【MySQL】-15 MySQL综合-1（数据库概念+数据库涉及技术）

一 数据库的概念

本节介绍数据库的基本概念，包括数据库存储方式、数据库技术的发展历史、数据库的存储结构以及数据库在开发中的作用。

1.1 数据存储方式

计算机数据（Data）的存储一般以硬盘为数据存储空间资源，从而保证计算机内的数据能够持续保存。对于数据的处理，一般会采用数据库相关的技术进行处理，从而保证数据处理的高效性。
采用数据库的管理模式不仅提高了数据的存储效率，而且在存储的层面上提高了数据的安全性。通过分类的存储模式让数据管理更加安全便捷，更能实现对数据的调用和对比，并且方便查询等操作的使用。

1.2 什么是数据库

数据库的存储结构是指数据库中的物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的描述。在数据库技术中，可以使用两种形式描述客观现实的数据：物理数据描述和逻辑数据描述。物理数据和逻辑数据之间的转换通过数据库管理系统实现。

1.2.1 物理数据描述

物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式，物理数据是实际存放在存储设备上的数据，这些数据也称为物理记录。根据物理记录存储的位置，又可以分为有序存储和无序存储。

在物理数据描述中，使用的数据描述术语包括以下各项。

• 位（bit）：二进制的一个单位称为位，位只能取 1 或 0。
• 字节（byte）：8 个位称为一个字节，可以存放对应 ASCII 码的一个字符。
• 字（word）：若干个字节组成一个字。一个字所含的二进制的位数称为字长，许多计算机的字长是不同的，例如计算机的字长可以是 8 位、16 位、24 位、32 位等。
• 块（block）：内存储器和外存储器交换信息的最小单位，又称为物理块或物理记录，每块的大小通常为 256 字节、512 字节、1024 字节等。
• 卷（volume）：一台输入输出设备所能装载的全部有用信息，例如磁带机的一盘磁带即为一卷，磁盘设备的一个盘组也是一卷。
• 无序存储（unordered）：数据记录按照插入的顺序进行存储。

1.2.2 逻辑数据描述

逻辑数据描述是指用户或程序员用于操作的数据形式，逻辑数据是一种抽象的概念，是对客观现实世界的反映和记录，这些数据也可以称为逻辑记录。
逻辑数据包含两个层次，一个层次是对客观现实信息世界的描述，另一个层次是对数据库管理系统中数据的描述。

在对客观现实信息世界的描述中，使用的术语包括以下几项。

• 实体（entity）：客观现实存在的东西使用实体来描述。实体既可以是具体的、有形的对象，也可以是抽象的、无形的对象。例如，一本书是一个有形对象，一次借书过程则是一个无形的对象。
• 实体集（entities）：特性完全相同的同类实体的集合称为实体集。例如，一个图书馆所有的书籍是一个实体集，该图书馆的所有借书过程也是一个实体集。
• 属性（attribute）：实体的特性称为属性。每个属性都有一个值域，这些值域可以是整数类型、浮点数类型、字符类型或日期类型等。例如，实体书的属性包括书名、书号、出版日期、页数、价格以及出版社等，这些属性对应的值域分别为字符类型、字符类型、日期类型、整数类型、浮点数类型和字符类型等。
• 标识符（identifier）：能够唯一地标识每个实体的属性或属性集。例如，书的书号属性是实体书的标识符，借书过程实体的标识符包括借书证号、书号两个属性。

这些逻辑数据最终要通过数据库管理系统来转换成物理数据。在数据库管理系统中，描述逻辑数据的术语包括哪些呢？
下面以关系型数据库管理系统为例进行介绍。

• 数据项（data item）：也称为字段（field），标记实体属性的可以命名的最小信息单位，数据项的命名一般采用属性的描述性名称。这些名称可以是中文、英文或汉语拼音。
• 元组（tuple）：也称为记录（record），数据项的集合称为元组。一个元组表示一个具体的实体。
• 关系（relation）：在关系型数据库系统中，同一类元组所在的集合称为关系。关系适用于描述实体集，它包括一个实体集的所有元组。例如，所有的图书可以组成一个 books 关系。
• 键码（key）：在关系型数据库系统中，能够唯一地标识关系中每个元组的数据项或数据项的组合称为关系的键码。

