6.1 数据库技术概述

数据库项目介绍一个招聘网站要开发一个大型数据库系统，用于存储和管理企业的招聘信息，包含公司信息、职位名称、学历要求、工作经验等字段。一名刚毕业的计算机专业新员工加入项目团队后，制定了以下学习与实施计划：学习基础：掌握数据库概念、体系结构和SQL语言；需求分析：梳理业务需求，构建ER图表示实体及其关系；模型设计：将ER图转换为关系模型，设计数据库表结构；系统实现：使用MySQL创建数据库和表，编写SQL脚本进行数据操作和功能测试。通过该计划，他既能系统学习数据库知识，又能有效参与项目开发，助力团队完成系统建设。学习导航学习目标理解数据库的基本概念、作用和特点。熟悉数据库、数据库管理系统和数据库系统的关系及区别。熟悉常见数据模型（层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型）及其优缺点。理解关系型数据库的结构和常用操作。能够按照数据库设计过程进行数据库的需求分析、概念设计和逻辑设计。能够绘制实体关系图（ER图）。能够使用SQL语言进行数据查询、插入、更新和删除等基本操作。知识目标技能目标知识储备：数据库技术概述数据库概念数据库与数据库管理系统数据库系统的体系结构理解数据与信息的区别掌握数据库的基本概念及其核心特性熟悉数据库的分类标准及常见类型理解数据库系统的三级模式结构数据库概念01数据是对客观事物记录下来的可以鉴别的符号，这些符号可以是文字、数字、语音、图像、视频等多种形式。数据本身通常是原始的、未经处理的素材，没有经过加工和解释。例如，一条招聘信息中的职位名称、职位要求、薪酬、工作经验等都是数据。数据与信息信息是对数据进行处理后的结果，赋予数据具体的含义。信息是数据的有序和有组织的表现形式，帮助用户了解事实、做出判断和执行决策。例如，将招聘信息中的各项数据整合起来，形成一个结构化的职位描述。职位概述如下所示：该职位为“软件工程师”，位于北京市海淀区，要求应聘者具备3年以上相关工作经验，且至少拥有本科学历。月薪范围为10000至15000元人民币，负责软件产品的设计、开发和测试工作数据与信息练习题(单选题)下列关于“数据”与“信息”的描述，正确的是（

）A.数据是经过处理后有含义的符号，信息是原始未加工的素材B.招聘信息中的“月薪10000-15000元”属于信息，因为它包含具体数值C.数据可以是文字、数字、图像等形式，信息是数据的有序组织和解释D.信息的存储必须依赖数据库，而数据可独立存在于文件系统中数据库（Database，简称DB）是一个按照数据结构来组织、存储和管理数据的系统。它通常被描述为一个长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按特定的数据模型进行组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性。数据库的定义与特点数据库的主要特性使其在数据存储、管理和检索方面非常高效和可靠。下图是数据库的几个关键特性。数据独立性数据一致性数据共享性数据库的特性数据结构化数据的集中控制可扩展性并发控制数据安全性数据持久性数据库的定义与特点数据库的定义与特点数据的集中控制：数据库系统集中存储数据，避免数据冗余和不一致。这种集中控制确保了统一的数据视图和管理策略。数据共享性：数据库允许多个用户和应用程序同时访问和使用相同的数据，从而提高了数据利用率。数据安全性：通过权限控制、加密等机制保护数据不被未授权的访问和篡改，确保数据的机密性和完整性。并发控制：数据库管理系统通过并发控制机制（如锁机制、时间戳）来处理多用户同时操作数据，避免因并发访问引起的数据冲突。数据独立性：支持物理和逻辑上的数据独立性，使得对数据存储方式的改变不会影响应用程序。包括逻辑数据独立性（结构改变不影响应用）和物理数据独立性（存储方式改变不影响结构）。数据结构化：数据库按照特定的数据模型（如关系模型）组织和存储数据，以便于高效的存储和检索。数据一致性：数据库通过事务机制确保数据的一致性，即对于并发操作，能够保证数据库状态的一致性，确保数据的准确可靠。数据持久性：数据一旦被提交到数据库即具有持久性，确保在系统或硬件故障时数据不会丢失，事务管理提供了故障恢复的能力。可扩展性：数据库设计允许其在不影响现有系统性能的情况下扩展数据量和用户数量，以适应不断增长的需求。135792468练习题(单选题)下列不属于数据库核心特性的是（

