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数据库知识培训资料全.doc
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数据库知识
数据库管理系统的功能和特征·数据库模型(概念模式、外模式、模式)·数据模型,ER 图,第一式、第二式、
第三式·数据操作(集合运算和关系运算)·数据库语言(SQL)·数据库的控制功能(并发控制、恢复、安全性、完
整性)·数据仓库和分布式数据库基础知识
1、数据库知识
1.1 数据管理技术的发展
数据管理技术的发展阶段:
人工阶段:数据处理方式是批处理。其特点是:
� 数据不保存
� 没有专用的软件对数据进行管理
� 只有程序概念,没有文件概念
� 一组数据对应一个程序,即数据是面向程序的
文件系统阶段:数据处理方式有批处理,也有联机实时处理。其特点是:
� 数据可长期保存在外存上
� 数据的逻辑结构与物理结构有了区别,但简单
� 文件组织已多样化,有索引文件、文件和直接存取文件等,但文件之间相互独立,没有联系
� 数据不再属于某个特定的程序,可重复使用,但数据结构和程序之间的依赖关系并未根本改
变。
其缺点是:
� 数据冗余性
� 数据不一致性
� 数据联系弱
数据库阶段:其特点是:
� 用关系模型表示复杂的数据模型
� 有较高的数据独立性
� 数据库系统为用户提供了方便的用户接口
� 数据库管理系统提供了四个方面的数据控制能力-数据完整性、数据安全性、数据库的并发
控制、数据库的恢复
数据库的基本概念
数据库(DB):是存储在一起的相关数据的集合。DB 能为各种用户共享,具有最小冗余度,数据间联系密切,而
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又有较高的程序与数据的独立性。
数据库管理系统(DBMS):DBMS 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件,为用户或应用程序提供访问 DB
的方法,包括 DB 的建立、查询、更新与各种数据控制。DBMS 可分为层次型、网状型、关系型、面向对象型。
数据库系统(DBS):即是采用了数据库技术的计算机系统,是实现有组织地、动态存储大量关联数据,方便多用
户访问的计算机软件、硬件和数据资源而组成的系统。
数据库技术:研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。
1.2 数据模型
表示实体类型与实体之间联系的模型称为“数据模型”。数据模型是严格定义的概念的集合,数据库的数据模型
应包括数据结构(指对实体类型和实体之间联系的表达和实现)、数据操作(指对数据库的检索和更新两大类操作)和
完整性约束(给出数据与其所具有的制约合依赖规则)3 个部分。
数据模型的种类很多。目前广泛使用的数据模型可分为两种:概念数据模型和结构数据模型。
概念数据模型
这是一种独立于任何计算机系统的模型,完全不涉与信息在计算机系统中的表示,用于建立信息世界的数据模型,
是现实世界的第一层抽象,是用户和数据库设计人员进行交流的工具,其中最著名的模型是“实体联系模型”(ER 模
型)。
ER 模型直接从现实世界中抽取出实体类型与实体间联系图(ER 图)表示数据模型。一般遇到实际问题时,总是先设计
一个 ER 模型,然后再把 ER 模型转换成与 DBMS 关联的数据模型。
结构数据模型(亦称基本数据模型):
这是直接面向数据库的逻辑数据结构,通常有一组严格定义了语法和语义的数据库语言,用来定义、操纵数据库
中的数据。其主要有层次、网状、关系模型三种。
◆层次模型:用树型(层次)结构表示实体类型与实体之间联系的数据模型称为层次模型。层次结构是一棵树,树的
结点是记录类型,非根结点有且只有一个父结点。上一层记录类型和下一层记录类型的联系是 1:M 联系。
◆网状模型:用从结构(网络结构)表示实体类型与实体间联系的数据模型称为网状模型。记录之间的联系通过指针
实现,M:N 联系容易实现(一个 M:N 联系可拆成两个 1:M 联系),查询效率高。
◆关系模型:用规化了的二维表格结构表示实体集,用键表示实体间联系。通常是若干个关系模型组成的集合。
1.3 数据库系统的结构
� 数据库的数据体系结构
数据库的数据体系结构分成 3 个级别:部级、概念级、外部级。从某个角度看到的数据特性称为数据视图。
� 外部级最接近用户,是用户看到的数据特性,用户的数据视图称为外模型。
� 概念级是涉与到所有用户的数据定义,也就是全局的数据视图,称为概念模型。
� 部级是最接近于物理存储设备,涉与到实际数据的存储方式。物理存储的数据视图称为模型。
这些模型用数据库的数据定义语言(DDL)描述后,分别得到外模式、概念模式、模式。为实现这3个抽象级别的转换,
数据库和管理系统在这3级结构之间提供了两层映象:外模式/概念模式映象和概念模式/模式映象
数据库管理系统的主要目标:把数据作为可管理的资源处理。
数据库管理系统的5个重要功能:数据库的定义功能、数据库的操纵功能、数据库的保护功能、数据库的维护功能、
数据字典。
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数据库的全局结构:
DBS 的某些功能是由计算机的 OS 提供的,OS 提供了 DBS 最基本的服务,因此 DBS 必须在 OS 基础上工作。在 DBS
中就应包含 DBMS 和 OS 之间的界面。
DBS 的全局结构由数据库用户、数据库管理系统的查询处理器、数据库管理系统的存储管理器和磁盘存储器中的
