一：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念

數(shù)據(jù)：實(shí)際上就是描述事物的符號(hào)記錄。

軟件的數(shù)據(jù)是有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分，如整型、實(shí)型、字符型等。而數(shù)據(jù)的值給出了符合定型的值，如整型值15。

數(shù)據(jù)庫：是指在已有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個(gè)應(yīng)用程序共享。

數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放的，具有集成與共享的特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)管理功能的核心軟件稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的六大功能：

（1）數(shù)據(jù)模式定義：即為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建其數(shù)據(jù)框架；

（2）數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建：為數(shù)據(jù)模式的物理存取與構(gòu)建提供有效的存取方法與手段；

（3）數(shù)據(jù)操縱：為用戶使用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)提供方便，如查詢、插入、修改、刪除等以及簡單的算術(shù)運(yùn)算及統(tǒng)計(jì)；

（4）數(shù)據(jù)的完整性、安全性定義與檢查；

（5）數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復(fù)；

（6）數(shù)據(jù)的服務(wù)：如拷貝、轉(zhuǎn)存、重組、性能監(jiān)測、分析等。

為完成以上功能，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供以下的數(shù)據(jù)語言：

（1）數(shù)據(jù)定義語言(DDL)：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的模式定義與數(shù)據(jù)的物理存取構(gòu)建；

（2）數(shù)據(jù)操縱語言(DML)：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的操縱，如查詢與增、刪、改等；

（3）數(shù)據(jù)控制語言(DCL)：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)完整性、安全性的定義與檢查以及并發(fā)控制、故障恢復(fù)等。

數(shù)據(jù)語言按其使用方式具有兩種結(jié)構(gòu)形式：

交互式命令(又稱自含型或自主型語言)；宿主型語言（一般可嵌入某些宿主語言中）。

數(shù)據(jù)庫管理員：對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、硬件平臺(tái)（硬件）、軟件平臺(tái)（軟件）五個(gè)部分構(gòu)成的運(yùn)行實(shí)體。

對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要操作系統(tǒng)的支持.

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面三者組成。

數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個(gè)階段：人工管理階段，文件系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。

而數(shù)據(jù)獨(dú)立性最高的是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

文件系統(tǒng)階段：提供了簡單的數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)管理能力，但是它無法提供完整的、統(tǒng)一的、管理和數(shù)據(jù)共享的能力。

層次數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 ：為統(tǒng)一與共享數(shù)據(jù)提供了有力支撐。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的集成性 、數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性 、數(shù)據(jù)獨(dú)立性（物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性）、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。

物理獨(dú)立性：用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤在磁盤等介質(zhì)上的數(shù)據(jù)庫是相互獨(dú)立的。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式：

（1）概念模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，全體用戶公共數(shù)據(jù)視圖；

（2）外模式：也稱子模式與用戶模式。是用戶的數(shù)據(jù)視圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式；

（3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與物理存取方法。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級(jí)映射：

（1）概念模式到內(nèi)模式的映射；

（2）外模式到概念模式的映射。

二： 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型：是數(shù)據(jù)特征的抽象，從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息表與操作提供一個(gè)抽象的框架。描述了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作及數(shù)據(jù)約束。

關(guān)系模型屬于非格式化模型，而模型和網(wǎng)狀模型屬于格式化模型。

E-R模型(實(shí)體聯(lián)系模型)的基本概念

（1）實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中的事物；
（2）屬性：事物的特性；
（3）聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界中事物間的關(guān)系。實(shí)體集間的聯(lián)系有一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。

E-R模型基本概念之間的聯(lián)接關(guān)系：實(shí)體是概念世界中的基本單位，屬性有屬性域，每個(gè)實(shí)體可取屬性域內(nèi)的值。一個(gè)實(shí)體的所有屬性值叫元組。

E-R模型的圖示法：

（1）實(shí)體集表示法——矩形；
（2）屬性表法——橢圓形；
（3）聯(lián)系表示法——菱形。

層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹形結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

