軟件設(shè)計(jì)師重點(diǎn)難點(diǎn)——數(shù)據(jù)庫

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是指DBS中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，它是DBS的核心成分。DBS中所有與數(shù)據(jù)庫打交道的操作，包括建庫、查詢、更新及數(shù)據(jù)控制，都是通過DBMS進(jìn)行的。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總是基于某種數(shù)據(jù)庫模型，可分為網(wǎng)狀型、層次型、關(guān)系型和面向?qū)ο笮虳BMS。

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要目標(biāo)：把數(shù)據(jù)作為可管理的資源處理。

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的5個(gè)重要功能：

　　◆數(shù)據(jù)庫的定義功能：DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DDL）定義數(shù)據(jù)庫的3級(jí)結(jié)構(gòu)，包括外模式、概念模式、內(nèi)模式及其相互之間的映象，定義數(shù)據(jù)的完整性約束、保密限制等條件。因此在DBMS中包括DDL的編譯程序。

　　◆數(shù)據(jù)庫的操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言（DML）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的操作。有4種基本操作：檢索（查詢）、插入、刪除、修改。在DBMS中包括DML的編譯程序或解釋程序。

　　◆數(shù)據(jù)庫的保護(hù)功能：DBMS對(duì)數(shù)據(jù)庫的保護(hù)主要通過4個(gè)子系統(tǒng)：

　　A.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（在數(shù)據(jù)庫被破壞或數(shù)據(jù)不正確時(shí)，系統(tǒng)有能力把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到最近某個(gè)正確的狀態(tài)

　　B.數(shù)據(jù)完整性控制（保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)及語義的正確性和有效性，防止任何對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的操作）

　　C.多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制。

　　D.數(shù)據(jù)安全性控制（防止未被授權(quán)的用戶蓄謀或無意地存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以免數(shù)據(jù)的泄露或破壞）。

　　◆數(shù)據(jù)庫的維護(hù)功能：這部分包括數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)載入、轉(zhuǎn)換功能、存儲(chǔ)功能、數(shù)據(jù)庫的改組、性能監(jiān)視功能。

　　◆數(shù)據(jù)字典（DD）：DD管理數(shù)據(jù)庫3級(jí)結(jié)構(gòu)的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)庫的操作都要通過查閱DD才能進(jìn)行。現(xiàn)在有的大型系統(tǒng)中，把DD單獨(dú)抽出來自成一個(gè)系統(tǒng)，成為一個(gè)系統(tǒng)工具，使得DD成為一個(gè)比DBMS更高級(jí)的用戶與數(shù)據(jù)庫之間的接口。

　　要注意的是：應(yīng)用程序并不屬于DBMS的范圍。應(yīng)用程序是用主語言和DML編寫的，程序中的DML語句由DBMS執(zhí)行，而其余部分仍由主語言編譯程序完成。

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它是采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，它不僅僅是一組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件（即DBMS），也不僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)庫。它是一個(gè)實(shí)際可運(yùn)行的、按照數(shù)據(jù)庫方法存儲(chǔ)、維護(hù)和向應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持的系統(tǒng)。它是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體，由數(shù)據(jù)庫DB、硬件支持系統(tǒng)、軟件支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理員DBA這四部分組成。

　　SQL語句

　　◆基本表的定義可用“CREATE TABLE”語句實(shí)現(xiàn)，增加屬性可以用ALTER...ADD...”語句，刪除屬性可以用“ALTER...DROP...”語句;刪除已存在的表可用“DROP TABLE...”語句。

　　◆視圖的定義和撤消

　　◆索引的定義和撤銷

　　◆SELECT 查詢語句

　　◆DELETE刪除語句

　　◆INSERT插入語句

　　◆uPDATE語句

　　關(guān)系運(yùn)算

　　專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接、除等。

　　選擇（Selection）

　　選擇又稱為限制（Restriction）。它是在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組，記作：