数据结构等部分组成。
1.4 关系模型和关系运算
� 基本概述
关系数据库是应用关系数据模型来建立和处理数据库中的数据。这其中主要涉与几个重要的概念。
� 关系
关系实际上就可以看作是一个二维表。其中,表的每一列称为属性,并用属性名来标识。每个属性的取值围,
就是该属性所对应的值域。表的每一行称为元组。约定该表的行、列的次序的改变,不改变关系的语义性质。
对于一个关系,应该具备下列性质:
� 关系中每一个属性值都是不可分解的;
� 关系中不允许出现一样的元组;不让用户考虑元组的顺序;
� 用户在使用时应考虑列的顺序。
� 关系模型
关系模型是目前最流行的一种数据模型,它是用二维表格结构表示实体集,关键码表示实体间的联系。
� 关键字(键)
I. 候选键
关系中的某一属性或属性组,若它的值可以唯一标识关系中的一个元组而又不含有多余的属性,则称该属性或属性组
为候选关键字。
II. 主键
关系模式中用户正使用的候选关键字称为主关键字。
III. 外关键字
若模式 R 中某属性集是其他模式的候选键,那么该属性集对模式 R 而言就是外关键字。
IV. 超键
关系模式中,为唯一标识元组的属性集称为超键。
� 关系模型
关系模型遵循数据库的 3 级体系结构。
� 关系模式
数据库的概念模式定义为关系模式的集合。每个关系模式就是记录类型。
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� 关系子模式
这是对用户所用到的那部分数据的描述。除了指出用户用到的数据外,还应指出数据与模式中相应数据的联系,即指
出子模式与模式之间的对应性。
� 关系存储模式(关系模式)
这是作为文件看待的,每个元组就是一个记录。
关系模型有 3 个部分构成:
� 数据结构
关系模型采用的数据结构是关系。
� 关系操作
关系模型提供一组完备的关系运算,以支持对数据库的各种操作。关系运算的理论是关系代数和关
系演算。
� 关系的完整性
在关系模型中,数据的约束条件通过三类完整性约束条件来描述。即:
I. 实体完整性
要求关系中的元组的主键值不能是空值。
II. 参照完整性
要求在关系中不允许引用不存在的实体。
III. 用户定义的完整性
这是针对某一具体数据的约束条件,由应用环境决定,例如属性的值限制。
� 关系代数
关系查询语言根据其理论基础的不同分成两大类:
� 关系代数语言:查询操作是以集合操作为基础的运算。
� 关系演算语言:查询操作是以谓词演算为基础的运算。
其中,关系代数是以集合代数为基础发展起来的,它是以关系为运算对象的一组高级运算的集合。关系代数的运算可
分为两类:
基本运算操作:并、差、笛卡尔积、投影和选择。
组合运算操作:交、联接、自然联接和除。
另外,还有几种扩充的关系代数操作:外联接(左外联接和右外联接)、外部并和半联接。
以下对几种常用的关系运算作一个简单的介绍。
� 基本运算
1. 并
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设有两个关系 R 和 S 具有一样的关系模式,关系 R 和 S 的并是由属于 R 或属于 S 的元组组成的集合,记为 R∪S。形式
定义如下:R∪S≡{t│t∈R∨t∈S}
2. 差
设有两个关系 R 和 S 具有一样的关系模式,关系 R 和 S 的差是由属于 R 但不属于 S 的元组组成的集合,记为 R-S。形
式定义如下:R-S≡{t│t∈R∧t ̄∈S}
3. 笛卡儿积
设关系 R 和 S 元数分别为 r 和 s。定义 R 和 S 的笛卡儿积是一个(r+s)元的元组集合,每个元组的前 r 个分量来自 R 的
一个元组,后 s 个分量来自 S 的一个元组,记为 R×S 形式定义如下:R×S≡{t│t=<t
r
,t
s
>t
r
∈R∧t
s
∈S}
若 R 有 m 个元组,S 有 n 个元组,则 R×S 有(mn)个元组。
4. 投影
该操作是对关系进行垂直分割,消去某些列,并重新安排列的顺序,再删去重复元组。
5. 选择
这个操作是根据某些条件对关系作水平分割,即选择符合条件的元组。条件可用命题公式 F 表示,F 中的运算对象是
常数(用引号括起来)或元组分量(属性名或列的序号)。运算符有算术比较运算符(≤,<,≥,>,=,≠)和逻
辑运算符(∧,∨,┐)。
δ
F
(R)≡{t│t∈R∧F(t)= true}
δ为选择运算符,δ
F
(R)表示从 R 中挑选满足公式 F 的元组所构成的集合。常量用引号括起来,而属性号或属性名不
要用引号括起来。
� 组合运算
1. 交
设有两个关系 R 和 S 具有一样的关系模式,关系 R 和 S 的交是由属于 R 又属于 S 的元组组成的集合,记为 R∩S。形式
定义如下:R∩S≡{t│t∈R∧t∈S}
2. 联接(又称θ联接)
从关系 R 和 S 的笛卡尔积中选取属性值之间满足一定条件的元组,记为:
R│×│S≡δ
iθ(i+j)
(R×S) ijθ
这里 R 的元数是 r,θ是算术比较运算符。R│×│S 操作是在 R 和 S ijθ的笛卡尔积中挑选第 i 个分量和第(r+j)
个分量满足θ运算的元组组成的新的关系。
3. 自然联接
两个关系 R 和 S 的自然联接用 R│×│S 表示,具体计算过程如下:
A) 计算 R×S
B) 设 R 和 S 的公共属性是 A1,A2,A3,..Ak.,挑选 R×S 中满足 R.A1=S.A1,R.A2,...,R.Ak=S.Ak 的那
些元组
C) 去掉 S.A1,S.A2,..S.Ak
R│×│S 可用下列形式定义:
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