数据库基础理论—体系结构

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数据库原理知识点 主要知识点为冯诺依曼体系结构

数据库原理知识点 主要知识点为冯诺依曼体系结构

数据库原理知识点一、冯诺依曼体系结构简介1. 冯·诺伊曼是现代计算机的奠基人之一,他提出的冯诺依曼体系结构是现代计算机设计的基础,也是数据库系统的核心概念之一。

2. 冯诺依曼体系结构包括计算机的硬件和软件两部分,硬件部分主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成,而软件部分则由指令集、程序计数器和数据寄存器等组成。

3. 冯诺依曼体系结构的特点包括存储程序和程序控制。

二、数据库系统与冯诺依曼体系结构的关系1. 数据库系统是建立在计算机硬件和软件基础上的信息系统,而计算机硬件和软件又是基于冯诺依曼体系结构设计的,因此数据库系统与冯诺依曼体系结构有着密切的关系。

2. 数据库系统作为一种特殊的应用软件,其设计和实现也需要遵循冯诺依曼体系结构的原则,包括存储程序和程序控制等。

3. 在数据库系统的实际应用中,冯诺依曼体系结构的优势和特点也对系统的性能和稳定性产生着重要影响。

三、数据库系统的存储原理与冯诺依曼体系结构1. 数据库系统的存储器结构遵循冯诺依曼体系结构的基本原则,包括指令和数据存储器的统一结构,存储器的随机访问特性等。

2. 在数据库系统中,数据存储器的设计和实现对系统的性能和可靠性有着重要影响,同样也需要遵循冯诺依曼体系结构的存储原理。

3. 冯诺依曼体系结构中的控制器和输入输出设备也对数据库系统的存储原理产生着重要影响,包括数据的读写速度和存储器的扩展性等。

四、数据库系统的程序控制与冯诺依曼体系结构1. 数据库系统的程序控制部分包括数据操作和查询处理等,这些程序控制部分也需要遵循冯诺依曼体系结构的基本原则,包括指令集、程序计数器和数据寄存器等。

2. 冯诺依曼体系结构的程序控制部分也对数据库系统的查询处理和数据操作产生着重要影响,包括系统的响应速度和处理能力等。

3. 在数据库系统的实际应用中,程序控制部分的设计和实现也需要充分考虑冯诺依曼体系结构的特点,以确保系统的稳定和高效运行。

数据库的体系结构

数据库的体系结构

数据库的体系结构数据库是为用户提供信任和可靠性的数据存储和管理系统。

它是一组数据和程序,用于访问和管理这些数据。

数据库体系结构是指数据库系统的总体设计,它定义了数据库的组成部分以及这些部分之间的关系。

下面将介绍数据库的体系结构。

1.模式层模式层指的是数据库模式的描述。

数据库模式是指用于描述数据结构的元数据的集合。

它包括实体,关系和属性。

实体是指定义的一个对象类型(例如,雇员),它包含实体的属性,关系是实体之间的联系,属性是实体的特征。

2.外部层外部层是指数据库的外部视图或用户视图。

视图是表的一种抽象,是一种不实际存储数据的虚表。

用户可以只访问所需的视图,而不需要了解底层的表结构。

这样,数据安全性就得到了保障,因为用户不能直接访问真正的数据。

3.内部层内部层或物理层是指实际存储数据的方式。

它用于将逻辑数据表示转换为物理上存储到磁盘的数据形式。

它包括数据存储结构,数据访问方法和索引等。

在内部层中,有两个关键的组成部分,数据存储和数据访问方法。

a.数据存储数据存储是指在硬盘上实际存储数据的方式。

关系数据库通常以表的形式存储数据。

其他类型的数据库,例如对象数据库,XML数据库,具有不同的数据存储方式。

b.数据访问方法数据访问方法是指访问存储在磁盘上的数据的方式。

关系数据库系统通常使用SQL(结构化查询语言)实现这一点,它允许用户以表格的形式查询和更新数据。

其他类型的数据库可能使用不同的查询语言和访问方法。

4.存储管理器存储管理器是数据库系统的中心组件,它负责管理所有的数据存储和访问。

它包括缓存管理,存储分配和存储访问。

缓存管理用于管理内存中的缓存,存储分配用于管理磁盘上的数据存储分配方式,存储访问用于实现对存储的访问和操作。

总之,数据库的体系结构由四个主要部分组成:模式层,外部层,内部层和存储管理器。

这个体系结构提供了一个可靠的方法来存储和管理数据,并同时保证数据的完整性和安全性。

数据库体系结构

数据库体系结构

数据库体系结构数据库如何处理一个查询当应用程序向PostgreSQL系统提交一个查询时,一般要经过五个阶段:联接阶段一旦建立起来一个联接,客户端进程就可以向后端服务器进程发送查询了。

