一、数据库系统概论

1.1数据库系统概述

数据 (Data)

定义：描述事物符号的记录，是数据库中存储的基本对象。可以是数字、文字、图像、声音等。

举例：‘张三’， ‘男’， ‘1990-01-01’， ‘1000.00’ 这几个值就是数据。

数据库 (Database, DB)

定义：长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。它按照一定的数据模型（如关系模型）组织、描述和存储数据，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性。

关键点：它不仅仅是数据的堆积，而是有结构、有关联的。比如上面那几个数据按照“姓名、性别、生日、工资”的结构组织在一起，并放在一张表里，才构成数据库的一部分。

通俗理解：一个仓库，里面整齐地码放着各种货物（数据），每个货物都有其固定的货位（数据结构）。

数据库管理系统 (Database Management System, DBMS)

定义：位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。它是数据库系统的核心，负责科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

核心功能：

• 数据定义（建表）
• 数据操纵（增删改查）
• 数据安全性控制
• 数据完整性检查
• 并发控制（多人同时使用）
• 数据库备份与恢复等

常见产品：MySQL、Oracle、SQL Server、PostgreSQL、MongoDB 等。

通俗理解：仓库管理员及其管理规则。这个管理员负责接收货物入库、根据要求出库、维护仓库安全、整理货架、记录台账等所有具体操作。你只需要对管理员下命令（写SQL），而不用亲自去搬货。

数据库系统 (Database System, DBS)

定义：在计算机系统中引入数据库后的完整系统。通常由 数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）、应用程序、硬件平台 和 数据库管理员（DBA）等人员 五大部分组成。

关键点：这是一个运行的整体，而不仅仅是软件或数据。离开了人（用户、管理员）和硬件（服务器、磁盘），系统无法运转。

通俗理解：一个正在运转的、有完整设施的仓库综合体。它包括：仓库本身（DB）、仓库管理员及其管理系统（DBMS）、用来运输的叉车和传送带（应用程序）、库房建筑和货架（硬件）、以及负责规划调度的仓库经理和工人（人员）。

数据，数据库，数据库管理系统，数据库系统之间的关系？

数据库系统（DBS） 是一个运行的整体，它以 数据库管理系统（DBMS） 为核心，在特定硬件和人员的支持下，利用应用程序，对 数据库（DB） 中的 数据 进行高效、安全、可靠的管理和使用。

数据库的特征？

1.具有较小的冗余度
2.较高的数据独立性
3.易扩展性。

数据库阶段的数据具体什么特点？

数据库阶段的数据具有六个核心特点：整体结构化（数据面向全局而非局部应用，内在联系显式保存）、高度共享性（多用户多应用同时访问互不干扰）、低冗余与可控冗余（消除不必要重复，必要时保留一致性可控的冗余）、数据独立性（物理与逻辑结构变化不影响程序）、统一的数据控制功能（由DBMS自动提供安全性、完整性、并发控制和故障恢复），以及数据模型驱动（基于统一模型如关系模型，用SQL等语言操作）。

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1.2 数据模型

什么是数据模型？

数据模型是现实世界数据特征的抽象，用于严格定义数据的结构（数据如何组织，如关系模型中的表）、操作（对数据允许执行的动作，如增删改查）以及完整性约束（数据必须满足的规则，如主键唯一、外键一致），是数据库系统的核心基础和框架。

数据模型的三方面要求？

1.能真实的模拟现实世界
2.容易为人所理解
3.便于在计算机上实现

信息世界中的基本概念？

信息世界是现实世界到数据世界的中介抽象层，其基本概念包括：实体（客观存在且可相互区分的事物，如一个学生）、属性（实体的某一特征，如姓名、年龄）、码（能唯一标识实体的属性集，如学号）、域（属性的取值范围，如性别的域为{男,女}）、实体型（同类实体的属性名集合，如“学生（学号，姓名，性别）”）、实体集（同型实体的集合，如全体学生）以及联系（实体集之间的关联，如学生与课程间的“选修”联系，分为1:1、1:N、M:N三类）。

