结构的描述

DBS全局结构的说明

此结构从用户，界面，DBMS和磁盘的四个级别考虑每个模块功能之间的联系.

1. 用户

DBA，用户，应用程序程序员，最终用户.

2. DBMS查询处理器

这部分可以分为四个部分:

（1）DDL解释器: 解释DDL语句并将这些定义记录在数据字典中.

（2）DML编译器: 优化DML语句并将其转换为查询评估引擎可以执行的低级指令.

（3）嵌入式DML的预编译器: 将嵌入在主要语言中的DML语句处理为标准化的过程调用形式.

（4）查询评估引擎: 执行DML编译器生成的低级指令.

3. DBMS存储管理器

存储管理器提供了中存储的低级数据与应用程序和查询之间的接口. 存储管理器可以分为四个部分:

（1）Authority and Integrity Manager: 测试应用程序对的修改是否满足完整性约束，并检查用户访问数据的合法性.

（2）事务管理器: DBS的逻辑工作单元称为事务. 事务由上的一系列操作组成. 事务管理器用于确保一致性（正确性）状态并确保并发操作正确执行.

（3）文件管理器: 负责合理分配磁盘空间，管理物理文件的存储结构和访问方法.

（4）缓冲区管理器: 为应用程序打开DB系统缓冲区，负责将从磁盘读取的数据发送到内存缓冲区中.

4. 磁盘存储中的数据结构

（1）数据文件: 存储由管理的用户数据本身. 磁盘上的基本组织形式是文件，可以充分利用操作系统的功能来管理外部存储.

（2）数据字典: 存储三级结构的描述（通常称为元数据）.

（3）索引: 一种用于提高查询速度的逻辑排序方法.

（4）统计数据: 存储DBS操作期间的统计分析数据. 查询处理器可以使用此信息来更有效地执行查询处理.

（5）日志: 在DBS运行时存储DBS的操作，以便将来用于使用和数据恢复的参考.

从模块的结构来看，DBMS的哪些部分组成？

通常有两个模块: 查询处理器和存储管理器.

查询处理器可以分为: DDL解释器，DML编译器，嵌入式DML预编译器和评估引擎.

存储管理器可以分为: 权限和完整性管理器，事务管理器，文件管理器和缓冲区管理器.

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