（1）每棵樹有且僅有一個(gè)無雙親結(jié)點(diǎn)，稱為根；

（2）樹中除根外所有結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。

從圖論觀點(diǎn)看，網(wǎng)狀模型是一個(gè)不加任何條件限制的無向圖。

關(guān)系模型是數(shù)學(xué)化的模型。要用到集合論、離散數(shù)學(xué)等理論知識(shí)。

關(guān)系模型采用二維表來表示，簡稱表，由表框架及表的元組組成。一個(gè)二維表就是一個(gè)關(guān)系。

每行數(shù)據(jù)稱為元組。在二維表中凡能唯一標(biāo)識(shí)元組的最小屬性稱為鍵或碼。從所有侯選鍵中選取一個(gè)作為用戶使用的鍵稱主鍵。表A中的某屬性是某表B的鍵，則稱該屬性集為A的外鍵或外碼。

關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束：

（1）實(shí)體完整性約束：約束關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值；

（2）參照完全性約束：是關(guān)系之間的基本約束；

（3）用戶定義的完整性約束：它反映了具體應(yīng)用中數(shù)據(jù)的語義要求。

三：關(guān)系代數(shù)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是它建立在數(shù)據(jù)理論的基礎(chǔ)之上，有很多數(shù)據(jù)理論可以表示關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作，其中最為著名的是關(guān)系代數(shù)與關(guān)系演算。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的專門關(guān)系運(yùn)算包括：選擇、投影、連接。

關(guān)系模型的基本運(yùn)算：

（1）插入

（2）刪除

(3)修改

（4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運(yùn)算）

還有擴(kuò)充運(yùn)算交、除、連接及自然連接運(yùn)算。在關(guān)系運(yùn)算中，連接運(yùn)算后得到的新表的屬性是運(yùn)算前表中屬性相加。即多于原來關(guān)系中屬性的個(gè)數(shù)。

四：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與管理

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)共享問題.

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的兩種方法：

（1）面向數(shù)據(jù)：以信息需求為主，兼顧處理需求；

（2）面向過程：以處理需求為主，兼顧信息需求。

數(shù)據(jù)庫的生命周期：需求分析階段、概念設(shè)計(jì)階段、邏輯設(shè)計(jì)階段、物理設(shè)計(jì)階段、編碼階段、測試階段、運(yùn)行階段、進(jìn)一步修改階段。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段：需求分析階段，概念設(shè)計(jì)階段，邏輯設(shè)計(jì)階段，物理設(shè)計(jì)階段。

需求分析常用結(jié)構(gòu)析方法和面向?qū)ο蟮姆椒?。結(jié)構(gòu)化分析（簡稱SA）方法用自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)。用數(shù)據(jù)流圖表達(dá)數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系。對數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)來講，數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果。

數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，包括5個(gè)部分：數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流（可以是數(shù)據(jù)項(xiàng)，也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理過程。

數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的目的是分析數(shù)據(jù)內(nèi)在語義關(guān)系。設(shè)計(jì)的方法有兩種

（1）集中式模式設(shè)計(jì)法（適用于小型或并不復(fù)雜的單位或部門）；

（2）視圖集成設(shè)計(jì)法。

使用E-R模型與視圖集成進(jìn)行設(shè)計(jì)。

視圖設(shè)計(jì)一般有三種設(shè)計(jì)次序：自頂向下、由底向上、由內(nèi)向外。

視圖集成的幾種沖突：命名沖突、概念沖突、域沖突、約束沖突。

關(guān)系視圖設(shè)計(jì)又稱外模式設(shè)計(jì)。

關(guān)系視圖的主要作用：

（1）提供數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性；

（2）能適應(yīng)用戶對數(shù)據(jù)的不同需求；

（3）有一定數(shù)據(jù)保密功能。

數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是對數(shù)據(jù)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高數(shù)據(jù)庫訪問速度有效利用存儲(chǔ)空間。一般RDBMS中留給用戶參與物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致有索引設(shè)計(jì)、集成簇設(shè)計(jì)和分區(qū)設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)庫管理的內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)庫的建立；
（2）數(shù)據(jù)庫的調(diào)整；
（3）數(shù)據(jù)庫的重組；
（4）數(shù)據(jù)庫安全性與完整性控制；
（5）數(shù)據(jù)庫的故障恢復(fù)；
（6）數(shù)據(jù)庫監(jiān)控。

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