查询是通过纯文本传输的,也就是说在前端不做任何分析处理。

服务器分析查询,创建执行规划,执行该规划并且通过已经建立起来的联接把检索出来的记录返回给客户端。

分析阶段解析器的功能就其目的性来说,就是检查从应用程序(客户端)发送过来的查询,核对语法并创建一个查询分析树(querytree)。

重写阶段重写系统是一个位于分析器阶段和规划器/优化器之间的模块。

它接收分析阶段来的查询树且搜索任何应用到查询树上的规则,(规则存储在系统表里)并根据给出的规则体进行转换。

重写系统的一个应用就是实现视图。

当一个查询访问一个视图时(也就是说,一个虚拟表),重写系统改写用户的查询,使之成为一个访问在视图定义里给出的基本表的查询。

优化阶段规划器/优化器的任务是创建一个优化了的执行规划。

它首先合并对出现在查询里的关系进行扫描和连接所有可能的方法。

这样创建的所有路径都导致相同结果,而优化器的任务就是计算每个路径的开销并且找出开销最小的那条路径。

执行阶段接受规划器/优化器传过来地查询规划然后递归地处理它,抽取所需要的行集合。

执行器就是对应于上面所提到的查询引擎中的执行处理客户端发来的请求(Executor),它是查询引擎的核心模块。

执行器实际上是一个需求-拉动地流水线机制。

每次调用一个规划节点地时候,它都必须给出更多的一个行,或者汇报它已经完成行的传递。

针对不同的SQL查询类型,执行器会有不同的执行方案,而这些方案的选择是按照执行器机制进行的。

数据库总体架构图PostgreSQL的总体架构图●Postmaster:它主要负责在客户端第一次发送请求给服务器的时候建立一个服务器端进程。

也就是上图中的Listener。

●Listener:也就是每个客户端对应的服务器端进程,它的主要作用是和客户端进行通信,获取客户端的sql语句,并把查询结果返回给客户端。

数据库管理系统的基本原理与架构

数据库管理系统的基本原理与架构

数据库管理系统的基本原理与架构数据库管理系统(Database Management System,简称DBMS)是一种用于管理和操作数据库的软件系统。

它提供了一系列工具和功能,使得用户可以方便地存储、检索、更新和维护大量数据。

数据库管理系统的基本原理和架构是构建这样一个系统的核心要素。

数据库管理系统的基本原理基于以下几个方面:数据模型、数据结构、数据操作语言和数据一致性控制。

首先,数据模型是数据库管理系统的基础。

它定义了数据的组织方式和关系,决定了如何表示和操作数据。

常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。

在这些模型中,关系模型是被广泛应用的,它以表格的形式来组织数据,通过定义表和表之间的关系来实现数据的存储和操作。

其次,数据库管理系统采用了特定的数据结构来存储和组织数据。

常见的数据结构有链表、树和图等。

数据库使用的主要数据结构是B树和哈希表。

B树是一种平衡的多路查找树,可以高效地支持范围查找和范围删除操作;哈希表通过散列函数将数据存储在固定大小的数组中,可以实现常数时间的查找和插入操作。

数据库操作语言是用户与数据库管理系统之间进行交互的接口。

主要有结构化查询语言(SQL)和存储过程语言等。

SQL是一种声明式语言,允许用户通过简单的语句来表达对数据库的操作请求,例如查询、插入、更新和删除等。

最后,数据库管理系统必须保证数据的一致性控制。

一致性控制指的是在并发访问数据库时防止数据不一致和冲突。

通过采用事务、锁机制和并发控制算法等手段,数据库管理系统可以确保数据的正确性和完整性。

数据库管理系统的架构包括了三个层次:外模式、概念模式和内模式。

外模式是用户与数据库管理系统之间的接口。

每个用户可以定义自己的外模式,将其具体需求转化为适用于自己的数据视图。

外模式使得不同用户可以按照自己的需要访问数据库中的数据,并且相互之间的访问是透明的。

概念模式是数据库管理系统中的中介层,它定义了整个数据库的逻辑结构和组织方式。

数据库系统体系结构

数据库系统体系结构

Database System Concepts
ห้องสมุดไป่ตู้
18.7
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
