数据库系统的分层抽象
- DBMS 数据的三个层次
- 从数据到数据的结构----模式
- 数据库系统的三级模式（三级视图）
- 数据库系统的两层映像
- 数据库系统的两个独立性
- 数据库系统的标准结构
数据模型
- 从模式到模式的结构----数据模型
- 三大经典数据模型
数据库的演变与发展
- 由文件系统到数据库
- - 文件系统
  - 数据库系统
- 由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库
- - 层次模型与网状模型数据库
  - 关系模型数据库
- 由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库
- - 关系数据库
  - 对象-关系数据库
- XML 数据库
- 由多种多样的数据库到多数据库开放式互连
- - 多种多样的数据库
  - 开放互连多种多样的数据库
- 由普通数据库到与各种先进技术结合所形成的新型数据库
- - 新型数据库
内容回顾
练习

【重点与难点】

一组概念的区分：三级模式两层映像，物理独立性 和 逻辑独立性
一组概念的区分：数据、模式、数据模型
几种数据模型的差异：网状/层次模型、关系模型、OO数据模型

数据库系统的分层抽象

怎么抽象一个数据库系统呢？

假设我们现在有一个数据库，
然后有一个管理这个数据库的数据库管理系统，
然后我们有不同的应用程序，
可以给多个用户使用。

在这里插入图片描述

DBMS 数据的三个层次

DBMS 管理数据可以分为三个层次。

External Level = User Level；
外部/用户层次：某一用户能够看到与处理的数据, 全局数据中的某一部分（不同用户看到某一部分，局部）；
Conceptual Level = Logic level；
概念/逻辑层次：从全局角度理解/管理的数据, 含相应的 关联约束；
Internal Level = Physical level；
内部/物理层次：存储在介质上的数据，含存储路径、存储方式、索引方式等；

在这里插入图片描述

从数据到数据的结构----模式

数据(Data)/视图(View)：某一种表现形式下 表现出来的 数据库中的数据。

展现的数据----视图：

在这里插入图片描述

模式(Schema)：对数据库中数据所进行的一种 结构性的描述，是所观察到 数据的结构 信息。

数据的结构----模式：

学生登记表(  
	学号 char(8), 
	姓名 char(10),
	性别 Char(2), 
	出生年月 datetime, 
	入学日期 Datetime, 
	家庭住址 Char(40) 
)

数据库系统的三级模式（三级视图）

从结构角度，称为模式；从数据角度，称为视图。

External Schema（外模式） ---- External View（外部视图）；
某一用户能够看到与处理的 局部数据的结构描述。
Conceptual Schema（概念模式）---- Conceptual View（概念视图）；
从全局角度理解/管理的 全局数据的结构描述，含相应的关联约束。体现在数据之间的内在本质联系。
Internal Schema（内模式）---- Internal View（内部视图）；
存储在介质上的 数据的结构描述，含存储路径、存储方式、索引方式等。

如果简单地说“模式”，就是指全局模式；
如果简单地说“视图”，说指外部视图（因为展现给用户）；

在这里插入图片描述

数据库系统的两层映像

（1）E-C Mapping：External Schema-Conceptual Schema Mapping
将外模式映射为概念模式，从而支持实现 数据概念视图向外部视图的转换；
便于用户观察和使用。

（2）C-I Mapping：Conceptual Schema-Internal Schema Mapping
将概念模式映射为内模式，从而支持实现 数据概念视图向内部视图的转换；
便于 计算机 进行存储和处理。

在这里插入图片描述

数据库系统的两个独立性

逻辑数据独立性

当概念模式变化时，可以不改变外部模式（只需改变 E-C Mapping），从而无需改变应用程序。

物理数据独立性

当内部模式变化时，可以不改变概念模式（只需改变 C-I Mapping) ，从而不改变外部模式。

物理独立性和逻辑独立性可以提高数据库系统的灵活性和可扩展性，使数据库系统更加易于维护和管理。

数据库系统的标准结构

数据库系统的标准结构：三级模式 + 两层映像。

如下图所示，

不同的用户有不同的用户视角，他们根据需要看到或处理数据库中不同部分的数据（外模式/外部视图）；
所有用户视角的并集就是全局视角能够看到的数据，也就是数据库中所有的数据（概念模式/全局视图）；
然后数据库中所有的数据存放在存储介质上（内模式/物理视图）。

