数据库系统的结构抽象与演变

数据库的标准结构

DBMS管理数据的三个层次

1.External Level = User Level
某一用户能够看到与处理的数据，全局数据中的某一部分
2.Conceptual Level = Logic Level
从全局角度理解/管理的数据，含相应的关联约束
3.Internal Level = Physical Level
存储在介质上的数据，含存储路径、存储方式、索引方式等

数据与数据的结构--模式

模式（Schema）
对数据库中数据所进行的一种结构性的描述
所观察到数据的结构信息
视图（View）/数据（Data）
某一种表现形式下表现出来的数据库中的数据

三级模式两层映像

三级模式（三级视图）

External Schema ---- (External)View
某一用户能够看到与处理的结构描述
(Conceptual)Schema ---- Conceptual View
从全局角度理解/管理的数据结构描述，含相应的关联约束体现在数据之间的内在本质联系
Internal Schema ---- Internal View
存储在介质上的数据的结构描述，含存储路径、存储方式、索引方式等
模式默认指概念模式，视图默认指外部视图

两层映像

E-C Mapping：External Schema-Conceptual Schema Mapping
将外部模式映射为概念模式，从而支持实现数据概念视图向外部视图的转换
便于用户观察和使用
C-I Mapping：Conceptual Schema-Internal Schema Mapping
将概念模式映射为内模式，从而实现数据概念视图向内部视图的转换
便于计算机进行存储和处理

两个独立性

逻辑数据独立性
当概念模式改变时，可以不改变外部模式（只需改变E-C Mapping），从而无需改变应用程序
物理数据独立性
当内部模式改变时，可以不改变概念模式（只需改变C-I Mapping），从而无需改变外部模式

数据模型

数据模型、数据模式、数据的区别

什么是数据模型
1.规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束
2.数据模型是对模式本身结构的抽象，模式是对数据本身结构形式的抽象
比如：
关系模型：所用模式都可以为抽象表（Table）的形式[数据结构]，而每一个具体的模式都是拥有不同列名的具体的表。对这种表形式的数据有哪些操作和约束。
（个人理解：关系模型规定了数据的表现结构和所有可能的操作，如并、交等等，还有模型上数据的约束，而关系模型的模式则是关系模型的具体表现，但又不是完整的数据，它只规定了数据有哪些属性）
数据模型是对数据模式的抽象，数据模式是对数据的抽象，所以说数据模型是数据的结构的结构。

三大经典数据模型

关系模型：表的形式组织数据
层次模型：树的形式组织数据
网状模型：图的形式组织数据

数据库系统的演变与发展

简要发展史：四个阶段

第一阶段：数据库系统技术探索阶段（59-65/67）
1.研制成功格式文件系统
2.正式提出“Data Base“并开始进行研究
第二阶段：数据库技术确立阶段（65/68-75）
1.三大数据库：层次、网状及关系数据库相机提出并进行了深入研究
2.商用数据库出现并应用，但多为网状及层次型系统
3.数据库研究形成理论基础：关系数据库理论
第三阶段：数据库技术成熟阶段（76-80s前期）
1.提出了标准化数据库系统结构模型
2.关系DB系统迅速发展：如SQL，QBL，System R，ingres等
3.关系理论日臻完善，包括规范化理论，关系语言，RDB的设计与实现，新型关系模型等
4.数据库应用已十分普及，渗透到社会各个方面，出现众多DB的技术分支，DB走向全面成熟，人称70年代为“数据库的年代”
第四阶段：数据库技术深化发展阶段（85年以来）
1.数据库方法逐步理论化、数据库设计理论不断完善
2.新型数据模型、专用数据模型，专用型、新型数据库系统，不断涌现
3.数据库技术+其他计算机技术结合==面向各行各业的专用数据库。

几个重大发展

由文件系统到数据库

操作系统管理数据的方法是文件系统：
文件系统的优点：用户（程序）不必考虑文件存储的物理细节，解脱了对物理设备存取的复杂性处理的负担。
文件系统的不足：数据与程序紧密结合，数据的组织及语义紧密依赖于处理该文件的应用程序，数据结构发生改变则必须修改应用程序，文件之间无联系，文件的记录之间无联系，共享性差，冗余度搞，不一致性高。
重要发展：由文件系统到数据库
数据库系统：
1.由DBMS统一存取、维护数据组织形式及语义，可较强地独立于应用程序（数据的物理独立性和逻辑独立性）
2.把数据及数据结构的定义和描述从应用程序中分离出去，交给DBMS，使得多个应用程序课共享数据及数据结构的操作，数据存取可以记录为单位，也可以以数据项和记录集合为单位
3.统一的数据控制功能，数据共享程度高：系统可自动检查安全性、完整性和并发正确性
4.整体数据结构化，文件（Table）之间、记录之间相互有关联，数据的冗余度小，容易扩充
5.独立于应用程序的高效率查询/统计操作。

由层次模型数据库、网状模型数据库到关系模型数据库

层次模型数据库与网状模型数据库
1.数据之间的关联关系由复杂的指针系统来维系，结构描述复杂
2.数据检索操作依赖于由指针系统指示的路径
3.逐一记录的操作，不能有效支持集合的操作
关系数据库
数据之间的关联关系由Table中属性的值来表征，结构描述简单：Table/relation
数据检索操作不依赖于路径信息或者过程信息，支持非过程化的数据操作
有效支持记录集合的操作
较为完善的理论基础

由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库

关系数据库
1.按行按列形式组织数据：关系的第1范式
2.数据项的不可再分特性
3.关系运算：关系代数、元组演算、域演算--》标准SQL
4.关系数据库设计理论
对象-关系数据库
1.可有效支持不满足关系第1范式的数据项
2.以对象来封装需分解的数据项
3.行对象与列对象：聚集对象与结构对象
面向对象数据库
1.面向对象技术（O-O）与几何/聚集操作（SQL）技术的结合
2.支持复杂的数据类型，数据封装与抽象数据结构
3.支持面向对象的一些特性：类、继承、封装、多态。。。

巴特西

MOOC 数据库系统笔记（二）：数据库系统的基本结构及其演变发展