一、基礎概念

數(shù)據（Data）是描述事物的符號記錄，是指利用物理符號記錄下來的、可以鑒別的信息。

1、數(shù)據庫（Database，DB）是指長期儲存在計算機中的有組織的、可共享的數(shù)據集合。數(shù)據要按照一定的數(shù)據模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據獨立性，系統(tǒng)易于擴展，并可以被多個用戶分享。

數(shù)據的三個基本特點：

• 永久存儲
• 有組織
• 可共享

2、數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DBMS）是專門用于建立和管理數(shù)據庫的一套軟件，介于應用程序和操作系統(tǒng)之間。 它實現(xiàn)數(shù)據庫系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據庫系統(tǒng)的核心。

• 數(shù)據定義功能
• 數(shù)據操作功能
• 數(shù)據庫的運行管理功能
• 數(shù)據庫的建立和維護功能
• 數(shù)據組織、存儲和管理功能
• 數(shù)據的安全保證
• 數(shù)據的備份功能

3、數(shù)據庫系統(tǒng)的構成有：

• 用戶（終端用戶）
• 程序（API）
• 應用程序：指以數(shù)據庫為基礎的應用程序
• 數(shù)據庫管理系統(tǒng)
• 數(shù)據庫管理員（DBA）：負責數(shù)據庫的規(guī)劃、設計、協(xié)調、維護和管理等工作
• 數(shù)據庫

4、數(shù)據庫系統(tǒng)的架構：

• 單機架構
• 大型 主機/終端 架構
• 主從式架構 c/s ：客戶/服務器結構（Client/Server，C/S）中， “客戶端”、“前臺”或“表示層”主要完成與數(shù)據庫使用者的交互任務； “服務器”、“后臺”或“數(shù)據層”主要負責數(shù)據管理。
• 分布式架構

5、數(shù)據庫系統(tǒng)的結構

• 模式：也稱為概念模式或邏輯模式，是數(shù)據在邏輯上的視圖，即概念視圖
• 外模式：也稱為子模式或用戶模式 數(shù)據視圖，即用戶視圖
• 內模式：也稱為存儲模式，是內部視圖或存儲視圖

外模式/模式映像 保證了數(shù)據與程序的邏輯獨立性

內模式/模式映像 保證了數(shù)據與程序的物理獨立性

6、模型

​模型（Model）是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象表達。

​數(shù)據模型是對現(xiàn)實世界數(shù)據特征的抽象，描述的是數(shù)據的共性內容。

二、數(shù)據庫管理技術的發(fā)展

• 萌芽階段-----文件系統(tǒng) 使用磁盤文件來存儲數(shù)據
• 初級階段-----第一代數(shù)據庫 出現(xiàn)了網狀模型、層次模型的數(shù)據庫
• 中級階段-----第二代數(shù)據庫 關系型數(shù)據庫和結構化查詢語言
• 高級階段------新一代數(shù)據庫 “關系-對象”型數(shù)據庫

1、文件系統(tǒng)管理的缺點

• 編寫應用程序不方便
• 數(shù)據冗余不可避免
• 應用程序依賴性
• 不支持對文件的并發(fā)訪問
• 數(shù)據間聯(lián)系弱
• 難以按用戶視圖表示數(shù)據
• 無安全控制功能

2、數(shù)據庫管理系統(tǒng)的優(yōu)點

• 相互關聯(lián)的數(shù)據的集合
• 較少的數(shù)據冗余
• 程序與數(shù)據相互獨立
• 保證數(shù)據的安全、可靠
• 最大限度地保證數(shù)據的正確性
• 數(shù)據可以并發(fā)使用并能同時保證一致性

三、關系型數(shù)據庫（RDBMS）概念

​關系數(shù)據庫（Relation Database）是所有關系的集合，構成一個關系數(shù)據庫。 以關系模型作為數(shù)據的邏輯模型，并采用關系作為數(shù)據組織方式的一類數(shù)據庫，其數(shù)據庫操作建立在關系代數(shù)的基礎上。

• 表（Table）是一個二維的數(shù)據結構，由表名、列、若干行數(shù)據組成。
• 關系 ：關系就是二維表。并滿足如下性質： 表中的行、列次序并不重要
• 行row：表中的每一行，又稱為一條記錄Record或元組Tuple。表中的數(shù)據按行存儲。
• 列column：表中的每一列，稱為屬性Attribute，字段Field
• 分量（Component） ：元組（行）中的一個屬性值，稱為分量。
• 鍵（Key）：屬性（或屬性組）的值都能用來唯一標識該關系的元組，則稱這些屬性（或屬性組）為該關系的鍵。
• 主鍵（Primary key）：用于惟一確定一個記錄的字段
• 外鍵（Foreign Key） 某個屬性（或屬性組）不是這個關系的主碼或候選碼，而是另一個關系的主鍵。
• 參照關系（Referencing Relation）和被參照關系（Referenced Relation）：參照關系也稱為從關系，被參照關系也稱為主關系，它們是指以外鍵相關聯(lián)的兩個關系。
• 域domain：屬性的取值范圍，如，性別只能是‘男'和‘女'兩個值。
• 數(shù)據類型（Data Type） 每個列都有相應的數(shù)據類型，它用于限制（或容許）該列中存儲的數(shù)據。