客观实体经过两层逻辑数据的描述，最后转变成实际存储的物理数据。

1.3 数据库的存储结构

数据库的存储结构是指数据库中的物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的描述。在数据库技术中，可以使用两种形式描述客观现实的数据：物理数据描述和逻辑数据描述。物理数据和逻辑数据之间的转换通过数据库管理系统实现。

1.3.1 物理数据描述

物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式，物理数据是实际存放在存储设备上的数据，这些数据也称为物理记录。根据物理记录存储的位置，又可以分为有序存储和无序存储。
在物理数据描述中，使用的数据描述术语包括以下各项。

1.3.2 逻辑数据描述

逻辑数据描述是指用户或程序员用于操作的数据形式，逻辑数据是一种抽象的概念，是对客观现实世界的反映和记录，这些数据也可以称为逻辑记录。
逻辑数据包含两个层次，一个层次是对客观现实信息世界的描述，另一个层次是对数据库管理系统中数据的描述。

• 实体（entity）：客观现实存在的东西使用实体来描述。实体既可以是具体的、有形的对象，也可以是抽象的、无形的对象。例如，一本书是一个有形对象，一次借书过程则是一个无形的对象。
• 实体集（entities）：特性完全相同的同类实体的集合称为实体集。例如，一个图书馆所有的书籍是一个实体集，该图书馆的所有借书过程也是一个实体集。
• 属性（attribute）：实体的特性称为属性。每个属性都有一个值域，这些值域可以是整数类型、浮点数类型、字符类型或日期类型等。例如，实体书的属性包括书名、书号、出版日期、页数、价格以及出版社等，这些属性对应的值域分别为字符类型、字符类型、日期类型、整数类型、浮点数类型和字符类型等。
• 标识符（identifier）：能够唯一地标识每个实体的属性或属性集。例如，书的书号属性是实体书的标识符，借书过程实体的标识符包括借书证号、书号两个属性。

这些逻辑数据最终要通过数据库管理系统来转换成物理数据。在数据库管理系统中，描述逻辑数据的术语包括哪些呢？

下面以关系型数据库管理系统为例进行介绍。

• 数据项（data item）：也称为字段（field），标记实体属性的可以命名的最小信息单位，数据项的命名一般采用属性的描述性名称。这些名称可以是中文、英文或汉语拼音。
• 元组（tuple）：也称为记录（record），数据项的集合称为元组。一个元组表示一个具体的实体。
• 关系（relation）：在关系型数据库系统中，同一类元组所在的集合称为关系。关系适用于描述实体集，它包括一个实体集的所有元组。例如，所有的图书可以组成一个 books 关系。
• 键码（key）：在关系型数据库系统中，能够唯一地标识关系中每个元组的数据项或数据项的组合称为关系的键码。

客观实体经过两层逻辑数据的描述，最后转变成实际存储的物理数据。

1.4 数据库在开发中的作用

从数据库系统应用角度来看，数据库系统常见的运行与应用结构有：客户端/服务器结构、浏览器/服务器结构。

在客户端/服务器（Client/Server，C/S）结构中，数据库的使用者（如 DBA、程序设计者）通过命令行客户端、图形化界面管理工具或应用程序等连接到数据库管理系统，可以通过数据库管理系统查询和处理存储在底层数据库中的各种数据。

数据库使用者与命令行客户端、图形化界面管理工具或应用程序等直接交互，而不与数据库管理系统直接联系。

在这种结构中，命令行客户端、图形化界面管理工具或应用程序等称为“客户端”或“前台”，主要完成与数据库使用者的交互任务；而数据库管理系统则称为“服务器”或“后台”，主要负责数据管理。这种结构经常被称为“C/S”结构。

在客户端/服务器模式中，客户端和服务器可以同时工作在同一台计算机上，这种工作方式称为“单机方式”；也可以“网络方式”运行，即服务器被安装和部署在网络中某一台或多台主机上。

对于客户端应用程序的开发，目前常用的语言工具主要有 Visual C++、Delphi、.NET 框架、Visual Basic、Python等。

数据库能有效存储数据，读取数据、查找数据更是方便，其实那些管理软件就是通过软件的界面向内部的数据库进行数据的增、删、改、查操作。

二 数据库涉及技术

本节主要介绍数据库涉及到的技术，包括数据库系统、SQL 语言和数据库访问技术。

2.1 数据库系统

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是位于操作系统与用户之间的一种操纵和管理数据库的软件，按照一定的数据模型科学地组织和存储数据，同时可以提供数据高效地获取和维护。

