引言

信息社会中，数据库无处不在，DT 时代下数据及数据处理能力是关键。

数据库技术是计算机应用中最主要的技术支持之一，与计算机网络技术共同构成当前绝大多数计算应用的技术骨干。

数据库系统是数据处理的核心机构，管理信息系统、办公自动化系统和决策支持系统等均依赖数据库系统或数据库技术。

从计算机的主要应用领域来看，包括科学计算、数据处理和过程控制，其中数据处理处于核心地位。

在计算机前沿领域，如区块链、机器学习和大模型等，数据同样至关重要。

数据管理技术的发展概况

基本概念

数据：存储在某种媒体上可加以鉴别的符号资料。即：对现实 世界中客观事物的符号表示(描述事物的符号记录)，可 以是数值数据，也可以是非数值数据，如声音、图像等。

数据管理技术：对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等 操作，基本目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的 数据中筛选出有意义的数据。

数据管理技术的发展

数据管理技术的四个阶段：

1.人工管理阶段(---50年代中期)【用户管理】

2.文件系统阶段（---60年代中期）【文件系统】

3.数据库系统阶段（60年代末期）【数据管理系统DBMS】

4.高级数据库系统阶段（70年代中期）

正确。

区块链本质上是一种去中心化的分布式数据库技术，通过分布式账本、共识机制和密码学手段，实现数据在多节点之间的同步存储、不可篡改和可追溯。（去中心化是指系统中不存在单一的中心控制节点，数据由多个节点共同存储、验证和维护。）

数据库技术基本概念

数据库（DB）： 长期储存在计算机内的有组织的、可共享的相关数据的集合。

数据库管理系统 DBMS：是介于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。为 用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、 更新及各种数据控制。DBMS是基于某种数据模型。

数据库系统：数据库系统（DBS）通常是指带有数据库的计算机应用系统。 包括数据库、相应的硬件、软件和各类人员。

数据库技术 ： 数据库技术是研究数据库的 结构、存储、设计、管理和 使用的一门软件学科；是一 门综合性较强的学科。

DBS（Database System，数据库系统）：
是一个完整系统概念，通常包括：

• 数据库（DB）

• 数据库管理系统（DBMS）

• 应用程序

• 数据库管理员（DBA）

数据描述与概念模型

ER模型

“零件按所属的不同产品分别放在仓库中”对应意思：

同一个零件，因为属于不同产品，被分开存放和统计，
所以一种零件可以放入多个仓库中，
每个仓库也可以存放多种零件。

数据模型

1．数据模型： 在机器世界中，直接面向数据库的逻辑结构；涉及到计算机系统 和数据库管理系统，描述现实世界的事物及事物间的联系，并对数据 建模的模型。

2．数据模型的三要素: ● 数据结构  ● 数据操作 ● 完整性约束

数据结构：用于描述系统的静态特性；是所研究的对象类型（Object type） 的集合，包括：数据的类型、内容和性质的对象（事物）；数据之间 联系的对象（联系）。

数据操作（data manipulation） ： 用于描述系统的动态特性，是对数据库中的各种对象的实例（值） 允许执行的操作的集合。主要有检索和更新（插入、删除、修改）两 类操作。

完整性约束（integrity constraint）： 是一组完整性规则（条件）的集合。给出数据及其联系所具有 的制约、依赖和存储规则，用于限定数据库的状态和状态变化，保 证数据库中的数据的正确、有效、完全和相容。

3. 常见的数据模型： ● 层次模型 ● 网状模型 ● 关系模型 ● 面向对象模型

关系模型

关系模型是以二维表为数据结构、以关系代数为操作基础、以完整性约束保证数据一致性的数据库数据模型。

数据库系统结构

1．模式： 也称为概念模式，是数据库全体数据的全局逻辑结构和特征的描述。

2．外模式：是关于用户数据的局部逻辑结构和特征的描述，是模式的逻辑子集。

3．内模式：是数据库数据的物理结构和存储结构的描述。

4．模式/内模式映象： 该映象存在于模式与内模式之间，用于定义模式与内模 式之间的对应性。本映象一般在内模式中描述。

5．外模式/模式映象： 该映象存在于外模式与模式之间，用于定义外模式和模 式之间的对应性。本映象一般在外模式中描述。

• 模式：全局逻辑结构

• 外模式：用户局部逻辑结构

• 内模式：物理存储结构

数据库管理系统

用户发请求 → DBMS 检查能不能看 → 确认数据结构 → 确定怎么存 → 操作系统读磁盘 → 数据进缓冲区 → 转成逻辑数据 → DBMS 整理 → 返回给用户。