当开发应用程序时，不是基于全局视图来开发的，而是基于某一个外部视图来开发。

在这里插入图片描述

数据模型

规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束。

模式是对数据本身结构形式的抽象，数据模型是对模式本身结构的抽象。

从模式到模式的结构----数据模型

假如有以下两个模式：模式1 和模式2。

模式1：

学生登记表( 
	学号 char(8), 
	姓名 char(10), 
	性别 Char(2), 
	出生年月 datetime, 
	入学日期 Datetime, 
	家庭住址 Char(40) 
)

模式2：

学生成绩单( 
	学号 char(8), 
	姓名 char(10), 
	班级 Char(6), 
	课程 char(40), 
	学期 Char(4), 
	成绩 Number 
)

那么对模式1和模式2可以抽象出其模式的结构：关系模型，即

Table/Relation
Relation Calculation
Constraints about Table

关系模型：所有模式都可为抽象表(Table)的形式[数据结构]，而每一个具体的模式都是拥有不同列名的具体的表，对这种表形式的数据有哪些[操作]和[约束]。

三大经典数据模型

关系模型：表的形式组织数据

在这里插入图片描述

层次模型：树的形式组织数据

在这里插入图片描述

网状模型：图的形式组织数据

在这里插入图片描述

数据库的演变与发展

由文件系统到数据库

文件系统

文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理、文件保护、向用户提供操作接口；
提供了不同的存取方法(索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件等), 支持对文件的基本操作(增、删、改、查等), 数据存取基本上以记录为单位。

【优点】用户(程序)不必考虑文件存储的物理细节, 解脱了对物理设备存取复杂性处理的负担。

【不足】数据与程序紧密结合，数据的组织及语义紧密依赖于处理该文件的应用程序，数据结构发生改变则必须修改应用程序，文件之间无联系，文件的记录之间无联系，共享性差，冗余度大，不一致性高。

数据库系统

由 DBMS 统一存取、维护数据组织形式及语义，可较强地独立于应用程序(数据的物理独立性和逻辑独立性) ；
把数据及数据结构的定义和描述从应用程序中分离出去，交给 DBMS, 使得多个应用程序可共享数据及数据结构的操作, 数据存取可以记录为单位，也可以以 数据项 和 记录集合 为单位；
统一的数据控制功能，数据共享程度高: 系统可自动检查安全性、完整性和并发正确性；
整体数据结构化，文件(Table)之间、记录之间相互有关联，数据的冗余度小，易扩充；
独立于应用程序的高效率查询/统计操作。

由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库

层次模型与网状模型数据库

数据之间的关联关系由复杂的指针系统来维系，结构描述复杂；
数据检索操作依赖于由指针系统指示的路径；
逐一记录的操作，不能有效支持记录集合的操作；

在这里插入图片描述

关系模型数据库

数据之间的关联关系由 Table 中属性的值来表征，结构描述简单：Table/relation；
数据检索操作不依赖于路径信息或过程信息，支持非过程化的数据操作；
有效支持记录集合的操作；
较为完善的理论基础。

在这里插入图片描述

由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库

关系数据库

按行按列形式组织数据：关系的第1范式
数据项的不可再分特性
关系运算: 关系代数、元组演算、域演算–>标准SQL
关系数据库设计理论

在这里插入图片描述

对象-关系数据库

可有效支持不满足关系第1范式的数据项
以对象来封装需分解的数据项
-行对象与列对象；聚集对象与结构对象

在这里插入图片描述

XML 数据库

是数据库的另一种形式, 被称为半结构化数据库;
数据与数据的语义合并在一起进行存储和处理;
面向数据交换而提出, 在互联网世界得到广泛应用。

<data> 

	<person id=“o555” > 
		<name> Mary </name> 
		<address> 
			<street>Maple</street> 
			<no> 345 </no> 
		<city> Seattle </city> 
		</address>
	</person> 

	<person> 
		<name> John </name> 
		<address>Thailand
		</address> 
		<phone>23456</phone>
	</person>
	
</data>

在这里插入图片描述

由多种多样的数据库到多数据库开放式互连

多种多样的数据库

Oracle
Sybase
Ingres
DB 2
MS Access
Informix
……

开放互连多种多样的数据库

ODBC
JDBC

在这里插入图片描述

由普通数据库到与各种先进技术结合所形成的新型数据库

新型数据库

OA：DB + Management Information System
Database Machine <- DB + Computer Architecture
Intelligent Database <- DB + Artificial Intelligence
Distributed Database(DDB) <- DB + Computer Network
Image Database / Multimedia Database <- DB + Image processing / Multimedia processing
Temporal Database <- DB + 时态技术处理
Mobile Database <- DB + 移动计算技术
Active Database <- DB + 产生式规则/触发器技术
Fuzzy Database <- DB + 模糊处理技术
Real-Time Database <- DB + 实时处理技术
Engineering Database <- DB + CAD/CAPP/CAM技术
Geographical Databas和空间数据库(Spacial Database) <- DB + 数字地图、全球定位、空间分析技术
Statistical Database <- DB + 统计学
Internet Database <- DB + Internet/WWW(网页/HTML文档)
Data Warehouse/Data Mining <-DB + OLAP + 统计学
NoSQL

