第一章绪论

冷不防 2022-11-12 02:34 317阅读 0赞

## 1.1  数 据 库 系 统 概 述 ##

### 1.1.1 数据库的4个基本概念：数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统。 ###

**数据（data）**：描述事物的符号记录称为数据。数据的含义称为数据的语义，数据与语义是不可分的。例如，描述一位计算机系的同学的基本情况：小明同学，男，1995年10月生，福建省福州市人，2014年入学。在计算机中常常这样来描述：（小明，男，199510， 福建省福州市，计算机系，2013）即把学生的姓名，性别，出生年月，出生地，所在院系，入学时间等组织在一起，构成一个记录，这离的学生记录就可以描述为学生数据。

**数据库（DataBase， DB**）：存放数据的仓库。是长时间存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。即“***永久存储、有组织、可共享***”。

**数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）**：主要任务：科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。与操作系统一样是计算机的基础软件。主要功能包括：

*  数据定义功能（DDL：数据定义语言）
 *  数据组织、存储和管理
 *  数据操纵功能（DML：数据操纵语言）
 *  数据库的事务管理和运行功能
 *  数据库的建立和维护功能
 *  其他功能

**数据库系统（DataBase System， DBS）**：由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员（DBA）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

### 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 ###

数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题。

数据管理技术经历人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。

<table>  表1.1 数据管理三个阶段的比较  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td colspan="2" style="width:157px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:182px;">人工管理阶段</td> 
   <td style="width:192px;">文件系统阶段</td> 
   <td style="width:442px;"> <p>数据库系统阶段</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1"> <p>背</p> <p>景</p> </td> 
   <td style="width:126px;">应用背景</td> 
   <td style="width:182px;">科学计算</td> 
   <td style="width:192px;">科学计算、数据管理</td> 
   <td style="width:442px;">大规模数据管理</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">硬件背景</td> 
   <td style="width:182px;">无直接存取储存设备</td> 
   <td style="width:192px;">磁盘、磁鼓</td> 
   <td style="width:442px;">大容量磁盘、磁盘阵列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">软件背景</td> 
   <td style="width:182px;">没有操作系统</td> 
   <td style="width:192px;">有文件系统</td> 
   <td style="width:442px;">由数据库管理系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">处理方式</td> 
   <td style="width:182px;">批处理</td> 
   <td style="width:192px;">联机实时处理、批处理</td> 
   <td style="width:442px;">联机实时处理、分布处理、批处理</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="1"> <p>特</p> <p>点</p> </td> 
   <td style="width:126px;">数据的管理者</td> 
   <td style="width:182px;">用户（程序员）</td> 
   <td style="width:192px;">文件系统</td> 
   <td style="width:442px;"> <p><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>数据库管理系统</strong></em></span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">数据面向的对象</td> 
   <td style="width:182px;">某一应用程序</td> 
   <td style="width:192px;">某一应用</td> 
   <td style="width:442px;"><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>现实世界（一个部门、企业、跨国组织等）</strong></em></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">数据的共享程度</td> 
   <td style="width:182px;">无共享，冗余度极大</td> 
   <td style="width:192px;">共享性差，冗余度大</td> 
   <td style="width:442px;"><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>共享性高，冗余度小</strong></em></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">数据的独立性</td> 
   <td style="width:182px;">不独立，完全依赖于程序</td> 
   <td style="width:192px;">独立性差</td> 
   <td style="width:442px;"><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立</strong></em></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">数据的结构化</td> 
   <td style="width:182px;">无结构</td> 
   <td style="width:192px;">记录内有结构、整体无结构</td> 
   <td style="width:442px;"><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>整体结构化，用数据模型描述</strong></em></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:126px;">数据控制能力</td> 
   <td style="width:182px;">应用程序自己控制</td> 
   <td style="width:192px;">应用程序自己控制</td> 
   <td style="width:442px;"><span style="color:#86ca5e;"><em><strong>由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力</strong></em></span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

