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3.3 数据与系统

知识点​

1.数据为什么要"管理"​

单个数据没有价值,大量数据放在一起才需要组织:怎么存、怎么找、怎么改、怎么保证不出错。

数据管理:对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的活动,是数据处理的核心。

2.数据管理技术的三个阶段(必考,按顺序背)​

阶段时间存储方式数据与程序的关系特点主要问题
人工管理阶段20 世纪 50 年代中期以前纸带、卡片、磁带,无专门软件程序与数据不可分数据不保存、不共享、无独立性数据面向特定程序,冗余极大
文件系统阶段50 年代后期 ~ 60 年代中期磁盘,有文件系统管理程序与文件有了一定分离数据可长期保存、以文件为单位管理数据冗余大、共享性差、独立性差、数据不一致
数据库系统阶段60 年代后期至今数据库,由 DBMS 统一管理程序与数据相互独立数据结构化、共享性高、冗余度低、独立性高、由 DBMS 统一控制需要专门的设计与维护

记忆线索:"数据跟着程序走 → 数据跟着文件走 → 数据独立存在"。

数据库阶段的四个优势(答题落点):

  1. 数据结构化——数据按统一模型组织,而不只是"一堆记录";
  2. 共享性高、冗余度低——一处存储、多处使用,避免重复;
  3. 数据独立性高——数据的逻辑结构改变时,应用程序不必修改(物理独立性 + 逻辑独立性);
  4. 由 DBMS 统一管理与控制——并发控制、完整性、安全性、故障恢复。

3.三个最容易混的概念​

概念英文含义类比
数据库DB(Database)按一定结构组织、存储在一起的、相互关联的数据集合仓库
数据库管理系统DBMS(Database Management System)管理数据库的软件,位于用户与操作系统之间仓库管理员
数据库系统DBS(Database System)数据库 + DBMS + 应用程序 + 人员 + 硬件 的完整系统仓库 + 管理员 + 业务流程 + 人 + 场地

关系(必考):DBS 包含 DB 与 DBMS;DB 是数据本身,DBMS 是软件,DBS 是整体系统。

常见 DBMS:MySQL(开源、Web 应用最常用)、SQL Server(微软)、Oracle(大型企业)、Access(桌面小型)、SQLite(嵌入式,手机 App 常用)。

DBMS 的主要功能:

  1. 数据定义(建表、建索引);
  2. 数据操纵(增、删、改、查);
  3. 数据控制(安全性、完整性、并发控制、故障恢复);
  4. 数据维护(备份、恢复、性能优化)。

4.关系模型(本小节重点)​

关系模型:用二维表来表示实体与实体之间的联系,是当今最常用的数据模型。

核心术语(表与术语一一对应):

术语对应二维表中的什么举例(学生表)
关系一张二维表学生表
元组(记录)表中的一行张三的全部信息
属性(字段)表中的一列学号、姓名、性别、成绩
域某列的取值范围性别只能取"男/女"
主键(主关键字)能唯一标识一条记录的字段(或字段组合)学号
外键(外码)引用另一张表主键的字段,用于建立表间联系成绩表中的"学号"

主键的三个条件:

  1. 唯一——不能有两个记录的主键相同;
  2. 非空——主键不能为空值;
  3. 稳定——不轻易改动(所以"姓名"不能当主键,会重名;"身份证号"可以)。

示例:

学生表(学号为主键)

学号姓名性别班级
2026001张三男高一(1)
2026002李四女高一(1)

成绩表(学号 + 课程号 为复合主键,学号为外键)

学号课程号成绩
2026001C0192
2026002C0188

两张表的联系:通过学号(学生表的主键 = 成绩表的外键)关联,这就是**关系数据库"表间关联"**的实现方式。

关系模型的三条完整性规则(了解):

  • 实体完整性:主键不能为空、不能重复;
  • 参照完整性:外键的值必须是另一张表中存在的主键值(或为空);
  • 用户定义完整性:如"成绩必须在 0~100 之间"。

5.SQL:操作数据库的语言​

SQL(Structured Query Language,结构化查询语言)是关系数据库的标准操作语言,主要分四类:

类别作用主要语句
数据查询查数据SELECT
数据操纵增删改INSERT、UPDATE、DELETE
数据定义建表、改表、删表CREATE、ALTER、DROP
数据控制权限GRANT、REVOKE

(1)查询:SELECT(最重要)​

基本结构:

SELECT 字段列表
FROM 表名
WHERE 条件
ORDER BY 排序字段 [ASC|DESC];

示例:

-- 查询所有学生的学号与姓名
SELECT 学号, 姓名 FROM 学生表;

-- 查询全部字段(用 * 表示所有列)
SELECT * FROM 学生表;

-- 查询成绩大于 90 的记录
SELECT * FROM 成绩表 WHERE 成绩 > 90;

-- 按成绩降序排列
SELECT * FROM 成绩表 ORDER BY 成绩 DESC;

-- 模糊查询:姓"张"的学生(% 代表任意多个字符)
SELECT * FROM 学生表 WHERE 姓名 LIKE '张%';

-- 统计人数
SELECT COUNT(*) FROM 学生表;

-- 分组统计:每门课的平均分
SELECT 课程号, AVG(成绩) FROM 成绩表 GROUP BY 课程号;

条件运算符:= 、> 、< 、>= 、<= 、<>(不等于)、AND 、OR 、NOT、BETWEEN … AND …、IN ( … )、LIKE。

五个易错点:

  1. SQL 中"等于"是一个等号 =(不是 ==);
  2. 字符串要用单引号 '张三'(不是双引号);
  3. ASC 升序(默认)、DESC 降序;
  4. COUNT(*) 统计行数,COUNT(字段) 不统计该字段为空的记录;
  5. 语句以分号 ; 结束(命令行中必需)。