内容回顾

在这里插入图片描述

练习

数据库系统的三级模式是指__________。

A. 用户模式、局部模式和全局模式

B. 外模式、概念模式和逻辑模式

C. 外模式、内模式和存储模式

D. 用户模式、概念模式和存储模式

在三级模式两层映像结构中，“模式”是指__________。

A. 外模式

B. 内模式

C. 存储模式

D. 概念模式

在三级模式两层映像结构中，“物理模式”是指__________。

A. 外模式

B. 全局模式

C. 用户模式

D. 存储模式

在三级模式两层映像结构中，“全局模式”是指__________。

A. 外模式

B. 用户模式

C. 内模式

D. 概念模式

在三级模式两层映像结构中，“局部模式”是指__________。

A. 概念模式

B. 内模式

C. 逻辑模式

D. 外模式

关于三级模式，下列说法不正确的是___ _______。

A. 概念模式又称为全局模式

B. 概念模式又称为逻辑模式

C. 内模式又称为存储模式

D. 内模式又称为局部模式

关于数据独立性，下列说法正确的为___ _______。

A. 外模式到概念模式的映像实现了数据的物理独立性

B. 外模式到内模式的映像实现了数据的物理独立性

C. 概念模式到内模式的映像实现了数据的物理独立性

D. 以上说法均不正确

关于数据独立性，下列说法正确的为___ _______。

A. 外模式到概念模式的映像实现了数据的逻辑独立性

B. 外模式到内模式的映像实现了数据的逻辑独立性

C. 概念模式到内模式的映像实现了数据的逻辑独立性

D. 以上说法均不正确

数据库系统的数据独立性是指_______________。

A. 不会因为数据的变化而影响应用程序

B. 不会因为系统数据存储结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序

C. 不会因为存储策略的变化而影响存储结构

D. 不会因为某些存储结构的变化而影响其他的存储结构

下列说法不正确的是_______________。

A. 模式是对数据的抽象，数据的结构性描述称为模式

B. 数据模型是对模式的抽象，模式的结构性描述称为数据模型

C. 一个数据库是由一系列模式及其数据构成的

D. 模式是对数据模型的抽象，数据模型的结构性描述称为模式

第一代数据库系统是指_______________。

A. 文件系统

B. 基于XML模型的数据库系统

C. 基于关系模型的数据库系统

D. 基于网状模型或层次模型的数据库系统

第二代数据库系统是指_______________。

A. 基于文件的数据库系统；

B. 基于XML模型的数据库系统

C. 基于网状模型或层次模型的数据库系统

D. 基于关系模型的数据库系统

数据库系统与文件系统的主要差别在_______________。

A. 数据的组织是否依赖于具体的应用程序

B. 数据存取是否可以记录或记录的集合为单位进行操作

C. 不同文件之间以及不同记录之间是否有联系

D. 包括其他全部选项

关系数据库系统对层次/网状数据库系统的重大改进是_______________。

A. 消除了由用户建立指针的弊端

B. 将逐一记录的操作改进为支持记录集合的操作

C. 数据检索操作不依赖于路径信息或过程信息，即非过程化的操作

D. 包括其他全部选项

面向对象数据库系统对关系数据库系统的重大改进是_______________。

A. 允许复杂的数据类型存在

B. 突破了关系模型第一范式的限制

C. 既支持记录集合的操作，又支持面向对象的操作

D. 包括其他全部选项

【二】数据库系统

数据库系统的分层抽象

DBMS 数据的三个层次

从 数据 到 数据的结构----模式

数据库系统的三级模式（三级视图）

数据库系统的两层映像

数据库系统的两个独立性

数据库系统的标准结构

数据模型

从 模式 到 模式的结构----数据模型

三大经典数据模型

数据库的演变与发展

由文件系统到数据库

文件系统

数据库系统

由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库

层次模型与网状模型数据库

关系模型数据库

由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库

关系数据库

对象-关系数据库

XML 数据库

由多种多样的数据库到多数据库开放式互连

多种多样的数据库

开放互连多种多样的数据库

由普通数据库到与各种先进技术结合所形成的新型数据库

新型数据库

内容回顾

练习

相关文章

从数据到数据的结构----模式

从模式到模式的结构----数据模型