事务服务器进程结构
典型的事务服务器包含多个进程在共享内存中存取数据. 服务器进程
接收用户查询(事务), 执行查询并返回结果 进程可以是多线程的 允许单个进程并发执行多个用户查询 多线程的, 多线程的 通常有多个多线程服务器进程
扩展比
扩展比
Database System Concepts
18.19
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
批量与事务扩展
批量扩展: 批量扩展
单个大任务; 典型的如数据库查询和科学模拟. 使用N-倍大的计算机计算N-倍大的问题.
事务扩展: 事务扩展
由独立用户提交许多小查询到共享数据库; 典型的如事务处理系统和 分时系统. N-倍多的用户提交请求(因此有N-倍多的请求)到N-倍大的计算机上的 N-倍大的数据库. 非常适合于并行执行.
随着组件数目增加, 通信链也增加, 伸缩性较好. 但是可能需要2(√n – 1) 跳以发送消息到一个节点(或者当网格边缘有 绕接时为√n ).
超立方体. 超立方体 组件按二进制编号; 若两个组件的二进制表示恰好在一 位上不同则互连.
n 个组件中的每一个都与 log(n) 个其他组件相连, 并能经由最多log(n) 个链接到达另一节点; 减少了通信延迟.
操作系统信号灯 原子指令
Database System Concepts
18.11
©Silberschatz, Korth and Sudarshan
事务系统进程( 事务系统进程(续)

数据库系统的体系结构

数据库系统的体系结构

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数据库系统的体系结构

数据库系统的体系结构

物理上分布,逻辑上集中
应用1 用户接口 词法及语法分析 查询分解和优化 分布式事务管理 并发控制 恢复 局 部 DBMS 节点 k 数据目录 应用n
通信管理
计算机网络 节点 I 节点 j
4)并行式DBS(Parallel DBS)
现在数据库的数据量急剧提高,巨型数据库的容量已达到 “太拉”级(1太拉为1012,记作T),此时要求事务处理速度极 快,每秒达数千个事务才能胜任系统运行。集中式和C/S式 DBS都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。 并行系统使用多个CPU和多个磁盘进行并行操作,提高数据 处理和I/O速度。 并行处理时,许多操作同时进行,而不是采用分时的方法。 在大规模并行系统中,CPU不是几个,而是数千个。即使在 商用并行系统中,CPU也可达数百个。
数据库
3.1.3 数据库的抽象层次
1)物理数据库
以内部模式为框架的数据库称为物理数据库。 它是数据库中最里面的一个层次,是物理存储设备上实际存储 着的数据集合。
2)概念数据库
以概念模式为框架的数据库称为概念数据库。 它是数据库结构中的一个中间层次,是数据库的整体逻辑表示, 它描述了每一个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系。
DBA的主要职责有:
参与数据库系统的设计与建立。 对系统的运行实行监控。 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。 负责数据库性能的改进和数据库的重组及重构工作。
3.2.2 DBS的全局结构
终端用户 应用程序员 专业用户 DBA 用户 应用界面 应用程序 查询 数据库模式 查 询 式DML 式 程序 查询 程序 DML DDL 处 理 器 数 据 库 存 储 管 理 器 管 理 系 统 界面
第3章 数据库系统的体系结构

数据库系统的三级结构

数据库系统的三级结构

数据库系统的三级结构
数据库系统的三级结构是指数据库系统的结构由三个层次组成,即逻辑层、物理层和数据字典层。

首先,逻辑层是指数据库系统的最高层,它是用户与数据库系统之间的接口,它定义了数据库系统的逻辑结构,即数据库中的数据结构和数据关系,它是用户看到的数据库系统的抽象模型。

其次,物理层是指数据库系统的中间层,它是数据库系统的实现层,它定义了数据库系统的物理结构,即数据库中的文件结构和文件存储结构,它是用户看不到的数据库系统的实际实现模型。