与人工管理和文件系统相比，数据库系统的特点主要有以下几个方面：

*  数据结构化
 *  数据的共享性高、冗余度低且易扩充
 *  数据独立性高
 *  数据由数据库管理系统统一管理和控制

***数据库是长期存储在计算机内，有组织、大量、共享的数据集合。它可以供各种用户共享具有最小冗余度和较高的数据独立性。数据库管理系统在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性和安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对数据库进行恢复。***

## 1.2  数 据 模 型 ##

### 1.2.1 两类数据模型 ###

模型，特别是具体模型对人们来说并不陌生。以上地图、一组建筑设计沙盘、一架精致的模型飞机都是具体的模型。数据模型也是一种模型。数据模型是对现实世界数据特征的抽象。也就是说数据模型是用来描述数据、组织数据和对数据进行操作的。数据模型就是现实世界的模拟。

数据模型应满足三方面要求：一是能比较真实的模拟现实世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机上实现。

数据模型分为两类（两个不同的层次）

概念模型，也称为信息模型

它是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。

逻辑模型和物理模型

逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型和对象关系数据模型、半结构化数据模型等。它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统（DBMS）的实现。

物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内（磁盘上）的表示方式和存取方法，是面向计算机系统的。

### 1.2.2 概念模型 ###

概念模型的用途

*  概念模型用于信息世界的建模
 *  是现实世界到机器世界的一个中间层次
 *  是数据库设计的有力工具
 *  数据库设计人员和用户之间进行交流的语言

对概念模型的基本要求

*  较强的语义表达功能
 *  简单、清晰、易于用户理解

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25haWxuZWhj_size_16_color_FFFFFF_t_70][] 图1.1 工厂物质管理的该你那模型

信息世界中的基本概念

1.  实体（Entity）             客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。 「例如图1.1中的供应商、仓库、职工、项目、零件。」
2.  属性（Attribute）        实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。 「例如图1.1中的零件，就有5种属性，分别为零件号、名称、规格、单价、描述。」
3.  码（Key）                     唯一标识实体的属性集称为码。 「例如公民的身份证号，学生的学号。」
4.  实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型。
5.  实体集（Entity Set）   同一类型实体的集合称为实体集
6.  联系（Relationship）

*          现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。 
 *          实体内部的联系: 是指组成实体的各属性之间的联系
 *          实体之间的联系: 通常是指不同实体集之间的联系
 *          实体之间的联系有一对一（1:1）、一对多（1:n）和多对多（m:n）等多种类型

概念模型的一种表示方法：实体-联系方法（Entity-Relationship Approach）即E-R图，图1.1即为E-R图。

### 1.2.3 数据模型的组成要素 ###

数据模型是严格定义的一组概念的集合

精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件(Integrity Constraints)。

数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的王正行约束条件三部分组成。

### 1. 数据结构--描述系统的静态特性 ###

*          刻画数据模型性质的重要方面
 *          数据结构的类型来命名数据模型
 *          层次结构-层次模型、网状结构--网状模型、关系结构—关系模型
 *          描述数据库的组成对象--对象的类型、内容、性质
 *          描述对象之间的联系

### 2. 数据操作--描述系统的动态特性 ###

*  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，包括操作及有关的操作规则
 *  数据操作的类型：查询、更新（包括插入、删除、修改） 
 *  数据操作语言：定义数据操作的确切含义、符号、优先级别；实现数据操作的语言：查询语言——Query Language，更新语言——Insert、Delete、Update；

### 3. 完整性约束 ###

*  一组完整性规则的集合

完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则。

用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。

*  数据模型对完整性约束条件的定义

反映和规定必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。

提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据，必须遵守的特定的语义约束条件。

### 1.2.4 常用的数据模型 ###

数据库领域中主要的逻辑数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型。其中层次模型和网络模型称为格式化模型。

