软考软件设计师重点难点：数据库

软件设计师重点难点——数据库

　　数据库管理系统（DBMS）

　　数据库管理系统（DBMS）是指DBS中对数据进行管理的软件系统，它是DBS的核心成分。DBS中所有与数据库打交道的操作，包括建库、查询、更新及数据控制，都是通过DBMS进行的。数据库管理系统总是基于某种数据库模型，可分为网状型、层次型、关系型和面向对象型DBMS。

　　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：DBMS提供数据定义语言（DDL）定义数据库的3级结构，包括外模式、概念模式、内模式及其相互之间的映象，定义数据的完整性约束、保密限制等条件。因此在DBMS中包括DDL的编译程序。

　　◆数据库的操纵功能：提供数据操纵语言（DML）实现对数据的操作。有4种基本操作：检索（查询）、插入、删除、修改。在DBMS中包括DML的编译程序或解释程序。

　　◆数据库的保护功能：DBMS对数据库的保护主要通过4个子系统：

　　A.数据库恢复（在数据库被破坏或数据不正确时，系统有能力把数据库恢复到最近某个正确的状态

　　B.数据完整性控制（保证数据库中数据及语义的正确性和有效性，防止任何对数据错误的操作）

　　C.多用户环境下的并发控制。

　　D.数据安全性控制（防止未被授权的用户蓄谋或无意地存取数据库中的数据，以免数据的泄露或破坏）。

　　◆数据库的维护功能：这部分包括数据库的初始数据载入、转换功能、存储功能、数据库的改组、性能监视功能。

　　◆数据字典（DD）：DD管理数据库3级结构的定义。对于数据库的操作都要通过查阅DD才能进行。现在有的大型系统中，把DD单独抽出来自成一个系统，成为一个系统工具，使得DD成为一个比DBMS更高级的用户与数据库之间的接口。

　　要注意的是：应用程序并不属于DBMS的范围。应用程序是用主语言和DML编写的，程序中的DML语句由DBMS执行，而其余部分仍由主语言编译程序完成。

　　数据库系统（DBS）

　　数据库系统是一个复杂的系统，它是采用了数据库技术的计算机系统。因此，它不仅仅是一组对数据进行管理的软件（即DBMS），也不仅仅是一个数据库。它是一个实际可运行的、按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统。它是存储介质、处理对象和管理系统的集合体，由数据库DB、硬件支持系统、软件支持系统和数据库管理员DBA这四部分组成。

　　SQL语句

　　◆基本表的定义可用“CREATE TABLE”语句实现，增加属性可以用ALTER...ADD...”语句，删除属性可以用“ALTER...DROP...”语句;删除已存在的表可用“DROP TABLE...”语句。

　　◆视图的定义和撤消

　　◆索引的定义和撤销

　　◆SELECT 查询语句

　　◆DELETE删除语句

　　◆INSERT插入语句

　　◆uPDATE语句

　　关系运算

　　专门的关系运算包括选择、投影、连接、除等。

　　选择（Selection）

　　选择又称为限制（Restriction）。它是在关系R中选择满足给定条件的诸元组，记作：

　　σF(R) = {t|t∈R ∧ F(t)='真'}

　　其中F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值‘真’或‘假’。

　　逻辑表达式F的基本形式为：

　　X1 θ Y1 [ φ X2 θ Y2 ]

　　θ表示比较运算符，它可以是＞、≥、＜、≤、＝或≠。X1、Y1等是属性名或常量或简单函数。属性名也可以用它的序号来代替。φ表示逻辑运算符，它可以是僼、∧或∨。[ ]表示任选项，即[ ]中的部分可以要也可以不要，...表示上述格式可以重复下去。

　　因此选择运算实际上是从关系R中选取使逻辑表达式F为真的元组。这是从行的角度进行的运算。

　　举例

　　设有一个学生-课程关系数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC。下面的许多例子将对这三个关系进行运算。

　　例1 查询信息系（IS系）全体学生

　　σSdept='IS'(Student) 或 σ5='IS'(Student)

　　例2 查询年龄小于20岁的元组

　　σSage<20(Student)

　　或σ4<20(Student) 。

　　投影（Projection）

　　关系R上的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系。记作：

　　ΠA(R) = { t[A] | t∈R }

　　其中A为R中的属性列。

　　举例

　　例3 查询学生关系Student在学生姓名和所在系两个属性上的投影：

　　ΠSname,Sdept(Student)

　　或

　　Π2,5(Student)

　　结果如图2-7(a)。

　　投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组，因为取消了某些属性列后，就可能出现重复行，应取消这些完全相同的行。

　　例4 查询学生关系Student中都有哪些系，即查询学生关系Student在所在系属性上的投影

　　ΠSdept(Student)

　　投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组，因为取消了某些属性列后，就可能出现重复行，应取消这些完全相同的行。

　　连接（Join）

　　连接也称为θ连接。它是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。记作：

　　其中A和B分别为R和S上度数相等且可比的属性组。θ是比较运算符。连接运算从R和S的笛卡尔积R×S中选取（R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属性组上值满足比较关系θ的元组。

　　连接运算中有两种最为重要也最为常用的连接，一种是等值连接（equi-join），另一种是自然连接（Natural join）。

　　θ为“＝”的连接运算称为等值连接。它是从关系R与S的笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组。即等值连接为：

　　自然连接（Natural join）是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且要在结果中把重复的属性去掉。即若R和S具有相同的属性组B，则自然连接可记作：

　　一般的连接操作是从行的角度进行运算。但自然连接还需要取消了重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。

　　除（Division）

　　给定关系R(X,Y)和S(Y,Z)，其中X、Y、Z为属性组。R中的Y与S中的Y&127;可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。R与S的除运算得到一个新的关系P(X)，P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。记作：

　　其中Yx为x在R中的象集，x=tｒ[X]。

　　举例

　　例6 设关系R、S分别为图2-9中的(a)和(b)，R÷S的结果为图2-9(c)。

　　在关系R中，A可以取四个值{a1, a2, a3, a4}。其中：

　　a1的象集为{(b1,c2), (b2,c3), (b2,c1)}

　　a2的象集为{(b3,c7), (b2,c3)}

　　a3的象集为{(b4,c6)}

　　a4的象集为{(b6,c6)}

　　S在(B,C)上的投影为{(b1,c2), (b2,c3), (b2,c1)}

　　显然只有a1的象集(B,C)a1包含S在(B,C)属性组上的投影，所以R÷S={a1}。