3.1数据库系统概述

    理解和掌握数据库系统的基本概念和数据库系统的体系结构，是数据库技术应用的基础。

3.1.1 数据库系统基本概念

本节主要介绍数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统组成概念。对这些基本概念的理解，有助于对本章内容的学习。

        1.数据

数据（Data）是描述事物特性的物理符号。数据是存储在数据库中的基本对象。数据包括数字、文字、图形、图像、声音和视频等多媒体信息。

        2.数据库

数据库（Database，DB）是长期存储在计算机中的有组织的、可共享的相关数据集合。也就是数据库数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点。

        3.数据库管理系统

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是用于实现对数据管理和数据维护的系统软件。是位于用户与操作系统之间的数据库管理系统软件，是数据库系统的核心。

数据库管理系统（DBMS）的主要功能：

（1）数据定义

对数据库的创建和维护，数据库的备份与恢复功能，数据库的重组功能，数据库的性能监视与调整功能等。

（2）数据操纵

对数据库中对象的查询、插入、删除和更新操作，是通过DBMS提供的数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML）实现的。

（3）数据组织、存储和管理

数据库中的数据包括数据字典、用户数据和存取路径数据等。

（4）数据控制

数据库中的数据是提供给多个用户同时使用的共享数据，因此为了保证数据库中的共享数据的安全性、完整性和并发性，DBMS提供有效的数据控制。数据控制功能，是保证数据能够并发使用并且不会产生相互干扰，而且在发生故障时能够对数据库进行正确的恢复。

（5）数据库的传输

实现DBMS和用户应用程序之间的数据通信，DBMS与其他软件的网络通信功能，不同数据库管理系统间的数据传输以及互访问功能等。

       4.数据库系统的组成

数据库系统（Database System，DBS）是指在计算机系统中引入数据库技术的系统。

（1）应用系统

应用系统是指为满足用户需求而开发的数据库应用软件。如学生成绩管理软件、图书馆管理软件等。               

（2）应用开发工具

应用开发工具是指为开发数据库的应用系统（编写应用程序）而采用的各种开发工具。如JAVA、C++语言等。

（3）人员                                     

人员是指与数据库系统打交道的人，主要包括三类人员：

]用户

  ]应用系统开发人员

]数据库管理员

3.1.2 数据库系统的体系结构

从数据库管理员的角度看，数据库系统的内部体系结构采用三级模式：模式、内模式和外模式，三级模式是对数据库的内部数据逻辑结构和存储结构的描述。为了实现三级模式的转换，数据库管理系统提供了二级映射，称为模式/内模式映射和外模式/模式映射。它们之间的关系如图3-2所示。

1.数据库系统的三级模式结构

]模式。对数据库中全局数据的逻辑结构和特征的描述，称数据模式（简称模式）。

]内模式。对数据库中全局数据的物理结构和存储方式的描述，称内模式。

       ]外模式。对数据库中局部数据的逻辑结构和特征的描述，称为外模式。

2.数据库系统的二级映像

为了能够实现在这三个抽象层次之间的联系和转换，DBMS在这三级模式之间设计了两层映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像，这两层映像保证了数据库中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

（1）外模式/模式映像

一个数据库只有一个模式，一个模式可以对应多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有对应的一个外模式/模式映像，它定义了局部数据逻辑结构与全局数据逻辑结构的对应关系。外模式的描述中通常包含了这些映像的定义。

当模式改变时（增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员只对各个外模式/模式映像作相应的改变，可以使得外模式保持不变。由于应用程序应该是依据外模式编写的，从而应用程序不必修改，这就保证了数据与程序的逻辑独立性。

（2）模式/内模式映像

一个数据库只有一个模式和一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。

当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像做出相应的改变，可以使得模式保持不变，从而应用程序也不必改变。这就保证了数据和程序的物理独立性。