### 1.2.5 层次模型 ###

**层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系「例如家族关系」**

**表示方法：**

实体型：用记录类型描述，每个结点表示一个记录类型（实体）

属性：用字段描述，每个记录类型可包含若干个字段

联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子联系

**层次模型的定义：**

满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型

1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点

2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25haWxuZWhj_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][] 图1.2 一个层次模型的示例

特点：

*  结点的双亲是唯一的
 *  只能直接处理一对多的实体联系
 *  任何记录值只有按其路径查看
 *  没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在

**层次模型的数据操纵**：查询；插入；删除；更新。

**层次模型的完整性约束条件**

无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值

如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除

更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性

**优点：**

层次模型的数据结构比较简单清晰

查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型

层次数据模型提供了良好的完整性支持

**缺点：**

结点之间的多对多联系表示不自然

对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂

查询子女结点必须通过双亲结点

层次数据库的命令（语言）趋于程序化

### 1.2.6 网状模型 ###

**网状数据库系统采用网状结构来表示各类实体以及实体间的联系**

**表示方法（与层次数据模型相同）**

实体型：用记录类型描述，每个结点表示一个记录类型（实体）

属性：用字段描述，每个记录类型可包含若干个字段

联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子联系

**网状模型的定义：**

*  满足下面两个条件的基本层次联系的集合：
 *  1. 允许一个以上的结点无双亲；
 *  2. 一个结点可以有多于一个的双亲。

**特点：**

*  允许多个结点没有双亲结点
 *  允许一个结点有多个双亲结点
 *  允许两个结点之间有多种联系
 *  要为每个联系命名并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录

**多对多联系在网状模型中的表示**

网状模型间接表示多对多联系

方法：

将多对多联系分解成一对多联系

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25haWxuZWhj_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][] 图1.3 学生/选课/课程的网状数据模型

例：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系

引进一个学生选课的联结记录：选课（学号，课程号，成绩 ）/\* 某个学生选修某一门课程及其成绩 \*/

**导航式的查询语言和增删改操作语言**

**完整性约束条件不严格**

*  允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值
 *  允许只删除双亲结点值

**实际的网状数据库系统提供了一定的完整性约束**

*  支持码的概念：唯一标识记录的数据项的集合，取唯一的值；
 *  保证一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系；
 *  可以定义双亲记录和子女记录之间某些约束条件。

例：“属籍类别”的概念「如图1.3」

要求双亲记录存在才能插入子女记录，双亲记录删除时也连同删除。

选课记录就应该满足这种约束条件：

学生选课记录值中学号必须是学生记录中存在的某一学生的学号，

课程号必须是课程记录中存在的某一门课程号。

**优点：**

*  能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系。
 *  具有良好的性能，存取效率较高。

**缺点：**

*  结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握；
 *  DDL、DML语言复杂，并且要嵌入某一种高级语言中，用户不容易掌握，不容易使用；
 *  记录之间联系是通过存取路径实现的，应用程序必须选择适当的存取路径，因此用户必须了解系统结构的细节，加重了程序员的负担。

### 1.2.7 关系模型 ###

**关系模型是最重要的一种数据模型。**关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式。

在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。

关系模型中的一些术语：

<table style="width:500px;">  表1.2 关系模型的数据结构（学生登记表）  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>学 &nbsp;号</td> 
   <td>姓 &nbsp;名</td> 
   <td>年 &nbsp;龄</td> 
   <td>性 &nbsp;别</td> 
   <td>系 &nbsp;名</td> 
   <td>年 &nbsp;级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20210301</td> 
   <td>刘备</td> 
   <td>22</td> 
   <td>男</td> 
   <td>计算机</td> 
   <td>2021</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20210303</td> 
   <td>关羽</td> 
   <td>21</td> 
   <td>男</td> 
   <td>土木工程</td> 
   <td>2021</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20210305</td> 
   <td>张飞</td> 
   <td>20</td> 
   <td>男</td> 
   <td>考古</td> 
   <td>2021</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>···</td> 
   <td>···</td> 
   <td>···</td> 
   <td>···</td> 
   <td>···</td> 
   <td>···</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  关系（Relation）—— 一个关系对应通常说的一张表，「如表1.2 学生登记表」
 *  元组（Tuple）—— 表中的一行即为一个元组
 *  属性（Attribute）——表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名「如表1.2 共有6列，对应6个属性」
 *  主码（Key）——也称码键。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组「如表1.2 学号可以唯一确定一个学生，也就成为本关系的码」
 *  域（Domain）——是一组具有相同数据类型的值的集合。属性的取值范围来自某个域。