　　σF(R) = {t|t∈R ∧ F(t)='真'}

　　其中F表示選擇條件，它是一個(gè)邏輯表達(dá)式，取邏輯值‘真’或‘假’。

　　邏輯表達(dá)式F的基本形式為：

　　X1 θ Y1 [ φ X2 θ Y2 ]

　　θ表示比較運(yùn)算符，它可以是＞、≥、＜、≤、＝或≠。X1、Y1等是屬性名或常量或簡(jiǎn)單函數(shù)。屬性名也可以用它的序號(hào)來代替。φ表示邏輯運(yùn)算符，它可以是僼、∧或∨。[ ]表示任選項(xiàng)，即[ ]中的部分可以要也可以不要，...表示上述格式可以重復(fù)下去。

　　因此選擇運(yùn)算實(shí)際上是從關(guān)系R中選取使邏輯表達(dá)式F為真的元組。這是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算。

　　舉例

　　設(shè)有一個(gè)學(xué)生-課程關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括學(xué)生關(guān)系Student、課程關(guān)系Course和選修關(guān)系SC。下面的許多例子將對(duì)這三個(gè)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算。

　　例1 查詢信息系（IS系）全體學(xué)生

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

　　例2 查詢年齡小于20歲的元組

　　σSage<20(Student)

　　或σ4<20(Student) 。

　　投影（Projection）

　　關(guān)系R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系。記作：

　　ΠA(R) = { t[A] | t∈R }

　　其中A為R中的屬性列。

　　舉例

　　例3 查詢學(xué)生關(guān)系Student在學(xué)生姓名和所在系兩個(gè)屬性上的投影：

　　ΠSname,Sdept(Student)

　　或

　　Π2,5(Student)

　　結(jié)果如圖2-7(a)。

　　投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組，因?yàn)槿∠�了某些屬性列后，就可能出現(xiàn)重復(fù)行，應(yīng)取消這些完全相同的行。

　　例4 查詢學(xué)生關(guān)系Student中都有哪些系，即查詢學(xué)生關(guān)系Student在所在系屬性上的投影

　　ΠSdept(Student)

　　投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組，因?yàn)槿∠�了某些屬性列后，就可能出現(xiàn)重復(fù)行，應(yīng)取消這些完全相同的行。

　　連接（Join）

　　連接也稱為θ連接。它是從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。記作：

　　其中A和B分別為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組。θ是比較運(yùn)算符。連接運(yùn)算從R和S的笛卡爾積R×S中選取（R關(guān)系）在A屬性組上的值與（S關(guān)系）在B屬性組上值滿足比較關(guān)系θ的元組。

　　連接運(yùn)算中有兩種最為重要也最為常用的連接，一種是等值連接（equi-join），另一種是自然連接（Natural join）。

　　θ為“＝”的連接運(yùn)算稱為等值連接。它是從關(guān)系R與S的笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組。即等值連接為：

　　自然連接（Natural join）是一種特殊的等值連接，它要求兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組，并且要在結(jié)果中把重復(fù)的屬性去掉。即若R和S具有相同的屬性組B，則自然連接可記作：

　　一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算。但自然連接還需要取消了重復(fù)列，所以是同時(shí)從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。

　　除（Division）

　　給定關(guān)系R(X,Y)和S(Y,Z)，其中X、Y、Z為屬性組。R中的Y與S中的Y&127;可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運(yùn)算得到一個(gè)新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。記作：

　　其中Yx為x在R中的象集，x=tｒ[X]。

　　舉例

　　例6 設(shè)關(guān)系R、S分別為圖2-9中的(a)和(b)，R÷S的結(jié)果為圖2-9(c)。

　　在關(guān)系R中，A可以取四個(gè)值{a1, a2, a3, a4}。其中：

　　a1的象集為{(b1,c2), (b2,c3), (b2,c1)}

　　a2的象集為{(b3,c7), (b2,c3)}

　　a3的象集為{(b4,c6)}

　　a4的象集為{(b6,c6)}

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

　　顯然只有a1的象集(B,C)a1包含S在(B,C)屬性組上的投影，所以R÷S={a1}。