数据模型的三要素？

数据模型的三要素是：数据结构（描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系，是静态特性）、数据操作（对数据库中数据允许执行的操作集合，如增、删、改、查，是动态特性）以及完整性约束（保证数据正确、有效、相容的规则集合，如主键唯一、外键参照等）。

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习题

1. 通常所说的数据库系统不包括

   • 数据库系统通常由数据库、数据库管理系统（DBMS）、相关实用工具和用户等组成，而网络环境是支持数据库系统运行的外部条件，不属于其核心组成部分。
   • 答案：D. 网络环境

2. 下列关于数据模型的说法，错误的是

   • A 正确：关系模型使用二维表，表中的一行称为元组。
   • B 错误：网状模型虽然用图结构表示实体及联系，但其中的基本联系是一对多（通过“系”实现），不能直接支持多对多关系，通常需要借助中间记录来间接表示。
   • C 正确：数据模型的三个组成要素是数据结构、数据操作和数据完整性约束。
   • D 正确：物理模型从计算机系统的角度描述数据的存储方式，用于DBMS的实现。
   • 答案：B

3. 下列关于数据库三级模式的说法，正确的是

   • A 错误：一个数据库只有一个概念模式（模式）。
   • B 错误：内模式描述数据的物理存储，用户使用的局部数据视图是外模式。
   • C 错误：外模式是用户视图，全局数据描述是模式。
   • D 正确：模式处于中间层，连接外模式（用户级）和内模式（物理级）。
   • 答案：D

二、关系模型

2.1∪并运算

2.2 - 差运算

2.3 ∩交运算

2.4 三张表：选课表，学生表，课程表

2.4.1选择运算

2.4.2投影运算

2.4.3投影运算

2.4.4外连接

2.4.5除运算

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第三章

3.1SQL的特点

SQL 是一种非过程化、面向集合的数据库语言，具备一体化、简洁、灵活、可移植的特点。

3.2 基本表和视图

基本表是数据库中真正存储数据的物理表，是关系模式的具体实现；
视图是从一个或多个基本表导出的虚拟表，只存储查询定义，不存储实际数据。视图可以简化用户操作、提高数据安全性，但对视图的更新操作通常受到限制。

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3.3 数据库对象命名机制的层次结构

数据库对象命名采用目录‑模式‑对象三级层次结构，一个目录（数据库）可以包含多个模式，一个模式又可以包含多张表，视图，索引。

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3.4 完整性约束

列级约束：只针对某一列的规则（比如学号不能为空）。
表级约束：设计多个列的规则（比如：联合主键，外键），写在所有列定义完之后。

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3.5 数据字典

本质：数据字典是“关于数据的数据”（元数据），可以看作是数据库的“说明书”或“蓝图”。

核心内容：它系统地记录了数据库中的所有对象及其属性，主要包括：

• 表结构：表名、列名、数据类型、长度、是否允许为空等。
• 约束信息：主键、外键、唯一性约束、检查约束等。
• 索引信息：索引名称、类型、关联的列等。
• 视图信息：视图名称、定义它的查询语句等。
• 权限信息：用户、角色及其对数据库对象的访问权限。

两种主要形式：

1. 系统数据字典：由数据库管理系统（DBMS）自动创建和维护，是数据库系统运行的基础。用户可以通过查询特定的系统视图（如 INFORMATION_SCHEMA 或数据字典视图）来获取这些元数据。
2. 用户定义数据字典：在数据库设计阶段，由开发人员或数据管理员人工编写的文档（如 Word、Excel 或专门的建模工具生成）。它更侧重于描述数据的业务含义、来源、处理规则等，用于团队沟通和项目文档。

主要作用：

• 指导设计与开发：为数据库设计、应用程序开发和数据集成提供准确的依据。
• 促进团队协作：统一的文档有助于不同角色（如 DBA、开发、测试、业务）对数据有一致的理解。
• 辅助系统维护：在数据库升级、迁移或故障排查时，数据字典是重要的参考资料。
• 保证数据一致性：明确定义约束和规则，从源头减少数据错误。
• 可自动生成代码：许多开发工具可以根据数据字典自动生成建表 SQL、实体类代码或接口文档。

一句话总结：数据字典定义了系统“数据长什么样”（结构、规则、关系），而不是“数据是什么”（具体的记录值）。