例：学生年龄属性的域（15～45岁），性别的域是（男，女），系名的域是一个学校所有系名的集合；

*  分量——元组中的一个属性值。 
 *  关系模式——对关系的描述

关系名（属性1，属性2，…，属性n）

例如表1.2 的关系可描述为    学生（学号，姓名，年龄，性别，系名，年级）

**关系必须是规范化的，满足一定的规范条件**，最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，不允许表中还有表。图1.15中工资和扣除是可分的数据项 ,不符合关系模型要求

<table style="width:422px;">  表1.3 术语对比  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">关系术语</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">一般表格的术语</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">关系名</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">表名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">关系模式</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">表头（表格的描述）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">关系</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">（一张）二维表</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">元组</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">记录或行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">属性</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">属性名</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">列名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">属性值</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">列值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">分量</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">一条记录中的一个列值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:171px;">非规范关系</td> 
   <td style="text-align:center;vertical-align:middle;width:247px;">表中有表（大表中嵌有小表）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系**

查询；插入；删除；更新。

**存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“找什么”，不必详细说明“怎么找”。    *提高了数据的独立性，提高了用户生产率*。**

关系的完整性约束条件

实体完整性：关系的两个不变性

参照完整性：关系的两个不变性

用户定义的完整性

**优点**

*  建立在严格的数学概念的基础上
 *  概念单一，无论尸体还是实体之间的关系都用关系来表示。对数据的检索和更新结果也是关系。所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。
 *  关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。

**缺点**

*  存取路径对用户透明，查询效率往往不如格式化数据模型
 *  为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度

--------------------

① 需要了解的

*  层次数据模型及网状数据模型的基本概念
 *  层次和网状数据库的内容十分精简
 *  这两类系统虽然有它们的缺点，但是执行效率高是他们的显著优点

② 需要牢固掌握的

*  概念模型的基本概念
 *  数据模型的3个组成要素
 *  关系数据模型的相关概念

③难点

*  数据模型的概念对于刚刚学习数据库的读者来说会感到比较抽象。

--------------------

# #

## 1.3  数 据 库 系 统 的 结 构 ##

从数据库应用开发人员角度看，数据库系统采用三级模式结构，这是数据库系统内部的系统结构。从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户-服务器、浏览器-应用服务器／数据库服务器多层结构等。

### 1.3.1 数据库系统模式的概念 ###

**模式（Schema） **：是对数据库逻辑结构和特征的描述，仅仅是型的描述，不涉及具体值，模式是相对稳定的。

**实例（Instance） ：**数据库某一时刻的状态是模式的一个具体值，同一个模式可以有很多实例，实例随数据库中的数据的更新而变动，实例是相对变动的。

### 1.3.2 数据库系统的三级模式结构 ###

数据库系统的三级模式结构是值数据库系统是有外模式、模式和内模式三级构成，如图1.4所示。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25haWxuZWhj_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][] 图1.4 数据库系统的三级模式结构

