数据库基础

1、数据库技术的发展

1）数据：数据库系统研究和处理的对象，信息的符号表示或称载体，符号化的信息。

2）信息：具有一定含义的，经过加工的，对对策有价值的数据，数据的内涵，是数据的语义解释，语义化的数据。

3）数据处理

（1）定义：指从某些已知的数据出发，推导加工出一些新的数据。

（2）过程包含：在数据处理的具体过程中，会涉及数据的收集、存储、加工、利用、传播乃至信息输出的全过程。

4）数据管理：指对数据进行分类、组织、编码、存储、维护、检索、传送等，是数据处理的中心环节。

5）数据库：指长期存储在计算机中，有组织、可共享的数据的集合。

6）数据管理技术经历的阶段

（1）人工管理阶段---数据处理方式为批处理。

                 数据管理的特点：

                        数据不保存在计算机内，计算机主要用于科学计算。

                        无专门软件对数据进行管理，程序中要处理的数据由应用程序本身管理，应用程序不仅要定义数据的逻辑结构，还要设计物理结构，包括数据存取方式、输入输出方式等内容。

                        数据不共享。

                        数据不具有独立性。

（2）文件系统阶段---数据处理方式有批处理和联机实时处理。

                 数据管理的特点：

                        数据可以长期保存。

                        由文件系统管理数据。

                 文件系统的缺点：

                        数据冗余。

                        数据不一致。

                        数据联系弱。

                        数据查询困难。

（3）数据库阶段

                 数据管理的特点：

                        采用复杂的数据模型。

                        数据冗余度小。

                        数据独立性高。

                        为用户提供了方便的用户接口。

                        统一的数据控制功能。

7）数据库的组成

              应用程序+计算机支持系统+数据库（DB）+数据库管理系统（DBMS）+人员

8）数据库管理系统的特点

（1）数据结构化，数据存储具有规范性。

（2）数据共享性高，但冗余度低（有冗余数据）。

（3）数据独立于程序：逻辑独立性+物理独立性

（4）统一管理和控制数据。

9）数据库管理系统的功能

（1）数据定义功能：数据定义语言（DDL）定义数据对象。

（2）数据操纵功能：数据操纵语言（DML）操纵数据，实现对数据库的基本操作。

（3）数据库的运行管理。

（4）数据库的建立和维护功能。

            

 

 2、数据模型

1）模型：对现实世界事物的模型的模拟和抽象。

2）数据模型

（1）定义：一种能反映现实世界数据特征及内在联系的一种模型，是数据库系统的核心和基础。

（2）概念模型---第一层抽象：主要用于数据库设计，实体-联系模型，简称E-R模型。

（3）逻辑数据模型（结构数据模型）---第二层抽象：直接面向数据库的逻辑结构。

3）概念模型

（1）实体：客观存在的并且可以相互区别的事物称为实体。

（2）属性：实体所具有的某一特性。

（3）码：唯一标识实体的属性。

（4）域：属性的取值范围。

（5）实体集：相同实体的集合。

（6）联系：实体内部的联系表现为组成实体的各属性间的内在联系；实体之间的联系通常指不同实体集之间的联系。

（7）两个实体集之间的联系：一对一、一对多、多对多

4）结构数据模型

（1）层次模型

                定义：最早出现的一种数据模型，是用树形结构表示实体及实体间联系的模型。树的结点是记录类型，每个非根结点有且只有一个父节点，上一层记录类型和下一层记录类型之间的联系是一对多的联系。

