数据库系统概述.pdf
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【数据库系统概述】 数据库系统是管理和存储数据的软件系统,它包括数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)、数据库管理员(DBA)、硬件平台、软件平台、应用软件、应用界面等组成部分。数据库系统提供了数据的组织、存储、检索、更新和管理等功能,确保数据的安全性和一致性。其中,数据模型是描述数据结构和数据间关系的基础,常见的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型和对象-关系模型等。 关系模型是目前最广泛应用的数据模型,由关系、属性、元组和键码组成。关系是一张二维表格,每个表格称为一个关系,其中的行代表元组,列代表属性,而键码是唯一标识元组的属性或属性组合。数据库系统运行的过程通常包括数据的输入、处理、查询、更新和输出。 【数据库建模】 数据库建模是设计数据库结构的过程,常用的建模方法有对象-关系建模(ODL)和实体-联系模型(E/R模型)。ODL使用类来表示数据实体,属性描述类的特性,联系描述不同类之间的关联。E/R模型通过实体、联系和属性来表示数据结构,联系可以是多向的,且有三种类型:一对一、一对多和多对多。在设计时,需遵循一定的原则,如最小冗余、数据完整性和引用完整性等。子类是具有继承性的类,可以扩展父类的属性和行为。键码是用于唯一标识实体的属性,引用完整性则确保了数据的关联性。 【关系模型和关系运算】 关系模型的基础概念包括属性、域、元组和模式。ODL设计可以通过转换为关系设计,将非原子属性、联系和子类映射到关系表。E/R图同样可以转换为关系设计,实体集、联系分别对应关系表。关系代数是用于操作关系数据的运算集合,包括集合运算、投影、选择、连接等。关系演算和关系逻辑则是另一种表示查询的方式,能更直观地表达复杂查询需求。 【数据库语言SQL】 SQL(结构化查询语言)是数据库操作的标准语言,用于查询、更新和管理数据库。它可以执行简单查询,如选择、排序、聚合,以及连接查询,如并、交、差。嵌套查询可以用来处理更复杂的条件,而数据库更新则包括插入、删除和修改记录。SQL还可以定义关系模式,创建索引,以及创建和管理视图,视图是基于已有表的虚拟表,可以简化查询和管理。 【查询优化和并发控制】 查询优化是提高数据库性能的关键,通过等价关系代数变换找到最优的执行计划。并发控制则处理多个事务同时访问数据库时可能出现的数据不一致性问题。事务是数据库操作的基本单元,通过封锁协议如三级封锁协议和两段锁协议来保证并发操作的正确性和可串行化。 【关系数据库设计理论】 关系数据库设计理论关注如何有效地组织数据以消除冗余和确保数据一致性。函数依赖定义了属性间的关系,键码和超键码是识别这些依赖的关键。关系模式设计中可能遇到的问题如冗余和更新异常,通过满足不同范式(第一范式、第二范式、第三范式和BC范式)来解决。多值依赖则涉及属性间的依赖关系,通过分解到第四范式来减少冗余。 总结来说,数据库系统是复杂而重要的信息存储和管理工具,涵盖了数据模型、数据库设计、查询优化和并发控制等多个方面,通过标准语言SQL进行操作,并遵循一系列理论原则以保证数据的完整性和效率。
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