数据库系统概论（一）详细介绍数据库与基本概念

前言

• 在当今信息爆炸的时代，数据如同空气和水一样，无处不在且至关重要。
• 从个人的社交媒体信息到企业的财务数据，从科研机构的实验数据到政府的公共服务信息，数据的存储、管理和使用成为了一个关键问题。
• 而数据库系统，正是解决这一问题的核心工具。

一、什么数据库

1.数据库的基本概念

• 数据库是长期存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合。
• 简单来说，我们可以把数据库比作数据的超级图书馆，可以帮我们快速存、取、管理海量信息

其中

• 书籍 = 数据记录
• 分类索引 = 数据模型
• 图书管理员 = 数据库管理系统（DBMS）
• 借书规则 = 数据操作语言（SQL）

2.数据库的特点

数据库之所以能够高效地管理和存储数据，是因为它具有以下特点：

1. 持久性：数据永久存储在磁盘而非内存。这意味着即使计算机关闭或出现故障，数据也不会丢失，只要磁盘没有损坏，数据就可以被恢复。
2. 结构化：数据按特定格式组织，通常是二维表的形式。这种结构化的设计使得数据的存储和检索更加高效，同时也便于数据的分析和处理。
3. 共享性：多用户可同时访问数据库中的数据。这使得数据库成为了一个理想的协作平台，多个用户可以在不同的时间和地点访问和操作相同的数据。
4. 冗余控制：数据库通过各种机制避免数据的重复存储。这不仅可以节省存储空间，还可以减少数据不一致的风险。
5. 高安全性：通过权限管理、加密等技术手段保护数据的安全。数据库系统可以限制用户对数据的访问权限，确保只有授权用户才能查看或修改数据，从而保护数据的保密性和完整性。

二、数据库的基本概念

在深入了解数据库之前，我们需要了解一些基本的概念，这些概念是理解和使用数据库的基础。

1. 数据

• 数据是描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本内容。它可以是文字、数字、图像、音频或视频等。例如，一个学生的姓名、年龄、成绩都是数据。数据本身没有意义，只有通过组织和解释，才能成为有用的信息。
  

2. 数据库

• 数据库是存储数据的容器，它以有组织的方式保存数据，使得数据可以被高效地存储、检索和管理。
• 数据库可以分为多种类型，如关系数据库、非关系数据库（NoSQL）等。关系数据库是最常见的一种，它将数据存储在表格中，每个表格由行（记录）和列（字段）组成。
  

3.数据库管理系统

数据库管理系统（DBMS）是管理和维护数据库的软件工具。它为用户和应用程序提供了与数据库交互的接口，主要功能包括：

• 数据定义：创建、修改和删除数据库的结构（如表、字段等）。
• 数据操纵：插入、查询、更新和删除数据。
• 数据控制：管理用户权限，确保数据的安全性和完整性。
• 数据存储与管理：负责数据的物理存储和备份。

常见的DBMS有MySQL、Oracle、SQL Server等。

4.数据库系统

• 数据库系统是一个完整的系统，包括数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用程序、数据库管理员（DBA）以及用户。
• 它是一个综合的解决方案，用于存储、管理和使用数据。

例如，一个电商网站的数据库系统包括用户信息数据库、商品数据库、订单数据库等，通过DBMS进行管理和维护，同时支持前端应用程序的运行。

三、数据管理技术的产生和发展

数据管理技术的发展历程反映了人类对数据存储和管理需求的不断演进。从早期的简单记录到现代复杂的数据库系统，数据管理技术经历了多个重要阶段：

• 1.人工管理阶段
  在计算机技术尚未普及之前，数据主要通过人工方式进行管理。数据通常存储在纸质文件、卡片或其他物理介质上，需要人工进行分类、存储和检索。这种方式效率低下，容易出错，且难以实现数据的快速共享和更新。例如，图书馆的卡片目录系统就是人工管理的一个典型例子，读者需要通过人工查找卡片来获取书籍信息。

• 2.文件系统阶段
  随着计算机技术的发展，文件系统逐渐成为数据管理的主要方式。文件系统将数据存储在磁盘文件中，通过文件名和目录结构来组织数据。虽然这种方式比人工管理有了显著进步，但它仍然存在一些问题：

• 数据冗余：不同文件中可能存储重复的数据，导致存储空间浪费。

• 数据不一致：不同文件中的数据可能不一致，难以维护。

• 共享性差：多用户同时访问和修改文件时容易出现冲突。

例如，一个企业的财务数据可能分散在多个文件中，不同部门的用户难以共享和协同工作。

• 3.数据库系统阶段
  数据库系统的出现是数据管理技术的一次重大突破。数据库系统通过数据模型、数据库管理系统（DBMS）和数据存储技术等手段，实现了数据的高效存储、管理和共享。数据库系统的主要特点包括：