1、事務transaction

多個操作被當作一個整體對待

事務遵循ACID特性：

• A原子性：不可分割性，所有的動作要全做，要不都不做
• C一致性：保持數(shù)據一致性
• I隔離性：事務沒有完成無法看大最終數(shù)據
• dirty data 臟數(shù)據：事務沒做完的數(shù)據
• D持久性：持久影響，永久性

2、E-R模型（實體-聯(lián)系）

​實體Entity：客觀存在并可以相互區(qū)分的客觀事物或抽象事件稱為實體。在E-R圖中用矩形框表示實體，把實體名寫在框內。

​屬性：實體所具有的特征或性質

​聯(lián)系：聯(lián)系是數(shù)據之間的關聯(lián)集合，是客觀存在的應用語義鏈。聯(lián)系有實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系用菱形框表示。

聯(lián)系的類型：

• 一對一聯(lián)系(1:1)
• 一對多聯(lián)系(1:n)
• 多對多聯(lián)系(m:n)

3、關系型數(shù)據庫的歷史

• 1970年 IBM的E.F.Codd提出了關系模型，奠定了關系數(shù)據庫的理論基礎
• 20世紀70年代末關系方法理論研究和軟件系統(tǒng)的研制取得了重大突破
• 1981年 出現(xiàn)了比較成熟的關系數(shù)據庫管理技術，證實了關系數(shù)據庫的優(yōu)點：高級的非過程語言接口、較好的數(shù)據獨立性。
• 20世紀80年代后 網狀模型和層次模型與底層實現(xiàn)的結合緊密，關系模型具有堅實理論基礎，成為主流數(shù)據模型。

4、關系數(shù)據模型的組成要素

數(shù)據模型的要素包括：

• 關系數(shù)據結構
• 關系操作集合
• 關系完整性約束

5、數(shù)據三要素

• 數(shù)據結構：包括兩類，一類是與數(shù)據類型、內容、性質有關的對象，比如關系模型中的域、屬性和關系等；另一類是與數(shù)據之間聯(lián)系有關的對象，它從數(shù)據組織層表達數(shù)據記錄與字段的結構。
• 數(shù)據的操作：

數(shù)據提取，在數(shù)據集合中提取感興趣的內容。
數(shù)據更新：變更數(shù)據庫中的數(shù)據。

• 數(shù)據的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合

實體（行）完整性 Entity integrity
域（列）完整性 Domain Integrity
參考完整性 Referential Integrity

6、約束constraint

• 主鍵約束：一個或多個字段的組合，填入的數(shù)據必須能在本表中唯一標識本行；必須提供數(shù)據，即NOT NULL，一個表只能有一個。
• 惟一鍵約束：一個或多個字段的組合，填入的數(shù)據必須能在本表中唯一標識本行；允許為NULL，一個表可以存在多個。
• 外鍵約束：一個表中的某字段可填入的數(shù)據取決于另一個表的主鍵或唯一鍵已有的數(shù)據。
• 檢查約束：字段值在一定范圍內。

7、索引

​將表中的一個或多個字段中的數(shù)據復制一份另存，并且此些需要按特定次序排序存儲。

8、關系運算

• 選擇：挑選出符合條件的行
• 投影：挑選出需要的字段
• 連接：表間字段的關聯(lián)

9、數(shù)據模型

• 數(shù)據抽象：

物理層：數(shù)據存儲格式，即RDBMS在磁盤上如何組織文件
邏輯層：DBA角度，描述存儲什么數(shù)據，以及數(shù)據間存在什么樣的關系
視圖層：用戶角度，描述DB中的部分數(shù)據

• 關系模型的分類：

基于對象的關系模型
半結構化的關系模型

四、RDBMS設計范式

​設計關系數(shù)據庫時，遵從不同的規(guī)范要求，設計出合理的關系型數(shù)據庫，這些不同的規(guī)范要求被稱為不同的范式，各種范式呈遞次規(guī)范，越高的范式數(shù)據庫冗余越小。

​目前關系數(shù)據庫有六種范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴德斯科范式（BCNF）、第四范式(4NF）和第五范式（5NF，又稱完美范式）。

​滿足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基礎上進一步滿足更多規(guī)范要求的稱為第二范式（2NF），其余范式以次類推。

​一般說來，數(shù)據庫只需滿足第三范式(3NF）即可。

• 1NF：無重復的列，每一列都是不可分割的基本數(shù)據項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。除去同類型的字段，就是無重復的列。

說明：第一范式（1NF）是對關系模式的基本要求，不滿足第一范式（1NF）的數(shù)據庫就不是關系數(shù)據庫

• 2NF：屬性完全依賴于主鍵，第二范式必須先滿足第一范式，要求表中的每個行必須可以被唯一地區(qū)分。通常為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標識PK，非PK的字段需要與整個PK有直接相關性。
• 3NF：屬性不依賴于其它非主屬性，滿足第三范式必須先滿足第二范式。第三范式要求一個數(shù)據庫表中不包含已在其它表中已包含的非主關鍵字信息，非PK的字段間不能有從屬關系。

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