数据库系统相关概念

数据：描述事务的符号记录。

数据库(DB)：按一定的数据模型组织，描述和存储在计算机内的，有组织的，可共享的数据集合。

数据库管理系统(DBMS)：位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能包括：

     数据定义功能：DBMS提供DDL，用户通过它定义数据对象。

     数据操纵功能：DBMS提供DML，用户通过它实现对数据库的查询，插入，删除和修改等操作。

     数据库的运行管理：DBMS对数据库的建立，运行和维护进行统一管理，统一控制，以保证数据的安全性，完整性，并发控制及故障恢复。

     数据库的建立和维护功能：数据库初始数据的输入，转换，数据库的转储，恢复，重新组织及性能监视与分析等。

数据库系统(DBS):计算机中引入数据库后的系统，包括：数据库DB，数据库管理系统DBMS，应用系统，数据库管理员DBA和用户

数据管理与数据处理

数据管理：对数据收集，整理，组织，存储，(对象) 维护，检索，传送，(操作)等，目标：在妥当的时候以妥当的形式给妥当的人提供妥当的数据。

数据处理：对数据进行加工，计算，提炼，从而产生新的有效数据的过程（数据--》信息）

管理与处理的关系：管理是处理的基础，处理为管理服务

数据管理的发展阶段

人工管理阶段（50年代中期以前）

文件系统阶段（50年代中期至60年代后期）

数据库系统阶段（60年代后期以后）

数据模型

数据处理的抽象过程：现实世界--抽象》信息世界--转换》机器世界(数据世界)

概念模型(信息模型)：把现实世界中的客观对象抽象成的某种信息结构，主要用于数据库设计。

实体与记录

信息世界

    实体：客观存在并可相互区分的事务。

    实体集：性质相同的同类实体的集合。

    属性：实体具有的某一特性。

    实体标识符：能将一个实体与其他实体区分开来的一个或一组属性。

数据世界

    记录：实体（抽象表示）

    文件：实体集

    字段或数据项：属性

    关键字：实体标识符。唯一地标识一个记录。又称码，键。

型与值

在DBS中，每一个对象广义上讲都有型与值之分：

型是对象的结构或特性描述。

值是一个具体的对象实例。

类似于程序实际语言中数据类型与数据值的概念。

实体间的联系

实体内部的联系：反应在数据上就是记录内部数据项间的联系（1对1，1对多，多对多）

实体之间的联系：反应在数据上就是记录之间的联系

数据模型

是对现实世界进行抽象的工具，它按计算机系统的观点对数据建模，用于提供数据库系统中信息表示和操作手段的形式框架，主要用于DBMS的实现，是数据库系统的核心和基础。

常用的数据模型：层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型

数据模型的三要素：数据结构（静态）--》如何表示实体及联系，数据操作（动态）--》如何实现增删改查，完整性约束--》如何保证数据的约束条件得到满足

层次模型：用树形结构来表示实体以及实体间联系的模型。

网状模型

关系模型

DBS的结构

DBS的三级模式结构

模式：又称逻辑模式，DB的全局逻辑结构，即DB中全体数据的逻辑结构和特征的描述。模式定义的任务：定义全局逻辑结构（构成记录的属性名，类型，宽度等）。定义有关的安全性，完整性要求，定义记录间的联系。

外模式：又称子模式或用户模式，DB的局部逻辑结构，即与某一应用有关的数据的一个逻辑表示。

说明：外模式是某个用户的数据视图，模式是所有用户的公共数据视图，一个DB只能有一个模式，但可以有多个外模式。外模式通常实模式的子集，但可以在结构，类型，长度等方面有差异。DBS提供外模式DDL。

内模式：又称存储模式。数据的物理结构和存储方式的描述，即DB中数据的内部表示方式。一个数据库只有一个内模式，内模式定义的任务：记录存储格式，索引组织方式，数据是否压缩，是否加密等。

两级映像及其作用

模式变，可修改映象使外模式保持不变，从而应用程序不必修改，保证了程序和数据的逻辑独立性。

存储结构变，可修改映象使逻辑结构(模式)保持不变，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的物理独立性。

数据库系统的组成

数据库：一个或多个数据库，四要素：用户数据，元数据，索引，应用元数据

软件：操作系统，数据库管理系统（DBMS），数据库应用开发工具等辅助软件，具有数据库接口的高级语言与编译系统，如C，C++等，某个数据库应用系统

人员：用户（使用），应用程序员（开发），数据库管理员DBA（管理）

硬件：计算机有关设备。

数据库系统研究的对象：三个主要研究领域：DBMS及其辅助软件，数据库设计，数据库理论

关系数据库

关系数据库是应用数学方法来处理数据的，它具有结构简单，理论基础坚实，数据独立性高以及提供非过程性语言等优点。

关系的数学定义

域：值的集合。它们具有相同的数据类型，语义上通常指某一对象的取值范围。

笛卡尔积：没有任何条件的关联

关系

关系模型

三部分：关系数据结构，关系操作集合，关系的完整性

数据结构

单一的数据结构

关系模式

关系的三种形式：

基本关系：客观存在的基本表

查询表：由基本表按一定条件检索得到的结果

试图：从一个或多个基本关系上导出的关系。它不对应实际的存储数据，是一个虚关系，然而可永久存在，相当于关系模型的外模式。

关系操作

种类:选择，投影，连接，除，并，交，差，（查询操作）增加，删除，修改（维护操作）

关系模型的三类完整性

实体完整性，参照完整性，用户定义的完整性，

关系数据库标准语言--SQL

数据查询()：SELECT

数据定义(DDL)：CREATE，DROP，ALTER

数据操纵：INSERT，DELETE，UPDATE

数据控制：GRANT，REVOKE

关系系统及其查询优化

全关系系统准则：信息准则，保证访问准则，空值的系统化处理，基于关系模型的动态的联机数据字典，统一的数据子语言准则，试图更新准则，高级的插入修改删除操作，数据物理独立性，数据逻辑独立性，数据完整性的独立性，分布独立性，无破坏准则。

优化的一般策略：

选择，投影运算应尽可能先做，好处是减少下一步运算的数据量

选择和投影运算同时进行，好处是扫描关系的次数

在执行连接前对文件适当 的预处理

把投影同起前或其后的双目运算结合起来

把某些选择和笛卡尔积乘积结合起来成为连接运算

找出公共子表达式