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一、四个基本概念
1. 数据（Data）
– 定义：描述事物的符号记录，与其语义不可分割。
– 种类：数字、文字、图形、图像、声音等。
– 示例：学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）需结合语义解释。
2. 数据库（DB, Database）
– 定义：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据集合。
– 特征：按数据模型组织、冗余度小、独立性高、易扩展。
3. 数据库管理系统（DBMS）
– 定义：位于用户与操作系统之间的数据管理软件。
– 功能：数据定义（DDL）、数据操纵（DML）、完整性控制、并发控制、数据库恢复等。
4. 数据库系统（DBS）
– 定义：引入数据库后的计算机系统，由数据库、DBMS、应用系统、DBA和用户构成。
– 核心：DBMS。
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二、数据管理技术的发展
1. 人工管理阶段（20世纪50年代前）
– 特点：数据不保存、无共享、完全依赖程序、无结构。
– 应用场景：科学计算，数据量小。
2. 文件系统阶段（50年代末-60年代中）
– 特点：数据长期保存，但共享性差、冗余度大、独立性差。
– 问题：数据不一致、查询困难、维护成本高。
3. 数据库系统阶段（60年代后期）
– 特点：数据整体结构化、共享性高、独立性强、由DBMS统一管理。
– 数据模型：网状模型（第一代）、关系模型（第二代，主流）、面向对象模型（第三代）。
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三、数据库系统结构
1. 三级模式结构
– 外模式（子模式）：用户视角的局部数据逻辑结构（如视图）。
– 模式（逻辑模式）：全局数据逻辑结构，描述数据整体框架（如关系表）。
– 内模式（存储模式）：数据的物理存储结构（如索引、存储方式）。
2. 两级映像与数据独立性
– 外模式/模式映像：保证逻辑独立性（修改模式时不影响外模式）。
– 模式/内模式映像：保证物理独立性（修改存储结构时不影响模式）。
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四、数据库管理系统（DBMS）
1. 主要功能
– 数据定义（DDL）、数据操纵（DML）、事务管理、安全性与完整性控制、并发控制、恢复机制。
2. 组成模块
– 查询处理器、存储管理器、事务管理器、缓冲区管理器、数据字典。
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五、数据库管理员（DBA）
– 职责：
1. 数据库设计与维护。
2. 定义完整性约束与安全策略。
3. 监控性能并优化（如重组织、重构造）。
4. 故障恢复与备份。
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六、数据库系统特点
1. 数据共享性高：减少冗余，避免不一致性。
2. 结构化存储：整体数据按模型组织（如关系表）。
3. 独立性：物理独立性（存储变化不影响应用）、逻辑独立性（结构变化不影响应用）。
4. 可控冗余：通过设计降低冗余，提升一致性。
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七、对比：文件系统 vs 数据库系统
| 特性 | 文件系统| 数据库系统|
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| 数据共享 | 共享性差，冗余度大 | 共享性高，冗余度小 |
| 数据独立性 | 依赖程序，独立性差 | 高度独立（两级映像） |
| 数据结构 | 记录内有结构，整体无结构 | 整体结构化（如关系模型） |
| 完整性控制 | 由程序自行控制 | 由DBMS统一管理 |
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八、关键示例
– 数据独立性应用：修改存储结构（如从顺序存储改为B树索引）时，通过模式/内模式映像调整，应用程序无需改动。
– 三级模式实例：
– 模式：学生表（学号，姓名，系别）。
– 外模式：教务处视图（学号，姓名）、财务处视图（学号，奖学金）。
– 内模式：数据按学号聚簇存储，使用B+树索引。
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