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3.数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）
5.数据库应用系统（或数据库应用程序）（DataBase Application System，DBAS）
1.1数据库系统概述
1.数据（Data）
数据是数据库存储的基本对象，是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的、可存储的并具有明确意义的符号记录。数据是数据库存储的对象。
2.数据库（DataBase，DB）
数据库是为实际应用建立的、相互关联的数据集合。数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。
数据库的基本特征：（1）可共享：在网络环境中被多个用户同时使用；?
（2）长期存储：日积月累。带来的问题：数据库庞大、空间溢出、查询缓慢；
（3）有组织（核心优势）：数据按一定的数据模型组织、描述和存储；
（4）数据独立性较高：应用程序和数据不相互依赖。是数据库系统追求的目标；
（5）易扩展：在数据库中易增添新的对象和数据。
（6）冗余度较小：冗余即数据重复存储。在建立数据模型时，应当尽量减少数据冗余。
3.数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）
数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据库管理软件,是管理和维护数据库的专门软件。
数据库管理系统的主要功能：（1）数据定义功能：DBMS提供数据定义语言DDL使用户可以定义数据库及其中的数据对象（包括表、视图、索引等）和数据的完整性约束；
（2）数据操纵功能：DBMS提供数据操纵语言DML使用户可以对数据库的数据进行增加、删除、 修改和查询操作，简称“增、删、改、查”，对应SQL语言的四个命令即INSERT、DELETE、UPDATE、SELECT；
（3）数据的存储、组织和管理功能：系统数据记录在数据字典中的元数据。数据库管理系统要组织、存储、管理用户数据和系统数据，确定数据的存储组织方式，提供数据存取方式，以提高存储空间利用率和存取效率；
（4）数据库的事务管理和运行管理：支持多用户并发事务对数据库的共享即同时访问，实现并发控制；提供数据库完整性机制，管理多用户的合法使用，实现数据库安全性保护（DCL）提供数据库的故障恢复机制；
（5）其它功能：提供DBMS与其它软件系统的通信；不同数据库管理系统之间的数据转换等。提供数据库性能监视、系统维护等实用工具。
4.数据库系统（DataBase System，DBS）
数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。数据库系统=数据库（DB）+数据库管理系统（DBMS）+应用系统+数据库管理员（DBA）)组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
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（1）数据库系统管理数据的优点：①数据结构化：数据库中实现了数据的真正结构化，数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。
整体结构化：数据的组织不再仅仅针对某一个具体应用程序；不仅某项数据内部结构化，数据库整体是结构化的，能够存储数据之间的联系；
②数据的共享性高，冗余度低，易扩充：数据面向整个系统。减少数据不一致性（同一数据的不同拷贝的值不同）。易于扩充，适应不同用户的需求；
③数据独立性高：应用程序和数据不相互依赖；
④数据由DBMS统一管理和控制：数据的安全性保护；数据的完整性检查；并发控制；数据库恢复。
（2）数据库系统的用户—DBA：DBA负责数据库建立使用和维护的专门的人员。
DBA的主要职责：①参与数据库的设计；
②定义数据库的安全性要求和完整性约束条件；
③数据库系统的日常维护：定期备份数据、监视数据库运行情况、监视数据库所使用磁盘空间情况；
④数据库的改进和重组、重构：进行性能监控和调优，对数据库进行重组织，以提高系统的性能，当需求增加和改变时，对数据库进行重构。
5.数据库应用系统（或数据库应用程序）（DataBase Application System，DBAS）
数据库应用系统主要是指现时业务逻辑的应用程序，是为解决实际应用问题、利用DBMS和应用开发工具开发的满足应用需要的应用程序（包含数据库）。
1.2数据模型（Data Model）
1、数据模型的概念：数据模型是对现实世界数据特征的抽象。
（1）数据库中通过数据模型来表示现实世界的数据对象及其联系。数据模型是数据库的逻辑结构，反映了数据库数据的逻辑组织方式。
（2）一个DBMS总是基于某种数据模型的。一般按数据模型对DBMS分类。
2.数据模型的组成要素：通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。
（1）数据结构。是数据模型的最核心的组成部分。数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。通常按其数据结构的类型来命名数据模型，例层次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型、关系模型。
（2）数据操作。是指对数据库中数据允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）两大类。