）A.数据集中控制，避免冗余和不一致B.数据结构化，按特定模型（如关系模型）组织C.数据实时同步，确保所有副本即时更新D.数据独立性，物理存储变更不影响应用逻辑(多选题)数据库通过事务机制确保数据一致性，下列属于数据库核心特性的有（

）A.数据持久性：提交后的数据在故障时不丢失B.并发控制：处理多用户操作避免冲突C.数据加密：对敏感字段进行加密存储D.可扩展性：支持数据量和用户数的增长E.数据压缩：减少存储空间占用分类数据库类型描述按数据模型分类关系数据库使用关系模型来组建数据库，数据以表格形式存储，并通过SQL语言进行操作。例如MySQL、Oracle、openGauss。非关系数据库（NoSQL）处理半结构化或非结构化数据，适用于大规模数据存储和高并发访问。包括键值数据库（如Redis）、文档数据库（如MongoDB）、列存储数据库（如HBase）和图数据库（如Neo4j）。按数据的存储路径分类集中式数据库数据库存储于单一位置或服务器。分布式数据库数据库存储于多个地理位置或服务器，有助于提高可用性和容错性。按数据库的用途和应用分类事务型数据库用于处理大量细小事务，注重一致性、完整性和隔离性。比如银行金融系统。分析型数据库用于数据分析和商业智能，注重快速查询和报表生成。比如数据仓库、OLAP系统。按数据库的访问方式分类文件系统数据库数据存储在文件系统中，访问通过文件读写。适用于小型或简单应用。内存数据库数据存储在内存中，访问速度快但数据易丢失。适用于需要快速读写的场景，比如缓存。按数据库的规模分类单机数据库运行在单个计算机系统上。云数据库运行在云服务提供商的平台上，具有高扩展性和弹性。比如AmazonRDS、GoogleCloudSpanner、AzureSQLDatabase。数据库的分类数据库技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代和60年代，当时计算机科学开始发展，人们开始寻求更有效和有序的数据存储与访问方法。早期的数据管理主要依赖于人工管理和文件系统，数据存储在文件中，由程序员完成管理和维护。数据库技术的发展经历了下图的几个重要阶段：010203040520世纪60-70年代层次数据库模型和网状数据库模型出现。初期阶段文件系统管理，将数据存储在磁盘上的一系列文件中。21世纪初NoSQL数据库的发展，为处理大规模非结构化数据提供了新方式。20世纪70-80年代SQL语言的标准化，关系型数据库的广泛应用。现今云数据库技术的发展，使数据库的构建和维护更加灵活和经济。数据库技术的发展文件系统是将数据存储在磁盘上的一系列文件中，每个文件包含相关的数据记录。尽管简单，但文件系统存在明显的缺点，如数据冗余、数据不一致、缺乏数据抽象和管理能力。

文件系统（20世纪50至60年代）层次数据模型以树状结构组织数据，靠严格父子关系管理，虽改善文件系统数据管理，但树状结构制约数据灵活性与复杂关系处理。网状数据模型采用图结构呈现多对多关系，提升数据灵活性，却因结构和操作复杂，导致使用难度高。

层次数据库和网状数据库

（20世纪60至70年代）数据库技术的发展1970年，IBM的EdgarFrankCodd提出了关系模型，用二维表格表示数据。随着SQL的标准化，关系型数据库（如IBM的DB2、Oracle、MySQL）迅速普及，成为企业级数据管理的主流选择。

关系型数据库（20世纪70至80年代）为应对互联网时代的海量非结构化数据，NoSQL数据库应运而生，具有扩展性和高可用性。大数据技术如Hadoop和Spark支持海量数据存储与分布式计算，适用于大规模数据分析应用。