数据送到缓冲区之后，由 DBMS 从缓冲区取出数据，按内模式进行解释/处理，再返回给用户。

① 用户请求（APP → DBMS）

用户在应用程序 A中发出操作，例如：

• 查询数据

• 插入记录

• 修改内容

这些请求以 SQL 语句的形式交给 DBMS。

👉 此时：用户只关心“要什么结果”。

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② 检查子模式（外模式）

DBMS 首先检查 子模式（外模式）：

• 当前用户 / 应用 有没有权限

• 用户看到的是 哪一部分数据

• 用户使用的视图是否存在

👉 保证用户只能访问“该看的数据”。

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③ 检查模式（概念模式）

接着 DBMS 检查 模式（概念模式）：

• 表结构是否存在

• 字段是否合法

• 约束是否满足（主键、外键等）

👉 保证逻辑结构是正确的。

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④ 检查内模式

然后 DBMS 查看 内模式：

• 这些逻辑数据 在物理上怎么存

• 使用哪个文件

• 是否有索引

• 访问路径如何选择

👉 把“逻辑请求”翻译成“物理操作方案”。

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⑤ 调用操作系统（INNER → OS）

DBMS 本身不直接读磁盘，而是：

• 通过内模式

• 调用 操作系统接口

👉 OS 才是直接控制硬件的。

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⑥ 数据操作（OS → 数据库）

操作系统执行真正的底层操作：

• 读磁盘

• 写磁盘

• 定位数据块

👉 这是最底层、最慢、最物理的一步。

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⑦ 返回数据（数据库 → 缓冲区）

磁盘中的数据被读出：

• 先进入 系统缓冲区（Buffer）

• 而不是直接交给 DBMS

👉 减少频繁磁盘访问，提高性能。

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⑧ 数据缓冲（BUFFER → OS）

缓冲区对数据进行：

• 暂存

• 合并

• 管理

OS 统一管理这些缓冲数据。

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⑨ 数据转换（OS → 内模式）

数据从“磁盘格式”：

• 转换为 DBMS 能理解的内部格式

• 按内模式进行重组

👉 完成物理 → 逻辑的反向映射。

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⑩ 返回结果（DBMS → APP）

DBMS 最终将结果：

• 按用户的外模式

• 整理成用户可见的形式

返回给 应用程序 A。

👉 用户看到结果，完全感觉不到底层发生了什么。

功能

数据库管理系统(DBMS)是数据库系统的核心软件，其主 要目标是使数据成为方便用户使用的资源,易于为各种用户所共享, 并增强数据的安全性、完整性和可用性。

1. 数据定义功能：对数据库中的相关内容进行定义:外模式、 模式、内模式、两个映象、有关约束条件

2. 数据库操纵功能：增、删、改、查等对数据库的基本操作

3. 数据库运行控制：安全性控制、并发性控制等

4. 数据组织存储管理：数据字典、用户数据、存取路径等

5.数据库的建立和维护：初始数据的导入、数据转换、转储与 恢复、重组与重构、性能监视与分析 6. 数据通信接口：与其他软件系统进行通信的功能

组成

• 数据定义语言及其翻译处理程序

• 数据操纵语言机器编译程序

• 数据库运行控制程序

• 实用程序

1. 数据定义语言及其翻译处理程序（数据库定义功能）

         DDL语言（Data Description Language）

                 • 描述外模式、模式、内模式（源模式）

2.数据操纵语言机器编译程序（数据操纵功能）

         DML语言（Data manipulation language）

                 • 对数据库进行检索、插入、修改、删除 

        DML类型 • 宿主型： DML不独立使用，嵌入到高级语言（主语言）程序中使用

                • 自含型： 独立使用，交互式命令方式

3. 数据库运行控制程序（数据库运行控制）

                • 系统初启程序 • 文件读写与维护程序 • 存取路径管理程序 • 缓冲区管理程序 • 安全性控制程序 • 并发控制程序 • 运行日志管理程序

4. 实用程序

                 • 完整性检查程序 • 事务管理程序 （数据库的建立与维护、数据格式的转换与通信 • 数据初始装入程序 • 数据库恢复程序 • 数据库再组织程序 • 通信程序 • 数据转储程序 • 性能监测程序 • 数据转换程序

数据库新技术