（3）数据的完整性约束条件。是一组完整性规则，用于保证数据的正确、有效、相容。在关系模型中体现为实体完整性和参照完整性。
3.按不同角度对数据模型分类（1）结构化模型:层次模型、网状模型、关系模型；
（2）半结构化、非结构化模型：大数据应用中出现了大量半结构化、非结构化的模型和面向对象模型。
2、层次模型
数据结构：树形结构。数据及其间联系用树结构来表示。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型（就是树结构）：
（1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；
（2）根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。
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?3、网状模型
数据结构：网状结构。数据及其间联系用网状结构来表示。满足下面两个条件的基本层次联系的集合（一对多关系，结构上像有向图）：
（1）允许一个以上的结点无双亲；
（2）一个结点可以有多于一个的双亲。
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4、关系模型
关系模型采用的数据结构是关系，用关系表示数据库中的数据对象及其联系。
1.关系（Relation）：一个关系就是一张规范的二维表，它由行（元组）和列（属性）组成，一个数据库的关系模型由多个二维表组成。
2.元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组，除去第一行的名字。
3.属性：表中的一列即为一个属性，每个属性都有一个属性名。
4.码/关键码/关键字（key）：表中的某个属性或者属性的组合能唯一确定一个元组。在一个关系中可以有多个码。
5.关系模式：关系名(属性1,属性2,属性3,...,属性n);
6.关系数据模型的操作与完整性约束
（1）关系数据模型操作主要包括查询、插入和更新数据；
（2）关系的完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性。
1.3数据库体系结构
1、数据库系统的三级结构
（1）是数据库内部的结构。将数据库内部结构分为三级模式；屏蔽低层的复杂性，便于各类用户使用。
（2）数据库管理系统支持三级模式结构。提供定义三级模式的DDL；由数据库设计人员定义三级模式。
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2、数据库系统的三级模式
（1）模式(Schema):也称逻辑模式。是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。
一个数据库只有一个模式，是所有应用的公共数据视图。是三级模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序无关。设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式。
（2）外模式（External Schema）：也称子模式或用户模式。是数据库用户（应用程序员）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
外模式一般是是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式，分别满足不同类用户的具体应用需求。
外模式与应用的关系是一对多。一个外模式可以被多个应用程序共同使用。
外模式是保证数据库安全性的一项措施。每个应用（用户）只能看见和访问所对应的外模式中的数据。
（3）内模式（Internal Schema）：也称存储模式。是数据物理结构和存储方式的描述。
内模式是数据在数据库内部的表示方式，（如数据记录的存储方式、索引的组织方式等）。内模式独立于具体的存储设备，体现数据库物理存储策略。一个数据库只有一个内模式。
3、数据库系统的二级映射和数据独立性
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（1）数据库系统的二级映射：外模式／模式映射和模式／内模式映射。
（2）数据独立性：指应用程序与数据之间的独立性，包括物理独立性和逻辑独立性。
①物理独立性——模式／内模式映射。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/内模式映射是唯一的。
当数据库的存储结构改变了，数据库管理员可以修改模式/内模式映射，使模式保持不变，从而使应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。
②逻辑独立性——外模式／模式映射。定义了每个外模式与模式之间的对应关系。外模式/模式映射有多个。
当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映射，使外模式保持不变。由于应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
（3）数据库三级模式结构、二级映射的意义
①实现了数据与程序之间的独立性。保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保证了应用程序的稳定性。除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。
②简化了应用程序的编制工作。DBMS管理数据的存取，用户不必考虑存取路径等细节。