非关系型数据库、大数据（21世纪初至今）云数据库随着云计算技术的发展而兴起，成为现代企业的数据存储和管理的主要方式。云数据库提供高扩展性、弹性和经济高效的解决方案，用户无需自行构建和维护数据库系统。云数据库（近年来）数据库技术的发展练习题(单选题)下列关于数据库分类的描述，错误的是（

）A.按数据模型分类，MongoDB属于文档型NoSQL数据库B.按存储路径分类，HBase属于集中式数据库C.按用途分类，银行交易系统属于事务型数据库D.按规模分类，AmazonRDS属于云数据库(单选题)下列数据库类型与应用场景的匹配，错误的是（

）A.关系型数据库：电商订单管理系统B.文档数据库（MongoDB）：存储非结构化用户评论C.列存储数据库（HBase）：实时在线交易系统D.内存数据库（Redis）：缓存用户会话信息练习题(单选题)下列关于数据库发展历程的描述，正确的是（

）A.20世纪50年代的文件系统解决了数据冗余问题B.层次数据库采用树状结构，支持多对多关系处理C.关系型数据库自20世纪70年代起因SQL标准化而普及D.云数据库出现于21世纪初，用于应对海量非结构化数据(多选题)下列关于数据库技术的描述，正确的有（

）A.网状数据库比层次数据库更灵活，但结构复杂B.大数据技术（如Hadoop）支持海量数据的分布式计算C.云数据库的部署需用户自行维护硬件基础设施D.事务型数据库强调查询速度，分析型数据库强调事务一致性E.NoSQL数据库适用于高并发、非结构化数据场景数据库与数据库管理系统02数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是一种位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。常见的DBMS包括关系型数据库管理系统（如OpenGauss、MySQL、Oracle、SQLServer）和非关系型数据库管理系统（如MongoDB、Redis）。DBMS的主要功能如下：

允许用户定义数据库的结构，包括表的结构、字段的类型、表之间的关系等。数据定义功能

提供高效的数据存储、查询和检索功能，支持多种查询语言（如SQL）。数据存储和检索功能

允许用户添加、更新和删除数据库中的数据。数据更新功能

提供安全机制保护数据的隐私和完整性，防止未经授权的访问和数据损坏。数据安全和完整性

提供数据备份和恢复机制，防止数据丢失。数据备份和恢复功能

支持多个用户同时访问和操作数据库，并确保数据的一致性和隔离性。并发控制数据库管理系统数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是由数据库及其管理软件（即DBMS）、相关工具、应用程序、数据库管理员（DatabaseAdministrator，简称DBA）和用户组成的整体系统。它不仅包括数据库本身，还包括用于管理和操作数据库的软件系统，以及支持这些操作的硬件和网络资源。数据库系统的主要特点是数据结构化、数据共享性高、冗余度低且易于扩充，以及数据独立性高。数据库(DB)数据库管理系统(DBMS)应用开发工具应用系统用户用户用户数据库管理员(DBA)操作系统开发人员存储数据管理数据使用数据数据库系统数据库系统的核心人员，负责数据库系统的安装配置、安全管理、性能监控与优化，确保系统稳定运行，需具备深厚技术和实践经验。数据库管理员负责确定数据类型和结构，与用户沟通需求，设计满足需求的数据库，并在实施前完成相关工作。数据库设计师负责应用系统的需求分析和规范说明，与用户和数据库管理员一起确定系统的硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。系统分析员负责编写与数据库交互的应用程序代码，这些应用程序通过高级语言（如COBOL、C、Java等）开发，并与DBMS进行交互。应用程序员最终用户通过应用系统的用户接口访问数据库，进行数据查询、更新和生成报告等操作。最终用户负责日常维护、监控和优化数据库系统，确保系统的稳定性和安全性。运维工程师数据库系统人员组成练习题(单选题)下列不属于DBMS核心功能的是（

）A.数据定义：创建表结构与字段关系B.数据加密：对传输中的数据进行SSL加密C.并发控制：通过锁机制处理多用户操作D.数据备份：支持增量备份与恢复策略(多选题)下列属于DBMS数据安全与完整性功能的有（

