数据库系统概述

基本概念

• 数据库（Data Base，DB）：是按照一定的组织形式存储在一起的相互关联的数据的集合。

• 数据库管理系统（DBMS）：是数据库系统的核心部分，由一个互相关联的数据的集合和一组用以访问这些数据的程序组成。主要目标是提供一个可以方便、高效地存取数据库信息的途径。

数据模型

• 数据模型：一个描述数据、数据联系、数据语义、以及一致性约束的概念工具的集合。

• 关系模型：用表的集合来表示数据和数据间的联系。表也称为关系，每个表有多行多列，每列有唯一的列名，每行为一条记录。

• 实体-联系模型：（Entity-Relationship，E-R）数据模型，描述实体对象以及它们之间的联系。

• 半结构化数据模型：允许在其数据定义中某些相同类型的数据项含有不同的属性集。

• 基于对象的数据模型：将面向对象的概念整合到关系数据库中。

关系数据模型

关系数据模型是使用最广泛的数据模型。数据以表的形式表示，每个表有多行多列，每列有唯一的列名，每行为一条记录。

数据抽象

• 物理层：最低层次的抽象，详细描述复杂的底层数据结构

• 逻辑层：描述数据库中存储什么数据以及这些数据之间存在什么联系。

• 视图层：最高层次的抽象，只描述整个数据库的某个部分。

• 物理模式：在物理层描述数据库的设计

• 逻辑模式：在逻辑层描述数据库的设计

• 子模式：在视图层描述数据库视图的设计

数据库语言

• 数据定义语言（Data- Definition Language，DDL）

  用于定义数据模式。比如创建数据库、修改数据库、数据库备份等管理，创建数据表、修改数据表结构，域约束定义、用户权限定义。

    create table instructor(
  				  ... ...)

• 数据操纵语言（Data- Manipulation Language，DML）

  用于表达数据的查询和更新（增删改），比如插入数据、修改数据、删除数据、查询数据。

  select name
  from instructor
  where dept_name = '...'

  数据定义语言和数据操纵语言不是两种相互独立的语言，它们只是构成了单一的数据库语言（例如SQL语言）的不同部分。

数据库设计

数据库设计的主要内容是数据库模式的设计

数据库设计是指对于一个给定的应用环境，设计最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各类用户的应用需求。

• 概念设计：决定数据库中应该包括哪些数据，以及如何组织这些属性到各个表中。使用E-R模型。

• 逻辑设计：将高层次的概念模式移到要使用的实现数据库系统的数据模型上。

• 物理设计：设计数据库的物理特性，包括文件组织形式以及内部存储结构。

概念设计

对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成：

• 实体

• 实体的属性，标识实体的码

• 确定实体之间的联系类型（1:1,1:n,m:n）

逻辑设计

• 概念结构设计得到的E-R图根据转换规则转化为一般数据模型；

• 根据特定DBMS的特点与限制转化为特定DBMS支持下的数据模型；

• 根据优化方法如规范化理论转化为优化模型；

• 得到逻辑模型进入物理结构设计；

物理设计

• 逻辑结构设计得到的逻辑模型输入，确定数据库的物理结构；

• 评价数据库的物理结构；

• 得到物理模型，进行数据库实施阶段。

数据库引擎（核心组件）

数据库系统被划分为多个模块，每个模块完成整个系统的一个功能

• 存储管理器：负责数据库中数据的存储、检索和更新

  权限及完整性管理器、事务管理器、文件管理器、缓冲区管理器

• 查询处理器：负责数据检索

  DDL解释器、DML解释器、查询执行引擎

• 事务管理：负责完成原子性、一致性功能的操作

  并发控制管理器、恢复管理器