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2014計(jì)算機(jī)等級(jí)考試四級(jí)數(shù)據(jù)庫工程師第一章知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
1.1引 論
1、數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，是信息系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ);
2、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科劃分為四個(gè)專業(yè)方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS);計(jì)算機(jī)工程(CE);軟件工程(SE);信息技術(shù)(IT)。
1.1 基本概念
1.1.1 信息與數(shù)據(jù)
1、信息、物質(zhì)、能量是組成客觀世界并促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的三大基本要素;
2、信息(Information)--是客觀世界事物的存在方式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映，是對(duì)事物之間相互聯(lián)系、相互作用的描述。信息具有可感知、可存儲(chǔ)、可加工、可傳遞和可再生的自然屬性。
3、數(shù)據(jù)(Data)--是描述現(xiàn)實(shí)世界事物的符號(hào)記錄，是用物理符號(hào)記錄下來的可以識(shí)別的信息。不同的物理符號(hào)體現(xiàn)出數(shù)據(jù)的不同表現(xiàn)形式。
4、信息與數(shù)據(jù)間存在固有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示，或稱為載體。信息則是數(shù)據(jù)的語義解釋，是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，信息以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來，并為人們理解和接受。
5、數(shù)據(jù)處理(Data Processing)--是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、收集、組織、存儲(chǔ)，進(jìn)而從已數(shù)據(jù)出發(fā)，抽取或推導(dǎo)出新的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表示了新的信息。
6、數(shù)據(jù)管理(Data Management)--是指對(duì)數(shù)據(jù)的分類、收集、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)。
7、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理的區(qū)別在于，數(shù)據(jù)處理除了具有數(shù)據(jù)管理功能外，還可通過數(shù)據(jù)管理得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步深加工，從中獲取新的數(shù)據(jù)和信息。
1.1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
1、數(shù)據(jù)庫(DB，DataBase)--是長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的、大量的、共享的數(shù)據(jù)集合;
2、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS，Database Management System)--是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，位于用戶與操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。
3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS，DataBase System)--是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成，DBS一般分成三個(gè)層次：(1)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái);(2)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件;(3)用戶;在不引起混淆和歧義的情況下，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。
4、(狹義的)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)-是由數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成的軟件系統(tǒng)，主要為用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢、插入、修改、刪除、更新等數(shù)據(jù)管理功能。
5、(狹義的)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)(DBAS，DataBase Application System)-是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序組成的軟件系統(tǒng)，它面向具體應(yīng)用領(lǐng)域，提供了更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能。
6、數(shù)據(jù)庫技術(shù)-是研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、設(shè)計(jì)、管理和使用的一門計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科。
7、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其它計(jì)算機(jī)科學(xué)有密切關(guān)系：
(1)數(shù)據(jù)庫技術(shù)以文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展而來，DBMS需要操作系統(tǒng)的支持，數(shù)據(jù)庫以文件形式存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)上的;
(2)數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系很密切，數(shù)據(jù)庫技術(shù)不僅用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表、樹、圖等知識(shí)，各種數(shù)據(jù)模型本身就屬于復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);
(3)主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)是關(guān)系數(shù)據(jù)模型，而該模型是在離散數(shù)學(xué)集合論中“關(guān)系”這一基本概念上發(fā)展起來的;
(4)當(dāng)用戶訪問數(shù)據(jù)庫，DBMS對(duì)用戶提交的查詢操作類似于，計(jì)算機(jī)編譯系統(tǒng)對(duì)程序的編譯過程;
(5)開發(fā)一些大型的DBS或DBMS的過程，要遵循軟件工程的開發(fā)模式。
1.2數(shù)據(jù)模型
1.2.1 數(shù)據(jù)模型概念
1、數(shù)據(jù)模型(Data Model)--是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的形式框架，是用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，包括描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)聯(lián)系、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)語義以及數(shù)據(jù)一致性的概念工具;
2、數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足：(1)能夠比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界;(2)容易為人們所理解;(3)便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
1、數(shù)據(jù)模型的組成：
(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征，從語法角度表述了客觀世界中數(shù)據(jù)對(duì)象本身的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是刻畫一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來區(qū)分、命名各種數(shù)模，如層次、網(wǎng)狀、關(guān)系數(shù)模。
(2)數(shù)據(jù)操作：用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，是一組對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)對(duì)象允許執(zhí)行的操作和操作規(guī)則組成的集合。數(shù)據(jù)操作可以是檢索、插入等，數(shù)模必須定義這些操作的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則以及實(shí)現(xiàn)操作的數(shù)據(jù)庫語言。
(3)數(shù)據(jù)完整性約束：是一組完整性規(guī)則的集合，它定義了數(shù)模必須遵守的語義約束，也規(guī)定了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)內(nèi)部及數(shù)據(jù)之間聯(lián)系所必須滿足的語義約束。它限定了數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以便維護(hù)數(shù)據(jù)的正確性、有效性。
1.2.2 數(shù)據(jù)模型分類
1、用數(shù)據(jù)模型這一概念來描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和語義，通過現(xiàn)實(shí)世界-信息世界-機(jī)器世界的抽象轉(zhuǎn)換過程構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)模型所定義的規(guī)范去管理和使用數(shù)據(jù)。
2、建模過程：(1)將現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)對(duì)象抽象為信息世界中的某一信息結(jié)構(gòu);(2)再將信息結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界中某一具體DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。
3、數(shù)據(jù)模型分類：