• 数据结构化：数据按照特定的格式（如表格）组织，便于存储和检索。

• 数据共享性：允许多个用户同时访问和操作数据。

• 冗余控制：通过规范化设计减少数据冗余。

• 安全性：通过权限管理和加密技术保护数据的安全。

关系数据库是这一阶段的典型代表，它通过表格的形式组织数据，使得数据的查询和更新更加高效。

4.新兴数据管理技术
随着信息技术的飞速发展，新兴的数据管理技术不断涌现，以满足日益增长的数据处理需求：

• 分布式数据库：将数据存储在多个计算机节点上，提高数据的存储能力和可靠性。

• 大数据技术：专注于处理海量、多样化的数据，提供快速存储、处理和分析能力。

• 云计算数据库：通过云平台提供弹性存储和计算能力，用户可以根据需求动态调整资源。

• NoSQL数据库：针对非关系型数据（如文档、键值对等）提供高效的存储和查询能力，适用于大规模数据的快速读写。

这些新兴技术不断推动数据管理技术的发展，使其能够更好地适应现代应用的需求。

四、数据库系统的特点

数据库系统之所以能够高效地管理和存储数据，是因为它具有以下显著特点：

1.数据结构化

数据库中的数据按照特定的结构组织，通常是表格形式。这种结构化的设计使得数据的存储和检索更加高效，同时也便于数据的分析和处理。例如，关系数据库将数据存储在二维表格中，每一行代表一个记录，每一列代表一个属性。

2.数据共享性

数据库系统允许多个用户同时访问和操作数据。这使得数据库成为理想的协作平台，多个用户可以在不同的时间和地点访问和操作相同的数据。例如，一个企业的员工可以通过网络同时访问公司的客户关系管理系统。

3.数据冗余控制

数据库通过规范化设计和外键约束等机制避免数据的重复存储。这不仅可以节省存储空间，还可以减少数据不一致的风险。例如，通过将公共数据存储在单独的表中，可以避免在多个表中重复存储相同的信息。

4.数据安全性

数据库系统通过权限管理、加密等技术手段保护数据的安全。数据库管理员可以设置用户的访问权限，确保只有授权用户才能查看或修改数据。同时，数据库系统还可以通过备份和恢复机制保护数据免受意外损失。

5.数据独立性

数据库系统将数据的逻辑结构与物理存储分离。用户在操作数据时不需要了解底层的存储细节，这使得数据库系统更加灵活，也便于数据的维护和升级。例如，即使物理存储方式发生变化，用户仍然可以通过相同的逻辑结构访问数据。

6.高效的数据操作

数据库系统提供了强大的数据操作语言（如SQL），使得用户可以方便地查询、插入、更新和删除数据。这些操作语言通常具有高度的灵活性和强大的功能，能够满足各种复杂的数据处理需求。

7.并发控制

数据库系统允许多个用户同时对数据进行操作，同时通过锁机制、事务管理等技术确保数据的一致性和完整性。例如，在多个用户同时更新同一数据时，数据库系统可以通过事务控制确保操作的顺序性和正确性。

总结：

核心概念速记
数据库 = 数据的"智能图书馆"

• 存储单元：长期保存的结构化数据集合
• 核心功能：高效存/取/管海量信息
• 组成要素：

  数据库系统 = 数据库 + DBMS + 应用程序 + DBA + 用户
  

发展阶段对比

核心特点图解

数据独立性 ← 物理存储 & 逻辑结构分离
   ↗         ↖
数据安全性 —— 权限控制 + 加密技术
   ↘         ↙
数据库系统 —— 数据结构化 + 共享性 + 冗余控制 + 并发控制

知识图谱

数据库系统概论
├─ 核心概念
│  ├─ 数据：原始记录 → 需解释才有意义
│  ├─ 数据库：结构化数据容器
│  └─ DBMS：管理软件（如MySQL）
├─ 发展历程
│  ├─ 人工管理 → 文件系统 → 数据库系统 → 新兴技术
│  └─ 关键突破：结构化存储 & 多用户共享
└─ 系统特点
   ├─ 7大特性：结构化/共享/冗余控制/安全/独立/高效/并发
   └─ 核心优势：像智能图书馆管理书籍一样管理数据

以上就是这篇博客的全部内容，下一篇我们将继续探索更多精彩内容。

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