**模式（也称逻辑模式**）

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

**一般，某个应用的数据库有一个模式**

**模式是数据库系统模式结构的中心**

与数据的物理存储细节和硬件环境无关

与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关

**定义模式**

DDL定义数据的逻辑结构，以某种数据模型为基础数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等

定义数据之间的联系

定义与数据有关的安全性、完整性要求

**外模式（也称子模式或用户模式）**

数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述

数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示

**外模式与模式的关系**

外模式通常是模式的子集、一个模式可以有多个外模式反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求

对模式中某一数据，在不同的外模式中 结构、类型、长度、保密级别等都可以不同

**外模式与应用的关系**

一个外模式可以为 多个应用系统所使用，一个应用程序只能使用一个外模式

**外模式的用途**

每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，简化用户视图

保证数据库安全性的一个有力措施

**内模式（也称存储模式）**

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

记录的存储方式（例如，顺序存储，堆存储，Cluste按hash方法存储等）

索引的组织方式（B+树，Bitmap，Hash）

数据是否压缩存储

数据是否加密

数据存储记录结构的规定—如定长/变长，记录是否可以跨页存放等

**一个数据库只有一个内模式**

### 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性 ###

**三级模式是对数据的三个抽象级别**

**数据库管理系统内部提供二级映像**

外模式／模式映像

模式／内模式映像

**三个抽象层次的联系和转换**

**对每一个外模式，有一个外模式／模式映像**

定义外模式与模式之间的对应关系

映像定义通常包含在各外模式的描述中

**保证数据的逻辑独立性**

当模式改变时，数据库管理员对外模式／模式映像作相应改变，使外模式保持不变

应用程序是依据数据的外模式编写的，应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性

**模式／内模式映象**

定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 如，说明某个逻辑记录对应何种存储结构。

**数据库中模式／内模式映象是唯一的。**

该映象定义通常包含在模式描述中。

**保证数据的物理独立性**

当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。

模式不变，则应用程序不变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

**保证了应用程序的稳定性**

除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。

**从程序为中心——发展为 以数据为中心**

具有了数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去 。

**数据的存取由数据库管理系统管理**

简化了应用程序的编制

大大减少了应用程序的维护和修改

## 1.4  数 据 库 系 统 的 组 成 ##

**数据库**

**数据库管理系统（及其开发工具） **

**应用程序**

**数据库管理员**

*  1. 硬件平台及数据库
 *  2. 软件
 *  3. 人员

**硬件平台及数据库**

***数据库系统对硬件资源的要求***

足够大的内存

足够的大的磁盘或磁盘阵列等外部设备

较高的通道能力，提高数据传送率

**数据库管理系统**

**支持数据库管理系统运行的操作系统**

**与数据库接口的高级语言及其编译系统**

**以数据库管理系统为核心的应用开发工具**

**为特定应用环境开发的数据库应用系统**

**数据库管理员**

**系统分析员和数据库设计人员**

**应用程序员**

**最终用户**

**不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图**

### **1. 数据库管理员的职责（DBA）** ###

*  1. 参与确定数据库中的信息内容和结构
 *  2.参与数据库的存储结构和存取策略的设计
 *  3.参与确定数据安全性要求和完整性约束条件
 *  4.监控数据库的使用和运行

周期性转储数据库

数据文件

日志文件

系统故障恢复

介质故障恢复

监视审计文件

*  5. 数据库的改进和重组

性能监控和调优

定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能

需求增加和改变时，数据库须需要重构造

### **2 . 系统分析员、数据库设计人员** ###

*  **系统分析员**

负责应用系统的需求分析和规范说明

与用户及数据库管理员结合，确定系统的硬软件配置

参与数据库系统的概要设计

*  **数据库分析员**

参加用户需求调查和系统分析

确定数据库中的数据

设计数据库各级模式

### **3. 应用程序员** ###

设计和编写应用系统的程序模块

进行调试和安装

### 4. 用户 ###

用户是指最终用户（End User）。他们通过应用系统的用户接口使用数据库。

1. 偶然用户

不经常访问数据库，但每次访问数据库时往往需要不同的数据库信息

企业或组织机构的高中级管理人员

2. 简单用户

主要工作是查询和更新数据库

银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员

3. 复杂用户

工程师、科学家、经济学家、科技工作者等

直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的应用程序接口编制自己的应用程序

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