(2)增删改​

-- 插入一条记录
INSERT INTO 学生表 (学号, 姓名, 性别, 班级)
VALUES ('2026003', '王五', '男', '高一(2)');

-- 修改
UPDATE 成绩表 SET 成绩 = 95 WHERE 学号 = '2026001' AND 课程号 = 'C01';

-- 删除(务必带 WHERE,否则删全表!)
DELETE FROM 学生表 WHERE 学号 = '2026003';

安全提示:UPDATE 与 DELETE 不带 WHERE 会作用于全部记录,这是数据库操作最危险的一类失误。

(3)建表​

CREATE TABLE 学生表 (
学号 CHAR(10) PRIMARY KEY, -- 主键
姓名 VARCHAR(20) NOT NULL,
性别 CHAR(2),
班级 VARCHAR(20)
);

常用数据类型:INT(整数)、CHAR(n)(定长字符)、VARCHAR(n)(变长字符)、DATE(日期)、DECIMAL(精确小数)。

6.信息系统​

(1)定义​

信息系统:由人、硬件、软件、数据和通信网络组成,能够对信息进行采集、加工、存储、传输、检索和利用,以支持组织决策与业务运行的人机系统。

(2)五大组成(必背)​

组成内容举例(校园一卡通系统)
硬件计算机、服务器、终端、网络设备、POS 机刷卡机、服务器
软件系统软件 + 应用软件一卡通管理软件、数据库
数据系统的核心资源学生信息、消费记录、余额
通信网络局域网、互联网、无线网络校园网
用户(人员)操作者、管理者、维护者学生、食堂员工、管理员

关键观念:数据是信息系统的核心,人是最活跃的因素(系统最终由人设计、使用与维护)。"三分技术、七分管理、十二分数据" 是业界常说的一句话。

(3)五项基本功能​

功能含义举例(超市收银)
输入采集并录入原始数据扫商品条码
处理计算、分类、汇总计算总价、打折
存储保存数据与结果存销售记录
输出以报表、票据、界面呈现打印小票、生成日报
控制监控与调节系统运行权限校验、库存告警

记忆:"入—处—存—出—控"。

(4)常见信息系统类型​

类型功能例子
业务处理系统(TPS)处理日常事务性业务收银系统、银行存取款
管理信息系统(MIS)支持中层管理与报表教务管理、人事管理
决策支持系统(DSS)为高层决策提供分析招生计划分析、库存决策
办公自动化系统(OA)公文流转与协同办公电子公文、审批流
专家系统(ES)模拟专家经验推理疾病诊断、故障诊断

生活中的例子:教务管理系统、图书管理系统、医院挂号系统、12306 售票系统、外卖平台、导航软件。

7.数据与系统的关系(思想落点)​

  1. 数据是系统的"血液"——没有数据,系统只是空壳;
  2. 系统是数据发挥价值的"工厂"——同样的数据,在不同系统里产生不同价值;
  3. 系统的质量取决于数据的质量——GIGO(垃圾进,垃圾出);
  4. 数据安全是系统的底线——泄露、篡改、丢失都会造成严重后果(见 3.4 加密与必修2 安全部分)。

社会影响(两面看):

积极需警惕
提高效率、降低成本个人信息被过度采集
支撑科学决策数据垄断与"杀熟"
促进公共服务均等化系统故障导致社会运行受阻
催生新业态数字鸿沟(老年人不会用)

8.速查表​

序号考点结论
1数据管理三阶段人工管理 → 文件系统 → 数据库系统
2人工管理阶段特点数据不保存、不共享,程序与数据不可分
3文件系统阶段特点数据以文件为单位,冗余大、共享性差
4数据库阶段优势结构化、共享性高、冗余低、独立性高
5DB数据库(数据集合)
6DBMS数据库管理系统(软件)
7DBS数据库系统(DB + DBMS + 应用 + 人员 + 硬件)
8三者关系DBS 包含 DB 与 DBMS
9常见 DBMSMySQL、SQL Server、Oracle、Access、SQLite
10最常用的数据模型关系模型(二维表)
11关系 = ?一张二维表
12元组 = ?一行(记录)
13属性 = ?一列(字段)
14主键条件唯一、非空、稳定
15外键作用建立两表联系,引用另一表的主键
16查询语句SELECT … FROM … WHERE … ORDER BY
17SQL 的"等于"一个等号 =
18字符串常量用单引号
19升序/降序ASC/DESC
20模糊查询LIKE,% 代表任意多个字符
21分组统计GROUP BY
22危险操作DELETE/UPDATE 不带 WHERE
23信息系统五组成硬件、软件、数据、通信网络、用户
24信息系统五功能输入、处理、存储、输出、控制
25系统的核心数据
26决策支持系统DSS(面向高层决策)
27GIGO垃圾进,垃圾出

9.课堂提示(讲课参考)​

  • 用"班级通讯录"演三阶段:手写小本(人工)→ 每人一个 txt 文件(文件系统,同一个人的电话在三个文件里重复)→ Excel 一张表 + 查询(数据库),冗余与共享的差别学生自己就能说出。
  • 主键用"学号 vs 姓名"对比:问"班里有没有同名同姓",学生立刻懂"姓名不能做主键"。
  • SQL 一定要上机:在 MySQL 或在线 SQL 练习平台上跑一遍 SELECT,比看语法有效十倍。
  • DELETE 不带 WHERE 的后果当场演示(在练习库上),并强调"生产环境先备份"。
  • 信息系统五组成让学生拆解"学校食堂刷卡",从刷卡机到后台数据库全链路点一遍,比背定义扎实。