(1)概念數(shù)據(jù)模型(概念模型)：按用戶的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，強(qiáng)調(diào)其語義表達(dá)功能，易于用戶理解，是用戶與設(shè)計(jì)人員交流的語言，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。最常用的是實(shí)體-聯(lián)系模型。
(2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型(表示型/實(shí)現(xiàn)型)：是機(jī)器世界中與具體DBMS相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，包括關(guān)系模型、網(wǎng)狀模型和層次模型
(3)物理數(shù)據(jù)模型：屬底層數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)方式。
1.3數(shù)據(jù)視圖與模式結(jié)構(gòu)
1.3.1 數(shù)據(jù)視圖與數(shù)據(jù)抽象
1、數(shù)據(jù)視圖：指從某個(gè)角度看到的客觀世界數(shù)據(jù)對(duì)象的特征，是對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象某一方面特征的描述。
2、數(shù)據(jù)抽象：是一種數(shù)據(jù)描述和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則，是指專注于數(shù)據(jù)對(duì)象的某方面特征，而忽略其他特征。
3、集和值：集是指對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明，值是集的一個(gè)具體賦值;
4、數(shù)據(jù)模式：對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)某方面結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅涉及集的描述，不涉及具體的值。
1.3.2 三級(jí)模式結(jié)構(gòu)
1、數(shù)據(jù)庫三級(jí)模式結(jié)構(gòu)-外部級(jí)、概念級(jí)和內(nèi)部級(jí)，分別定義了外模式、模式和內(nèi)模式，用于從不同角度描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。
2、模式：
(1)也稱邏輯模式、概念模式;
(2)對(duì)數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖;
(3)模式不僅定義了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還定義了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、與數(shù)據(jù)的關(guān)的安全性和完整性要求;
(4)一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式，建立在某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上。
3、外模式：
(1)也稱子模式、用戶模式、用戶視圖;
(2)是對(duì)數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。
(3)一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式，每個(gè)外模式描述了某個(gè)特定用戶所使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。
(4)外模式還是保證數(shù)據(jù)安全的有力措施，每個(gè)用戶只能看見和訪問所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)對(duì)他是不可見的。
4、內(nèi)模式：
(1)也稱物理模式、存儲(chǔ)模式;
(2)是對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，代表了數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式和物理組織結(jié)構(gòu);
1.3.3 二級(jí)映象與數(shù)據(jù)獨(dú)立性
1、外模式/模式映象：
(1)定義了數(shù)據(jù)庫中不同用戶的外模式與數(shù)據(jù)庫邏輯模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;
(2)可有多個(gè)外模式/模式映象，對(duì)于每個(gè)外模式，需要一個(gè)外模式/模式映象來定義該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;
(3)當(dāng)模式發(fā)生變化時(shí)，只需調(diào)整外模式/模式間的映象關(guān)系，而外模式無需修改，保證了數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的邏輯獨(dú)立性，稱為數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。
2、模式/內(nèi)模式映象：
(1)定義了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)，與這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的物理存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
(2)模式/內(nèi)模式映象是唯一的;
當(dāng)內(nèi)模式發(fā)生變化時(shí)，只需調(diào)整模式/內(nèi)模式映象關(guān)系，而模式無需修改，保證了數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間的物理獨(dú)立性，稱為數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。
1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成構(gòu)件、各構(gòu)件的功能及各構(gòu)件間的協(xié)同工作方式;
2、分類：
(1)集中式：全部數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理功能均集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);包括單用戶和主從式兩種，單用戶DBS是指系統(tǒng)由一個(gè)用戶獨(dú)占，不同機(jī)器間不能共享數(shù)據(jù);主從式DBS是指一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)分時(shí)多用戶的DBS;
(2)分布式：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個(gè)整體，但在物理上卻可以分布在網(wǎng)絡(luò)中不同數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)上;
(3)客戶/服務(wù)器：將DBMS和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用分開，網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)專門執(zhí)行DBMS功能，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理服務(wù)，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;其他節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，支持用戶的應(yīng)用，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)表示服務(wù)，稱為客戶端;
(4)并行式：硬件平臺(tái)是并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使用多個(gè)CPU和多個(gè)磁盤進(jìn)行并行數(shù)據(jù)處理和磁盤訪問操作，以提高執(zhí)行速度;
(5)WEB式： 由通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來的客戶端、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。
1.5數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
1.5.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能
(1)數(shù)據(jù)定義功能：DBMS提供了數(shù)據(jù)定義語言(DDL)，用戶利用DDL定義數(shù)據(jù)庫對(duì)象的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)特征。
(2)數(shù)據(jù)操縱功能：DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)，用戶利用DML對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、插入、刪除或更新;
(3)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理和控制功能
(4)數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能
1.5.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的全局結(jié)構(gòu)
1、DBS可分為用戶、人機(jī)交互界面、DBMS和磁盤四個(gè)層次;
2、用戶可分為四類：數(shù)據(jù)庫管理員DBA;專業(yè)用戶;應(yīng)用程序員;終端用戶;
3、DBMS可分為兩部份：
(1)查詢處理器：面向用戶查詢請(qǐng)求;包括以下幾個(gè)功能模塊：DML編譯器、嵌入式DML的預(yù)編譯器、DDL編譯器、查詢執(zhí)行引擎;
(2)存儲(chǔ)管理器：面向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)訪問，包括以下幾個(gè)功能模塊：權(quán)限和完整性管理器、事務(wù)管理器、文件管理器、緩沖區(qū)管理器;
4、磁盤存儲(chǔ)的類型：
(1)以數(shù)據(jù)庫文件方式存儲(chǔ)的應(yīng)用數(shù)據(jù);
(2)數(shù)據(jù)字典;
(3)為提高查詢速度而設(shè)置的數(shù)據(jù)庫引擎;
(4)DMS運(yùn)行時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù);
(5)日志信息。
1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用
1、第一代DBS：60年代末70年代初，層次型和網(wǎng)狀型DBS;
2、第二代DBS：70年代后期，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);
新型DBS：80年代，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);90年代，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
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