Principios y aplicaciones de las bases de datos
Conceptos básicos de sistemas de bases de datos
Datos: En realidad es un registro simbólico que describe cosas.
Características de los datos: Tienen una determinada estructura y se dividen en tipos y valores, como tipo entero, tipo real, tipo carácter, etc. El valor de los datos da un valor que se ajusta al estereotipo, como el valor entero 15.
Base de datos: Es una colección de datos que tiene una estructura unificada y se almacena en un medio de almacenamiento unificado. Es una integración de datos de múltiples aplicaciones y puede ser compartida por varias aplicaciones.
Los datos almacenados en la base de datos se almacenan de acuerdo con el modelo de datos proporcionado por los datos y tienen las características de integración e intercambio.
Sistema de gestión de bases de datos: software del sistema responsable de la organización de los datos, la manipulación de los datos, el mantenimiento, el control y la protección de los datos y los servicios de los datos en la base de datos.
Funciones del sistema de gestión de bases de datos:
(1) Definición del esquema de datos: es decir, construir su marco de datos para la base de datos.
(2) Construcción física de; acceso a datos: proporcionar métodos y medios de acceso efectivos para el acceso físico y la construcción de patrones de datos.
(3) Manipulación de datos: brindar comodidad a los usuarios para utilizar datos de la base de datos, como consultas, inserción, modificación y eliminación; , etc. Además de operaciones aritméticas simples y estadísticas;
(4) Integridad de datos y definición e inspección de seguridad
(5) Control de concurrencia de bases de datos y recuperación de fallas
(6) Servicios de datos: como copia, transferencia, reorganización, seguimiento del desempeño, análisis, etc.
Para completar las seis funciones anteriores, el sistema de gestión de bases de datos proporciona los siguientes lenguajes de datos:
(1) Lenguaje de definición de datos: responsable de la definición del esquema de datos y la construcción. de acceso físico a los datos
(2) Lenguaje de manipulación de datos: Responsable de la manipulación de datos, como consulta, adición, eliminación, modificación, etc.
(3) Control de datos; lenguaje: Responsable de la integridad y seguridad de los datos Definición e inspección, así como control de concurrencia, recuperación de fallas, etc.
El lenguaje de datos tiene dos formas estructurales según su uso: comando interactivo (también conocido como lenguaje autocontenido o autónomo) lenguaje anfitrión (generalmente puede estar incrustado en algún lenguaje anfitrión).
Administrador de base de datos: gestor profesional que planifica, diseña, mantiene, monitoriza, etc. la base de datos.
Sistema de base de datos: entidad operativa compuesta por cinco partes: base de datos (datos), sistema de gestión de bases de datos (software), administrador de bases de datos (personal), plataforma de hardware (hardware) y plataforma de software (software).
Sistema de aplicación de base de datos: Consta de sistema de base de datos, software de aplicación e interfaz de aplicación.
Etapa del sistema de archivos: proporciona capacidades simples de administración e intercambio de datos, pero no puede proporcionar capacidades completas y unificadas de administración e intercambio de datos.
Etapa del sistema de base de datos jerárquica y base de datos en red: proporciona un fuerte soporte para unificar y compartir datos.
Etapa del sistema de base de datos relacional
Las características básicas del sistema de base de datos: integración de datos, alto intercambio de datos y baja redundancia, independencia de los datos (independencia física e independencia lógica), gestión y control unificados. de datos.
Modelo de sistema de base de datos de tres niveles:
(1) Modelo conceptual: descripción de la estructura lógica de datos globales en el sistema de base de datos, vista de datos públicos para todos los usuarios
(2) Modo externo: también llamado submodo y modo usuario. Es la vista de datos del usuario, que es el modelo de datos visto por el usuario;
(3) Modelo interno: también llamado modelo físico, proporciona la estructura de almacenamiento físico y el método de acceso físico de la base de datos.
Mapeo de dos niveles del sistema de base de datos:
(1) Mapeo del esquema conceptual al esquema interno
(2) Mapeo del esquema externo al esquema conceptual; .
4.2 Modelo de datos
El concepto de modelo de datos: es una abstracción de las características de los datos. Describe las características estáticas, el comportamiento dinámico y las restricciones del sistema desde un nivel abstracto. Proporciona información para el sistema de base de datos. Las tablas y las operaciones proporcionan un marco abstracto. Describe estructuras de datos, operaciones de datos y restricciones de datos.