）A.权限控制：限制用户对数据表的访问权限B.事务回滚：失败时恢复数据到一致状态C.数据校验：验证输入数据是否符合约束规则D.索引优化：自动创建最佳查询索引E.日志记录：记录所有数据变更操作练习题(单选题)下列关于数据库系统的描述，错误的是（

）A.DBS包括数据库、DBMS、应用程序、DBA及用户B.数据结构化和共享性高是DBS的主要特点C.数据库管理员（DBA）负责编写应用程序代码D.云数据库属于DBS的一种部署形式(多选题)数据库系统的人员组成包括（

）A.数据库设计师：设计满足需求的数据结构B.系统分析员：确定硬件配置与概要设计C.运维工程师：开发数据库交互的应用程序D.最终用户：通过接口访问数据库进行查询E.数据标注员：对非结构化数据进行分类标注数据库系统的体系结构03数据库系统的体系结构主要用于组织和管理数据，以提高数据管理的效率和安全性。它通过采用独特的体系结构来实现这一目标，包括三级模式结构和两层映射，这些结构共同确保了数据的逻辑独立性和物理独立性。三级模式结构由外模式、概念模式和内模式组成，分别对应不同层次的用户视图，从而满足不同用户的需求。数据库系统的三级模式结构如左图所示。内模式数据库模式外模式1外模式2外模式n应用1应用3应用4应用n-1应用n应用2......外模式/模式映像内模式/模式映像数据库系统的体系结构外模式也称作用户视图，这层定义了数据库中每个用户或用户组所见的数据视图。每个外模式描述了一个特定用户对数据库中数据的视角，包括该用户需要使用的数据以及这些数据的表现形式。比如招聘部门可能只看到与招聘相关的数据，而财务部门可能只看到与财务相关的数据。外模式提供了一种机制来保护数据，因为它允许数据库管理员给不同用户定制不同的视图，以限制用户对数据的访问。一个数据库可以有多个外模式。数据库系统的体系结构—外模式概念模式是整个数据库的全局视图，它描述了所有的数据实体、属性、关系以及数据完整性约束规则。它独立于任何具体的应用程序和物理存储，提供了一个统一的数据模型，使所有外模式基于同样的概念模式。一个数据库只有一个概念模式。概念模式确保数据的一致性和完整性，并提供逻辑数据的独立性，即应用程序无需关心数据的物理存储方式。概念模式可以描述比如一个公司数据库中的客户、订单、产品等实体，以及它们之间的关系和属性。数据库系统的体系结构—概念模式内模式也称为物理模式，描述了数据在存储设备上的物理存储结构，包括文件的存储格式、索引的组织方式、数据块和存储分配等。它允许数据库管理员优化存储和访问，提高系统性能和效率。内模式定义了数据如何在计算机存储介质上实际组织和存储。一个数据库只有一个内模式。数据库系统的体系结构—内模式总的来说，外模式是面向用户的视图，定义不同用户的特定数据视角。概念模式是全局视图，描述数据库的逻辑结构和整体数据模型。内模式是物理视图，描述数据的物理存储方式和细节。通过这种三级模式结构，逻辑数据层次与物理数据层次有了清晰的分离，从而简化了数据管理和维护工作，提升了数据库系统的灵活性和扩展性。数据库系统的体系结构(单选题)下列关于数据库三级模式结构的描述，正确的是（

）A.外模式是全局逻辑视图，描述数据实体与关系B.概念模式是用户视角的视图，限制数据访问范围C.内模式描述数据的物理存储结构，如索引组织方式D.三级模式中，概念模式与内模式之间的映射确保逻辑独立性(多选题)下列属于数据库三级模式结构的有（

）A.外模式：不同用户组的特定数据视图B.逻辑模式：数据在内存中的临时存储结构C.概念模式：全局数据模型与完整性约束D.物理模式：数据在磁盘上的存储格式E.应用模式：应用程序调用数据的接口规范练习题AI