計算機四級《資料庫工程師》第一章複習重點

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1、 資料庫技術產生於20世紀60年代，是資訊系統的核心技術和重要基礎;

2、 電腦科學與技術學科劃分為四個專業方向：電腦科學(CS);計算機工程(CE);軟體工程(SE);資訊科技(IT)。

　　1.1 基本概念

1.1.1 資訊與資料

1、 資訊、物質、能量是組成客觀世界並促進社會發展的三大基本要素;

2、 資訊(Information)--是客觀世界事物的存在方式和運動狀態的反映，是對事物之間相互聯絡、相互作用的描述。資訊具有可感知、可儲存、可加工、可傳遞和可再生的自然屬性。

3、 資料(Data)--是描述現實世界事物的符號記錄，是用物理符號記錄下來的可以識別的資訊。不同的物理符號體現出資料的不同表現形式。

4、 資訊與資料間存在固有聯絡，資料是資訊的符號表示，或稱為載體。資訊則是資料的語義解釋，是資料的內涵，資訊以資料的形式表現出來，併為人們理解和接受。

5、 資料處理(Data Processing)--是指對資料進行分類、收集、組織、儲存，進而從已資料出發，抽取或推匯出新的資料，這些資料表示了新的資訊。

6、 資料管理(Data Management)--是指對資料的分類、收集、組織、編碼、儲存、檢索和維護，是資料處理業務的重要環節。

7、 資料處理與資料管理的區別在於，資料處理除了具有資料管理功能外，還可通過資料管理得到的資料進一步深加工，從中獲取新的資料和資訊。

1.1.2 資料庫系統

1、 資料庫(DB，DataBase)--是長期儲存在計算機內有組織的、大量的、共享的資料集合;

2、 資料庫管理系統(DBMS，Database Management System)--是指在計算機系統中，位於使用者與作業系統之間的資料管理系統軟體，是資料庫系統的核心。

3、 資料庫系統(DBS，DataBase System)--是指在計算機系統中引入資料庫後的軟硬體系統構成，DBS一般分成三個層次：(1)計算機硬體平臺;(2)系統軟體和應用軟體;(3)使用者;在不引起混淆和歧義的情況下，資料庫系統簡稱為資料庫。

4、 (狹義的)資料庫系統—是由資料庫和資料庫管理系統組成的軟體系統，主要為使用者提供資料儲存和查詢、插入、修改、刪除、更新等資料管理功能。

5、 (狹義的)資料庫應用系統(DBAS，DataBase Application System)—是由資料庫、資料庫管理系統、資料庫應用程式組成的軟體系統，它面向具體應用領域，提供了更為複雜的資料處理功能。

6、 資料庫技術—是研究資料庫的結構、儲存、設計、管理和使用的一門計算機應用學科。

7、 資料庫技術與其它電腦科學有密切關係：

(1) 資料庫技術以檔案系統為基礎發展而來，DBMS需要作業系統的支援，資料庫以檔案形式儲存在外部儲存上的;

(2) 資料庫與資料結構的關係很密切，資料庫技術不僅用到資料結構中的連結串列、樹、圖等知識，各種資料模型本身就屬於複雜資料結構;

(3) 主流的關係資料庫系統，其理論基礎是關係資料模型，而該模型是在離散數學集合論中“關係”這一基本概念上發展起來的;

(4) 當用戶訪問資料庫，DBMS對使用者提交的查詢操作類似於，計算機編譯系統對程式的編譯過程;

(5) 開發一些大型的DBS或DBMS的過程，要遵循軟體工程的開發模式。

　　1.2 資料模型

1.2.1 資料模型概念

1、資料模型(Data Model)--是資料庫系統的形式框架，是用來描述資料的一組概念和定義，包括描述資料、資料聯絡、資料操作、資料語義以及資料一致性的概念工具;

2、資料模型應滿足：(1)能夠比較真實地模擬現實世界;(2)容易為人們所理解;(3)便於在計算機上實現。

3、 資料模型的組成：

(1) 資料結構：用於描述系統的靜態特徵，從語法角度表述了客觀世界中資料物件本身的結構和資料物件之間的關聯關係，是刻畫一個數據模型性質最重要的方面。在資料庫系統中，通常按照資料結構的型別來區分、命名各種數模，如層次、網狀、關係數模。

(2) 資料操作：用於描述系統的動態特徵，是一組對資料庫中各種資料物件允許執行的操作和操作規則組成的集合。資料操作可以是檢索、插入等，數模必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規則以及實現操作的資料庫語言。

(3) 資料完整性約束：是一組完整性規則的集合，它定義了數模必須遵守的語義約束，也規定了資料庫中資料內部及資料之間聯絡所必須滿足的語義約束。它限定了資料庫的狀態以及狀態的變化，以便維護資料的正確性、有效性。

1.2.2 資料模型分類

1、 用資料模型這一概念來描述資料庫的結構和語義，通過現實世界—資訊世界—機器世界的抽象轉換過程構建資料庫，並根據模型所定義的規範去管理和使用資料。

2、 建模過程：(1)將現實世界的資料物件抽象為資訊世界中的某一資訊結構;(2)再將資訊結構轉換為機器世界中某一具體DBMS支援的資料模型，並存儲於計算機中。

3、 資料模型分類：

(1) 概念資料模型(概念模型)：按使用者的觀點對資料和資訊進行建模，是現實世界到資訊世界的第一層抽象，強調其語義表達功能，易於使用者理解，是使用者與設計人員交流的語言，主要用於資料庫設計。最常用的是實體—聯絡模型。