最后,数据字典层是指数据库系统的最低层,它是数据库系统的管理层,它定义了数据库系统的数据字典,即数据库中的数据定义和数据管理,它是用户看不到的数据库系统的管理模型。

总之,数据库系统的三级结构是指数据库系统的结构由三个层次组成,即逻辑层、物理层和数据字典层,它们分别定义了数据库系统的逻辑结构、物理结构和数据字典,它们是数据库系统的抽象模型、实际实现模型和管理模型。

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数据库基础理论—索引
❖ 普通索引建立语句
创建索引
CREATE INDEX <索引的名字> ON tablename (列的列表);
修改表时
ALTER TABLE tablename ADD INDEX [索引的名字] (列的列表);
创建表时
CREATE TABLE tablename ( [...], INDEX [索引的名字] (列的列表) );
第二范式:2NF是对记录的惟一性约束,要求记录有惟 一标识,即实体的惟一性;
第三范式:3NF是对字段冗余性的约束,即任何字段不 能由其他字段派生出来,它要求字段没有冗余。

SQL语言的使用
5、控制用 户权限
1、Select语 句的功能
4、视图
SQL
2、数据控
制语言
3、创建和 管理表

数据库基础理论—体系结构
在 SQL Server 上创建了一个数据库。该数 据库包括一个主数据文件、一个用户定义文件组 和一个日志文件。

数据库基础理论—体系结构 ❖ Oracle系统体系结构是整个Oracle服务器系统的框
架,是管理和应用Oracle数据服务器的基础和核心。 ❖ Oracle系统体系结构由三部分组成:逻辑结构、物
两种数据库的 体系结构
SQL Server 中数据存储基 本单位是页。
ORACLE 数据 库中的最小存 储和处理单位 是数据块 。

数据库基础理论—体系结构 在 SQL Server 中,页的大小为 8 KB。这
意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 128 页。 每页的开头是 96 字节的标头,用于存储有关 页的系统信息。
❖ 优点
执行速度比普通的SQL语句快 存储过程只在创造时进行编译,以后每次执行存储过程都不需再重 新编译,而一般SQL语句每执行一次就编译一次。
可保证数据的安全性和完整性。 通过存储过程可以使没有权限的用户在控制之下间接地存取数据库, 从而保证数据的安全。同时,存储过程的执行是作为一个整体进行 的,执行不成功时,会自动回滚,从而保证了数据的完整性。
其他小型的数据库有:Access、Foxpro等,这 类数据库灵活易用,但不支持大型应用。

常用的几种数据库介绍
❖ Informix数据库
美国InfomixSoftware公司研制的关系型数据库管理系统。 Informix有Informix-SE和Informix-Online两种版本。
数据库基础理论—游标
❖ 声明游标 declare my_cursor cursor keyset for select * from info
❖ 删除游标资源 deallocate my_cursor
❖ 打开游标,在游标关闭或删除前都有效 open my_cursor
❖ 关闭游标 close my_cursor
❖ Foxpro、Access数据库 Microsoft公司推出的微机数据库管理系统。它具有界面友 好、易学易用、开发简单、接口灵活等特点。

数据库基础理论 6、数据库设计
1、数据库体系结构
5、游标
数据库
2、数据字典
4、存储过程
3、索引

数据库基础理论—体系结构

数据库基础理论—索引
❖ 不适合建索引的地方
如果每次都需要取到所有表记录,无论如何都必须进 行全表扫描了,那么是否加索引也没有意义了。
对非唯一的字段,例如“性别”这种大量重复值的字 段,增加索引也没有什么意义。
对于记录比较少的表,增加索引不会带来速度的优化 反而浪费了存储空间,因为索引是需要存储空间的, 而且有个致命缺点是对于update/insert/delete的每 次执行,字段的索引都必须重新计算更新。
❖ 定位到当前记录后一条 fetch next from my_cursor into @id,@name,@address select @id as id,@name as name,@address as address

数据库基础理论—数据库设计
❖ 数据库的设计需要有经验的工程师在通盘考虑业务 的需求后才能做好的。
可将体现企业规则的运算程序放入数据库服务器中,以便集中控制, 减少业务变更时的工作量。
可以降低网络的通信量。

