資料庫管理系統的功能和特徵

2022-05-14 14:18:09 字數 4679 閱讀 8993

· 資料庫模型(概念模式、外模式、內模式)

· 資料模型,er圖,第一正規化、第二正規化、第三正規化

· 資料操作(集合運算和關係運算)

· 資料庫語言(sql)

· 資料庫的控制功能(併發控制、恢復、安全性、完整性)

· 資料倉儲和分布式資料庫基礎知識

1、資料庫知識

1.1資料管理技術的發展

資料管理技術的發展階段:

人工階段:資料處理方式是批處理。其特點是:

資料不儲存

沒有專用的軟體對資料進行管理

只有程式概念,沒有檔案概念

一組資料對應乙個程式,即資料是面向程式的

檔案系統階段:資料處理方式有批處理,也有聯機實時處理。其特點是:

資料可長期儲存在外存上

資料的邏輯結構與物理結構有了區別,但簡單

檔案組織已多樣化,有索引檔案、鏈結檔案和直接訪問檔案等,但檔案之間相互獨立,沒有聯絡

資料不再屬於某個特定的程式,可重複使用,但資料結構和程式之間的依賴關係並未根本改變。

其缺點是:

資料冗餘性

資料不一致性

資料聯絡弱

資料庫階段:其特點是:

用關係模型表示複雜的資料模型

有較高的資料獨立性

資料庫系統為使用者提供了方便的使用者介面

資料庫管理系統提供了四個方面的資料控制能力-資料完整性、資料安全性、資料庫的併發控制、資料庫的恢復

資料庫的基本概念

資料庫(db):是儲存在一起的相關資料的集合。db能為各種使用者共享,具有最小冗餘度,資料間聯絡密切,而又有較高的程式與資料的獨立性。

資料庫管理系統(dbms):dbms是位於使用者與作業系統之間的一層資料管理軟體,為使用者或應用程式提供訪問db的方法,包括db的建立、查詢、更新及各種資料控制。dbms可分為層次型、網狀型、關係型、物件導向型。

資料庫系統(dbs):即是採用了資料庫技術的計算機系統,是實現有組織地、動態儲存大量關聯資料,方便多使用者訪問的計算機軟體、硬體和資料資源而組成的系統。

資料庫技術:研究資料庫的結構、儲存、設計、管理和使用的一門軟體學科。

1.2資料模型

表示實體型別及實體之間聯絡的模型稱為「資料模型」。資料模型是嚴格定義的概念的集合,資料庫的資料模型應包括資料結構(指對實體型別和實體之間聯絡的表達和實現)、資料操作(指對資料庫的檢索和更新兩大類操作)和完整性約束(給出資料及其所具有的制約合依賴規則)3個部分。

資料模型的種類很多。目前廣泛使用的資料模型可分為兩種:概念資料模型和結構資料模型。

概念資料模型

這是一種獨立於任何計算機系統的模型,完全不涉及資訊在計算機系統中的表示,用於建立資訊世界的資料模型,是現實世界的第一層抽象,是使用者和資料庫設計人員進行交流的工具,其中最著名的模型是「實體聯絡模型」(er模型)。

er模型直接從現實世界中抽取出實體型別及實體間聯絡圖(er圖)表示資料模型。一般遇到實際問題時,總是先設計乙個er模型,然後再把er模型轉換成與dbms關聯的資料模型。

結構資料模型(亦稱基本資料模型):

這是直接面向資料庫的邏輯資料結構,通常有一組嚴格定義了語法和語義的資料庫語言,用來定義、操縱資料庫中的資料。其主要有層次、網狀、關係模型三種。

◆層次模型:用樹型(層次)結構表示實體型別及實體之間聯絡的資料模型稱為層次模型。層次結構是一棵樹,樹的結點是記錄型別,非根結點有且只有乙個父結點。

上一層記錄型別和下一層記錄型別的聯絡是1:m聯絡。

◆網狀模型:用從結構(網路結構)表示實體型別及實體間聯絡的資料模型稱為網狀模型。記錄之間的聯絡通過指標實現,m:

n聯絡容易實現(乙個m:n聯絡可拆成兩個1:m聯絡),查詢效率高。

◆關係模型:用規範化了的二維**結構表示實體集,用鍵表示實體間聯絡。通常是若干個關係模型組成的集合。

1.3資料庫系統的結構

n 資料庫的資料體系結構

資料庫的資料體系結構分成3個級別:內部級、概念級、外部級。從某個角度看到的資料特性稱為資料檢視。

外部級最接近使用者,是使用者看到的資料特性,使用者的資料檢視稱為外模型。

概念級是涉及到所有使用者的資料定義,也就是全域性的資料檢視,稱為概念模型。

內部級是最接近於物理儲存裝置,涉及到實際資料的儲存方式。物理儲存的資料檢視稱為內模型。

這些模型用資料庫的資料定義語言(ddl)描述後,分別得到外模式、概念模式、內模式。為實現這3個抽象級別的轉換,資料庫和管理系統在這3級結構之間提供了兩層映象:外模式/概念模式映象和概念模式/內模式映象