DBMS的主要功能包括以下几个方面。

1) 数据定义功能

DBMS 提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。

2) 数据操纵功能

DBMS 还提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML），用户可以使用 DML 操作数据，实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。

3) 数据库的运行管理

数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。例如：

• 数据的完整性检查功能保证用户输入的数据应满足相应的约束条件；
• 数据库的安全保护功能保证只有赋予权限的用户才能访问数据库中的数据；
• 数据库的并发控制功能使多个用户可以在同一时刻并发地访问数据库的数据；
• 数据库系统的故障恢复功能使数据库运行出现故障时可以进行数据库恢复，以保证数据库可靠地运行。

4) 提供方便、有效地存取数据库信息的接口和工具

编程人员可通过编程语言与数据库之间的接口进行数据库应用程序的开发。数据库管理员（Database Administrator，DBA）可通过提供的工具对数据库进行管理。
数据库管理员是维护和管理数据库的专门人员。

5) 数据库的建立和维护功能

数据库功能包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监控、分析功能等。这些功能通常由一些使用程序来完成。
数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。一个完整的数据库系统（Database System，DBS）一般由数据库、数据库管理系统、应用开发工具、应用系统、数据库管理员和用户组成。完整的数据库系统结构关系如图所示：

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2.2 了解SQL语言

MySQL服务器正确安装以后，就已经完成了一个完整的 DBMS 的搭建，可以通过命令行管理工具或者图形化的管理工具对 MySQL 数据库进行操作。这种操作实质上是通过结构化查询语言（Structured Query Language，SQL）来实现的，SQL 语言是各种数据库交互方式的基础。

SQL 是一种数据库查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统。与其他程序设计语言（如C、Java等）不同的是，SQL 由很少的关键字组成，每个 SQL 语句通过一个或多个关键字构成。

SQL具有如下优点。

1. 一体化：SQL集数据定义、数据操作和数据控制于一体，可以完成数据库中的全部工作。
2. 使用方式灵活：SQL具有两种使用方式，可以直接以命令方式交互使用；也可以嵌入使用，嵌入C、C++、Fortran、COBOL、Java等语言中使用。
3. 非过程化：只提操作要求，不必描述操作步骤，也不需要导航。使用时只需要告诉计算机“做什么”，而不需要告诉它“怎么做”。
4. 语言简洁、语法简单、好学好用：在ANSI标准中，只包含94个英文单词，核心功能只用6个动词，语法接近英语口语。

注意：SQL 语句不区分大小写，许多 SQL 开发人员习惯对 SQL 本身的关键字进行大写，而对表或者列的名称使用小写，这样可以提高代码的可阅读性和可维护性。本教程也按照这种方式组织 SQL 语句。大多数数据库都支持通用的 SQL 语句，同时不同的数据库具有各自特有的 SQL 语言特性。
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2.3 数据库访问技术

数据库访问技术包括 ODBC、DAO、OLE DB 和 ADO

ODBC

ODBC（Open Database Connectivity，开放数据库互连）是微软公司开放服务结构（Windows Open Services Architecture，WOSA）中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准 API（应用程序编程接口）。这些 API 利用 SQL 来完成其大部分任务。

ODBC 本身也提供了对 SQL 语言的支持，用户可以直接将 SQL 语句送给 ODBC

DAO

DAO（Data Access Object，数据访问对象集）是 Microsoft 提供的基于一个数据库对象集合的访问技术，可以独立于 DBMS 进行数据库的访问。

OLE DB

OLE DB（Object Linking and Embedding Database，对象连接与嵌入）是微软战略性的通向不同数据源的低级应用程序接口。OLE DB 不仅包括微软资助的标准数据接口，开放数据库连通性（ODBC）的结构化查询语言（SQL）能力，还具有面向其他非 SQL 数据类型的通路。

作为微软的组件对象模型（COM）的一种设计，OLE DB 是一组读写数据的方法（在过去可能称为渠道）。OLD DB 中的对象主要包括数据源对象、阶段对象、命令对象和行组对象

ADO

ADO（ActiveX Data Objects）是一个用于存取数据源的 COM 组件，提供了编程语言和统一数据访问方式 OLE DB 的一个中间层，允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据库是如何实现的，只用关心到数据库的连接。
访问数据库的时候，关于 SQL 的知识不是必要的，但是特定数据库支持的 SQL 命令仍可以通过 ADO 中的命令对象来执行。