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数据库系统概述

基本概念

数据库

数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

数据库管理系统

数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。用于科学的组织和存储数据、高效的获取和维护数据。它主要包括数据定义功能、数据组织存储和管理、数据操纵功能、数据库的事务管理和运行管理、数据库的建立和维护功能等功能。

数据库系统

数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。

数据库系统由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户组成。

为什么使用数据库系统

数据结构化

实现了数据的整体结构化，不仅仅面向单个应用，而是整个组织或企业。

数据高共享

• 降低数据的冗余度，节省存储空间
• 避免数据间的不一致性
• 使系统易于扩充

数据独立性高

• 数据逻辑独立性
• 数据物理独立性

数据由数据库管理系统统一管理和控制

• 数据的安全性保护
• 数据的完整性检测
• 并发控制
• 数据库恢复

数据库技术发展概述

数据模型

• 数据模型师数据库系统的核心和基础
• 层次网状模型
• 关系模型
• OO、OR模型
• NOSQL
  • KV模型
  • 列簇模型
  • 文档
  • 图

应用领域

• OLTP
• OLAP
• HTAP
• GIS

OLTP与OLAP

OLTP--联机事物处理

特点：高并发且数据量级不大的查询，主要用于管理事务。INSERT, UPDATE, DELETE操作比较多。查询通常以点查询和范围查询为主。

OLTP是传统的关系型数据库的主要应用，主要是基本的、日常的事务处理，例如银行交易。

OLAP—联机分析处理

特点：查询频率较低，通常会涉及到非常复杂的聚合计算

OLAP是数据仓库系统的主要应用，支持复杂的分析操作，侧重决策支持，并且提供直观易懂的查询结果

对比

关系数据库概述

关系模型概述

关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统

关系模型的组成

• 关系数据结构
  • 单一的数据结构—关系
    • 现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示
  • 数据的逻辑结构—二维表
    • 从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表
• 关系操作集合
• 关系完整性约束

关系操作

常用的关系操作

• 查询
  • 选择、投影、连接、除、并、交、差
• 数据更新
  • 插入、删除、修改
• 查询的表达能力是最主要的部分

关系操作的特点

• 集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。
  • 非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录
  • 文件系统的数据操作方式

关系数据语言的种类

• 关系代数语言
  • 用对关系的运算来表达查询要求
• 关系演算语言
  • 用谓词来表达查询要求
• 关系代数和关系演算双重特性的语言
  • 典型代表：SQL

关系数据语言的特点

• 高度非过程化
  • 存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成
  • 用户不必用循环结构就可以完成数据操作
• 能嵌入高级语言中使用
• 关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价