資料庫管理系統的主要目標:把資料作為可管理的資源處理。

資料庫管理系統的5個重要功能:資料庫的定義功能、資料庫的操縱功能、資料庫的保護功能、資料庫的維護功能、資料字典。

資料庫的全域性結構:

dbs的某些功能是由計算機的os提供的,os提供了dbs最基本的服務,因此 dbs必須在os基礎上工作。在dbs中就應包含dbms和os之間的介面。

dbs的全域性結構由資料庫使用者、資料庫管理系統的查詢處理器、資料庫管理系統的儲存管理器和磁碟儲存器中的資料結構等部分組成。

1.4關係模型和關係運算

n 基本概述

關聯式資料庫是應用關係資料模型來建立和處理資料庫中的資料。這其中主要涉及幾個重要的概念。

u 關係

關係實際上就可以看作是乙個二維表。其中,表的每一列稱為屬性,並用屬性名來標識。每個屬性的取值範圍,就是該屬性所對應的值域。

表的每一行稱為元組。約定該錶的行、列的次序的改變,不改變關係的語義性質。

對於乙個關係,應該具備下列性質:

關係中每乙個屬性值都是不可分解的;

關係中不允許出現相同的元組;不讓使用者考慮元組的順序;

使用者在使用時應考慮列的順序。

u 關係模型

關係模型是目前最流行的一種資料模型,它是用二維**結構表示實體集,關鍵碼表示實體間的聯絡。

u 關鍵字(鍵)

i. 候選鍵

關係中的某一屬性或屬性組,若它的值可以唯一標識關係中的乙個元組而又不含有多餘的屬性,則稱該屬性或屬性組為候選關鍵字。

ii. 主鍵

關係模式中使用者正使用的候選關鍵字稱為主關鍵字。

iii. 外關鍵字

若模式r中某屬性集是其他模式的候選鍵,那麼該屬性集對模式r而言就是外關鍵字。

iv. 超鍵

關係模式中,為唯一標識元組的屬性集稱為超鍵。

n 關係模型

關係模型遵循資料庫的3級體系結構。

u 關係模式

資料庫的概念模式定義為關係模式的集合。每個關係模式就是記錄型別。

u 關係子模式

這是對使用者所用到的那部分資料的描述。除了指出使用者用到的資料外,還應指出資料與模式中相應資料的聯絡,即指出子模式與模式之間的對應性。

u 關係儲存模式(關係內模式)

這是作為檔案看待的,每個元組就是乙個記錄。

關係模型有3個部分構成:

u 資料結構

關係模型採用的資料結構是關係。

u 關係操作

關係模型提供一組完備的關係運算,以支援對資料庫的各種操作。關係運算的理論是關係代數和關係演算。

u 關係的完整性

在關係模型中,資料的約束條件通過三類完整性約束條件來描述。即:

i. 實體完整性

要求關係中的元組的主鍵值不能是空值。

ii. 參照完整性

要求在關係中不允許引用不存在的實體。

iii. 使用者定義的完整性

這是針對某一具體資料的約束條件,由應用環境決定,例如屬性的值限制。

n 關係代數

關係查詢語言根據其理論基礎的不同分成兩大類:

u 關係代數語言:查詢操作是以集合操作為基礎的運算。

u 關係演算語言:查詢操作是以謂詞演算為基礎的運算。

其中,關係代數是以集合代數為基礎發展起來的,它是以關係為運算物件的一組高階運算的集合。關係代數的運算可分為兩類:

基本運算操作:並、差、笛卡爾積、投影和選擇。

組合運算操作:交、聯接、自然聯接和除。

另外,還有幾種擴充的關係代數操作:外聯接(左外聯接和右外聯接)、外部並和半聯接。

以下對幾種常用的關係運算作乙個簡單的介紹。

u 基本運算

1. 並

設有兩個關係r和s具有相同的關係模式,關係r和s的並是由屬於r或屬於s的元組組成的集合,記為r∪s。形式定義如下:r∪s≡{t│t∈r∨t∈s}

2. 差

設有兩個關係r和s具有相同的關係模式,關係r和s的差是由屬於r但不屬於s的元組組成的集合,記為r-s。形式定義如下:r-s≡{t│t∈r∧t ̄∈s}

3. 笛卡兒積

設關係r和s元數分別為r和s。定義r和s的笛卡兒積是乙個(r+s)元的元組集合,每個元組的前r個分量來自r的乙個元組,後s個分量來自s的乙個元組,記為r×s形式定義如下:r×s≡{t│t=<tr,ts>tr∈r∧ts∈s}

若r有m個元組,s有n個元組,則r×s有(mn)個元組。

4. 投影

該操作是對關係進行垂直分割,消去某些列,並重新安排列的順序,再刪去重複元組。

5. 選擇

這個操作是根據某些條件對關係作水平分割,即選擇符合條件的元組。條件可用命題公式f表示,f中的運算物件是常數(用引號括起來)或元組分量(屬性名或列的序號)。運算子有算術比較運算子和邏輯運算子(∧,∨,┐)。

δf(r)≡

δ為選擇運算子,δf(r)表示從r中挑選滿足公式f的元組所構成的集合。常量用引號括起來,而屬性號或屬性名不要用引號括起來。

u 組合運算

1. 交

設有兩個關係r和s具有相同的關係模式,關係r和s的交是由屬於r又屬於s的元組組成的集合,記為r∩s。形式定義如下:r∩s≡

資料庫管理系統A

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