(2) 資料結構模型(表示型/實現型)：是機器世界中與具體DBMS相關的資料模型，包括關係模型、網狀模型和層次模型

(3) 物理資料模型：屬底層資料模型，描述資料的實際儲存方式。

　　1.3 資料檢視與模式結構

1.3.1 資料檢視與資料抽象

1、 資料檢視：指從某個角度看到的客觀世界資料物件的特徵，是對資料物件某一方面特徵的描述。

2、 資料抽象：是一種資料描述和資料庫設計原則，是指專注於資料物件的某方面特徵，而忽略其他特徵。

3、 集和值：集是指對某一類資料的結構和屬性的說明，值是集的一個具體賦值;

4、 資料模式：對資料庫中資料某方面結構和特徵的描述，它僅涉及集的描述，不涉及具體的值。

1.3.2 三級模式結構

1、 資料庫三級模式結構—外部級、概念級和內部級，分別定義了外模式、模式和內模式，用於從不同角度描述資料庫結構。

2、 模式：

(1) 也稱邏輯模式、概念模式;

(2) 對資料庫中全體資料的邏輯結構和特徵的描述，是所有使用者的公共資料檢視;

(3) 模式不僅定義了資料的邏輯結構，還定義了資料之間的聯絡、與資料的關的安全性和完整性要求;

(4) 一個數據庫只有一個模式，建立在某種資料結構模型基礎上。

3、 外模式：

(1) 也稱子模式、使用者模式、使用者檢視;

(2) 是對資料庫使用者能夠看見和使用的區域性資料的邏輯結構和特徵的描述。

(3) 一個數據庫可以有多個外模式，每個外模式描述了某個特定使用者所使用的`區域性資料的邏輯結構和特徵，是與某一應用有關的資料的邏輯表示。

(4) 外模式還是保證資料安全的有力措施，每個使用者只能看見和訪問所對應的外模式中的資料，其它資料對他是不可見的。

4、 內模式：

(1) 也稱物理模式、儲存模式;

(2) 是對資料庫中資料的物理結構和儲存方式的描述，代表了資料在資料庫內部的表示方式和物理組織結構;

1.3.3 二級映象與資料獨立性

1、 外模式/模式映象：

(1) 定義了資料庫中不同使用者的外模式與資料庫邏輯模式之間的對應關係;

(2) 可有多個外模式/模式映象，對於每個外模式，需要一個外模式/模式映象來定義該外模式與模式之間的對應關係;

(3) 當模式發生變化時，只需調整外模式/模式間的映象關係，而外模式無需修改，保證了資料與應用程式的邏輯獨立性，稱為資料的邏輯獨立性。

2、 模式/內模式映象：

(1) 定義了資料庫中資料全域性邏輯結構，與這些資料在系統中的物理儲存組織結構之間的對應關係。

(2) 模式/內模式映象是唯一的;

(3) 當內模式發生變化時，只需調整模式/內模式映象關係，而模式無需修改，保證了資料庫中的資料與應用程式間的物理獨立性，稱為資料的物理獨立性。

　　1.4 資料庫系統體系結構

1、 資料庫系統體系結構：是指資料庫系統的組成構件、各構件的功能及各構件間的協同工作方式;

2、 分類：

(1) 集中式：全部資料和資料管理功能均集中在一臺計算機上的資料庫系統;包括單使用者和主從式兩種，單使用者DBS是指系統由一個使用者獨佔，不同機器間不能共享資料;主從式DBS是指一個主機帶多個分時多使用者的DBS;

(2) 分散式：資料庫中的資料在邏輯上是一個整體，但在物理上卻可以分佈在網路中不同資料管理節點上;

(3) 客戶/伺服器：將DBMS和資料庫應用分開，網路中某些節點上的計算機專門執行DBMS功能，負責資料管理服務，稱為資料庫伺服器;其他節點的計算機上安裝DBMS的外圍應用開發工具，支援使用者的應用，主要負責資料表示服務，稱為客戶端;

(4) 並行式：硬體平臺是平行計算機系統，使用多個CPU和多個磁碟進行並行資料處理和磁碟訪問操作，以提高執行速度;

(5) WEB式： 由通過網際網路連線起來的客戶端、WEB伺服器、資料庫伺服器組成。

　　1.5 資料庫管理系統

1.5.1 資料庫管理系統的功能

(1) 資料定義功能：DBMS提供了資料定義語言(DDL)，使用者利用DDL定義資料庫物件的三級模式結構，描述資料庫的結構特徵。

(2) 資料操縱功能：DBMS提供資料操縱語言(DML)，使用者利用DML對資料進行查詢、插入、刪除或更新;

(3) 資料庫執行管理和控制功能

(4) 資料庫的建立和維護功能

1.5.2 資料庫系統的全域性結構

1、 DBS可分為使用者、人機互動介面、DBMS和磁碟四個層次;

2、 使用者可分為四類：資料庫管理員DBA;專業使用者;應用程式設計師;終端使用者;

3、 DBMS可分為兩部份：

(1) 查詢處理器：面向使用者查詢請求;包括以下幾個功能模組：DML編譯器、嵌入式DML的預編譯器、DDL編譯器、查詢執行引擎;

(2) 儲存管理器：面向資料儲存訪問，包括以下幾個功能模組：許可權和完整性管理器、事務管理器、檔案管理器、緩沖區管理器;

4、 磁碟儲存的型別：

(1) 以資料庫檔案方式儲存的應用資料;

(2) 資料字典;

(3) 為提高查詢速度而設定的資料庫引擎;

(4) DMS執行時的統計分析資料;

(5) 日誌資訊。

　　1.6資料庫技術的發展和應用

1、 第一代DBS：60年代末70年代初，層次型和網狀型DBS;

2、 第二代DBS：70年代後期，關係資料庫系統;

新型DBS：80年代，分散式資料庫系統;90年代，面向物件資料庫系統、網路資料庫系統