数据库基础理论—游标 游标是系统为用户开设的一个数据缓冲区,存放
SQL语句的执行结果。 我们可以从某一结果集中逐一地读取一条记录。


数据库基础理论—索引
❖索引会增加速度的原理
数据库在执行一条Sql语句的时候,默认的方式是根据搜 索条件进行全表扫描,遇到匹配条件的就加入搜索结果集合。 如果我们对某一字段增加索引,查询时就会先去索引列表中一 次定位到特定值的行数,大大减少遍历匹配的行数,所以能明 显增加查询的速度。
插入数据
INSERT INTO table [(column [, column...])]
VALUES
(value [, value...]);
INSERT INTO departments(department_id, department_name,
manager_id, location_id)
VALUES
(70, 'Public Relations', 100, 1700);
1 row created.
INSERT INTO sales_reps(id, name, salary, commission_pct) SELECT employee_id, last_name, salary, commission_pct FROM employees WHERE job_id LIKE '%REP%';
4 rows created.

SQL语言的使用—数据控制语言
更新数据
EMPLOYEES
更新 EMPLOYEES 表

SQL语言的使用—数据控制语言
更新数据
UPDATE table SET column = value [, column = value, ...] [WHERE condition];

数据库基础理论—存储过程 ❖ 什么是存储过程
存储过程是由流控制和sql语句书写的过程,这 个过程经编译和优化后存储在数据库服务器中, 应用程序使用时只要调用即可。在Oracle中,若 干个有联系的过程可以组合在一起构成程序包。

数据库基础理论—存储过程

SQL语言的使用—Select语句
基本 SELECT 语句语法
SELECT *|{[DISTINCT] column|expression [alias],...}
FROM
table;
❖SELECT 标识 选择哪些列。 ❖FROM 标识从哪个表中选择。

❖DML 可以在下列条件下执行:
向表中插入数据 修改现存数据 删除现存数据
❖ 事务是由完成若干项工作的DML语句组成的。

SQL语言的使用—数据控制语言
插入数据
DEPARTMENTS
新行 向 DEPARMENTS
表中插入 新的记录

SQL语言的使用—数据控制语言 NhomakorabeaSQL语言的使用—Select语句
基本 SELECT 语句语法
SELECT * FROM departments where dept_id = 10 and …; SELECT department_id, location_id FROM departments; SELECT last_name, salary, salary + 300 FROM employees;
LHNPC数据库基础知识培训
目录
1 常用的几种数据库介绍 2 数据库基础理论 3 SQL语言的使用 4 客户端配置 5

常用的几种数据库介绍
目前,商品化的数据库管理系统以关系型数据库 为主导产品,技术比较成熟。面向对象的数据库管 理系统虽然技术先进,数据库易于开发、维护,但 尚未有成熟的产品。国际国内的主导关系型数据库 管理系统有ORACLE、SQLSERVER、SYBASE、 INFORMIX和DB2等。这些产品都支持多平台,如 UNIX、VMS、WINDOWS,但支持的程度不一样。

数据库基础理论—体系结构
体系结构三部分之间的关系

数据库基础理论—体系结构 Oracle 10g数据库层次结构图

数据库基础理论—数据字典 ❖ 所有方案对象的定义,如:表、视图、索引、聚簇、
同义词、序列、过程、函数、包、触发器等。

常用的几种数据库介绍
❖ SQL Server数据库 Microsoft公司推出的一种关系型数据库系统。主要用于 Windows平台。
❖ Sybase数据库 美国Sybase公司研制的一种关系型数据库系统,是一种典型 的UNIX或Windows平台上客户机/服务器环境下的大型数据库 系统。
❖ 数据库设计的实用原则是:在数据冗余和处理速度 之间找到合适的平衡点。
❖ 冗余最大的威胁是数据的一致性,对于大系统,如 果数据库设计有冗余,为了保持数据一致性给编程 增加大量工作。

数据库基础理论—数据库设计
❖ 数据库设计原则三个范式
第一范式:1NF是对属性的原子性约束,要求属性具有 原子性,不可再分解;
❖ Oracle数据库
美国Orcale公司研制的一种关系型数据库管理系统,是一个 协调服务器和用于支持任务决定型应用程序的开放型RDBMS。
❖ DB2数据库
IBM公司研制的一种关系型数据库系统。DB2主要应用于大型 应用系统,具有较好的可伸缩性,可支持从大型机到单用户 环境,应用于OS/2、Windows等平台下。
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