                优点：结构简单，易于实现。

                缺点：只支持一对多联系，不支持实体集间的多种联系，数据操纵不方便，子节点的存取只能通过父节点来进行，插入、删除复杂，父节点的删除导致子节点的删除。

（2）网状模型

                定义：为有向图，可以有一个以上的结点且无父节点，至少有一个结点多于一个的父节点，节点代表实体型，有向边表示两实体型间的一对多联系。

                优点：记录之间通过指针来实现，多对多联系容易实现，查询效率较高。

                缺点：编写应用程序比较复杂。

（3）关系模型

                定义：数据的逻辑结构是一张二维表，由行和列组成，关系模型与前两者之间最大的区别是用键导航数据，而非指针。

（4）面向对象数据模型

                对象：现实中实体的模型化，每个对象有唯一的标识符，把状态和行为封装在一起。

                对象的状态：该对象属性值的集合。

                对象的行为：在对象状态上操作的方法集。

                类：将属性集和方法集相同的所有对象组合在一起。

5）关系模型

（1）组成部分：数据结构+数据操纵+数据完整性规则。

（2）主要特征：用二维表格表示实体集。

（3）术语：

                关系：对应一张表，关系对应实体集的概念，关系中不允许出现相同的元组，是一个属性数目相同的元组的集合。

                元组：表中的一行，一个元组对应一个实体，次序可以任意交换，对应于记录的概念。

                属性：表中的一列，对应于字段的概念，对应一个值域，可以任意交换次序。

                主键：可以唯一地确定一个元组的属性或属性组。

                外键：如果关系R中属性K不是主键，但它是其他关系模式的主键，则属性K在关系R中，称为外键。

                域：属性的取值范围。

                分量：元组中的一个属性值。

                关系模式：是对关系的描述，描述为：关系名（属性1，属性2，...，属性n）。

（4）关系的规范化限制

                关系的每个分量必须是一个不可再分割的数据项，不允许表中有表。

                关系中每个属性必须是不可再分解的。

                关系中不允许出现重复元祖。

                由于关系是一个集合，不考虑元组间的顺序。

                元组中属性的顺序在理论上是无序的。

（5）数据结构：所研究对象的类型的集合，对象包括：与数据类型、内容和性质有关的对象+与数据之间联系有关的对象。

（6）数据操纵：对数据库随想中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关操作规则。

                 数据操作语言（DML）

                        查询语句：用于描述用户的各种检索要求，选择、投影、连接、除、并、交、差，关于查询的理论称为关系运算理论。

                        更新语句：用于描述用户进行插入、删除、修改等操作。

                 关系操作的特点：集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。

                 关系数据语言：

                         关系代数语言：用对关系的运算来表达查询要求，典型代表ISBL。

                         关系演算语言：用谓词来表达查询要求，分为元组关系演算语言和域关系演算语言。

                                 元组变量：元组关系演算语言的谓词变元的基本对象，代表APLHA，QUEL。

                                 域变量：域关系演算语言的谓词变元的基本对象，代表QBE。

                          具有关系代数和关系演算双重特点的语言：代表SQL。

                 关系语言的特点：语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入到高级语言中使用。

（7）完整性约束

                 实体完整性规则：若属性A是关系R的主属性，则属性A不能取空值，要求元组中作为主键的属性不能有空值，不仅是主键整体不能取空值，关系的所有主属性均不能取空值。

                 引用（参照）完整性规则：若属性F是基本关系R的外键，即F是另一基本关系S的主键，则对于R的每个元组在属性F上的取值必须如下：取空值或等于关系S中某个元组的主键值。

                 用户定义完整性规则

3、SQL语言

1）定义：一种通用的、功能很强的关系数据库操纵语言，用于查询、操作、定义和控制关系型数据库中的数据。

2）SQL数据库采用三级体系结构

（1）局部模式---用户模式、外模式

（2）全局模式---概念模式、逻辑模式、模式

（3）存储模式---内模式：存储方式和物理结构

3）SQL的核心主要由四个部分组成

（1）数据定于语言：SQL DDL，主要定义数据库、基本表、视图、索引等结构。

（2）数据操纵语言：SQL DML，主要对数据进行查询和更新。

（3）数据控制语言：SQL DCL，包括对基本表、视图等的授权，完整性约束规则的一些描述、事务控制等内容。

（4）嵌入式SQL语言

4）SQL的数据定义语言

（1）创建数据库：create database <数据库名>

（2）撤销数据库：drop database <数据库名>

（3）修改数据库：alter database <数据库名>

5）SQL的数据更新语言：数据的插入、删除、修改。

6）SQL的数据查询语言

（1）select<列名表>---指定希望查看的列

（2）from<列名表>---指定查询的表

（3）where<条件>---指定查询条件

（4）group by<分组列名表>---指定要分组的列

（5）having<条件>---指定分组的条件

（6）order by<排序列名表>---指定如何排序

4、数据库系统（DBS）

1）定义：采用了数据库技术的计算机系统，DBS是一个世纪可运行的，按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统，是数据库、硬件、软件、各类用户的集合体。

2）数据库管理系统（DBMS）

（1）DBMS目标：用户界面友好、功能完备、效率高、结构清晰、开放性。

（2）DBMS功能：数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理（安全性控制、完整性控制、并发控制、数据库恢复）。

（3）DBMS组成

                    数据定义语言及其翻译处理程序

                    数据操纵语言及其翻译解释程序

                    数据运行控制程序

                   实用程序

3）数据库系统的组成

（1）数据库（DB）

（2）硬件

（3）软件

（4）用户

                最终用户

                应用程序员

                数据库管理人员（DBA）

                        职责：数据库的转换和恢复，数据库的安全性、完整性控制，数据库性能的监督、分析和改进，数据库的重组织和重改造。

               系统分析员

4）DBS结构的分类

（1）集中式DBS

                特点：整个数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据都装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享。

（2）客户/服务器式DBS

                服务器：网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器。

                客户机：其他节点上的计算机安装DBMS的外围开发工具，支持用户的应用。

                工作原理：客户端的用户请求被传送到数据库服务器，处理后将结果返回给用户。

                功能：前端部分：由应用程序组成。

                           后端部分：包括存取结构、查询优化、并发控制、恢复等系统程序可以完成实物处理和数据访问控制。

（3）分布式DBS

                指数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但在物理上分布在计算机网络的不同结点上，网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用，也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用。

（4）并行式DBS

                使用多个CPU和读个磁盘进行并行操作，提高数据处理和I/O速度。

                两个指标：吞吐量---在给定时间间隔内能完成任务的数目。

                                  响应时间---完成一个任务所花费的时间。