数据和信息

信息

信息是客观存在的，是关于现实世界事物的存在方式或运动状态

数据

数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式

数据和信息的联系

• 数据是信息的符号表示或载体
• 信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释

数据库

定义

数据库是长期存储在计算机内、有组织的，可共享的数据集合

特征

• 数据按一定的数据模型组织、描述和存储
• 可为各个用户共享
• 冗余度较小
• 数据独立性较高
• 易扩展

数据库管理系统

定义

用户与操作系统之间的一层数据管理软件，科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据

主要功能

• 数据定义
• 数据操纵
• 数据地运行管理
• 数据库地建立和维护功能

数据库系统

定义

计算机系统中引入数据库后地系统构成

构成

• 数据库
• 数据库管理系统
• 应用系统（及开发工具）
• 相关人员（数据库管理员、应用系统开发人员、用户）

数据库系统的体系结构（三层模式和两级映像）

模式

在用户（或应用程序）到数据库之间，DB 的数据结构有 3 个层次：外部模型，逻辑模型和内部模型

这三个层次要用 DB 的数据定义语言（DDL）定义，定义以后的内容，称为模式

逻辑模式

• 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
• 是综合了所有用户的需求的公共数据视图
• 一个数据库只有一个逻辑模式

地位

• 是数据库系统模式结构的中间层
• 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
• 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关

定义的内容

• 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）
• 数据之间的联系
• 数据有关的安全性、完整性要求

外模式（子模式 / 用户模式）

定义

• 数据库用户（包括用户程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
• 数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示

地位

• 介于模式与应用之间
• 逻辑模式与外模式的关系：一对多
• 外模式通常是逻辑模式的子集

外模式与应用的关系

一对多

用途

• 保证数据库安全性的一个有力措施，每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
• 保证数据独立性的一个有力措施

内模式（存储模式）

定义

数据物理结构和存储方式的描述
数据在数据库内部的表示方式

• 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按 hash 方法存储
• 索引的组织方式
• 数据是否压缩存储
• 数据是否加密
• 数据存储记录结构的规定

映像

外模式 / 逻辑模式映像

• 定义外模式与逻辑模式之间的对应关系
• 每一个外模式都对应一个外模式 / 模式映像
• 映像定义通常包含在各自外模式的描述中

逻辑模式 / 内模式映像

• 逻辑模式 / 内模式映像定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
• 数据库中 模式 / 内模式映像是唯一的
• 该映像定义通常包含在逻辑模式描述中

数据独立性

应用程序与数据之间相互独立

逻辑独立性

• 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。
• 数据的逻辑结构改变了，应用程序也可以不变。
• 外模式 / 模式映像保证了数据的逻辑独立性。

物理独立性

• 用户的用户程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变
• 模式 / 内模式映像的用途是保证数据的物理独立性

数据模型

• 数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。
• 数据模型就是现实世界的模拟

三方面要求

1. 能比较真实地模拟现实世界
2. 容易为人理解
3. 便于在计算机上实现

三要素

1. 数据结构 —— 用于描述静态特性
2. 数据操作 —— 用于描述动态特性
3. 数据的约束条件 —— 是一组完整性规则的集合

分类

1. 关系模型
   1. 数据结构 —— 表
2. 半结构化的数据模型
   1. 网状模型
   2. 层次模型
   3. XML
      • 可扩展标记语言，常用于传输和存储数据
      • 是一种数据表示格式，可以描述非常复杂的数据结构
      • 纯文本，默认使用 UTF-8 编码
      • 可嵌套，适合表示结构化数据
      • 常用于网络传输
   4. JSON
      • 功能全面，标签繁琐，格式复杂
      • 在 Web 上 JSON 逐渐取代 XML
      • 是 JavaScript Object Notation 的缩写，去除了所有 JavaScript 执行代码，只保留 JavaScript 的对象格式。
      • JSON 只允许 UTF-8 编码，不存在编码问题
      • JSON 只允许双引号作为 key ，特殊字符用 \ 转义，格式简单
      • JSON 可以直接用 JavaScript 直接处理。

说明

• 这些数据模型的根本区别在于数据结构不同

数据库系统阶段的特点

数据的管理者

DBMS

数据面向的对象

现实世界

数据的共享成都

• 共享性高
• 降低数据的冗余度，节省存储空间
• 避免数据间的不一致性
• 使系统易于扩展

数据的独立性

高度的物理独立性和一定的逻辑独立性

数据的结构化

• 整体结构化
• 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释
• 数据可以变长
• 数据的最小存取单位是数据项

数据控制能力

由 DBMS 统一管理和控制