Conceptos básicos del modelo E-R
(1) Entidad: cosas del mundo real;
(2) Atributos: características de las cosas
(3) Conexión: la relación entre las cosas en el mundo real. Las relaciones de conjuntos de entidades incluyen relaciones uno a uno, uno a muchos y muchos a muchos.
La relación de conexión entre los tres conceptos básicos del modelo E-R: la entidad es la unidad básica en el mundo conceptual, los atributos tienen dominios de atributos y cada entidad puede tomar valores dentro del dominio de atributos. Todos los valores de atributos de una entidad se denominan tuplas.
La representación gráfica del modelo E-R: (1) representación del conjunto de entidades; (2) representación de la tabla de atributos;
La estructura básica del modelo jerárquico es una estructura de árbol, que tiene las siguientes características:
(1) Cada árbol tiene uno y sólo un nodo sin padres, llamado raíz <; /p>
p>
(2) Todos los nodos del árbol, excepto la raíz, tienen un solo padre.
Desde la perspectiva de la teoría de grafos, el modelo de red es un gráfico no dirigido sin restricciones.
El modelo relacional está representado por una tabla bidimensional, denominada tabla, que consta de un marco de tabla y tuplas de tabla. Una tabla bidimensional es una relación.
En una tabla bidimensional, el atributo más pequeño que puede identificar de forma única una tupla se llama clave o código. Seleccione una clave de todas las claves candidatas como la clave utilizada por el usuario, denominada clave principal. Si un atributo en la tabla A es una clave para la tabla B, entonces el conjunto de atributos se llama clave externa o clave externa de A.
Restricciones de datos en la relación:
(1) Restricciones de integridad de la entidad: el valor del atributo en la clave principal de la relación de restricción no puede ser nulo
( 2) Restricciones de integridad referencial: son las restricciones básicas entre relaciones;
(3) Restricciones de integridad definidas por el usuario: refleja los requisitos semánticos de los datos en aplicaciones específicas.
4.3 Álgebra Relacional
Una de las características del sistema de base de datos relacional es que se basa en la teoría de datos. Existen muchas teorías de datos que pueden representar las operaciones de datos del modelo relacional. , entre los cuales los más famosos son el álgebra relacional y el cálculo relacional.
Operaciones básicas del modelo relacional:
(1) Inserción (2) Eliminación (3) Modificación (4) Consulta (incluyendo proyección, selección, operaciones de producto cartesiano)
4.4 Diseño y gestión de bases de datos
El diseño de bases de datos es el núcleo de la aplicación de datos.
Dos métodos de diseño de bases de datos:
(1) Orientado a datos: centrándose en las necesidades de información, teniendo en cuenta las necesidades de procesamiento.
(2) Proceso; Orientado: Centrarse en las necesidades de procesamiento, teniendo en cuenta las necesidades de información.
El ciclo de vida de la base de datos: fase de análisis de requisitos, fase de diseño conceptual, fase de diseño lógico, fase de diseño físico, fase de codificación, fase de prueba, fase de operación y fase de modificación posterior.
Los métodos de análisis estructural y los métodos orientados a objetos se utilizan habitualmente en el análisis de requisitos. El método de análisis estructurado (SA) analiza el sistema mediante una descomposición de arriba hacia abajo, capa por capa. Utilice diagramas de flujo de datos para expresar la relación entre datos y procesamiento. Para el diseño de bases de datos, el diccionario de datos es el resultado principal que se obtiene de la recopilación y el análisis de datos detallados.
El diccionario de datos es una colección de varios tipos de descripciones de datos, que incluyen cinco partes: elementos de datos, estructuras de datos, flujos de datos (pueden ser elementos de datos o estructuras de datos), almacenamiento de datos y procesos de procesamiento.
El propósito del diseño conceptual de una base de datos es analizar las relaciones semánticas inherentes a los datos. Hay dos métodos de diseño
(1) Método de diseño de patrones centralizado (adecuado para unidades o departamentos pequeños o sencillos
(2) Método de diseño de integración de vistas.
Método de diseño: modelo E-R e integración de vistas.
El diseño de vista generalmente tiene tres órdenes de diseño: de arriba hacia abajo, de abajo hacia arriba y de adentro hacia afuera.
Varios conflictos en la integración de vistas: conflictos de nombres, conflictos de conceptos, conflictos de dominio y conflictos de restricciones.
Diseño de vista relacional: El diseño de vista relacional también se denomina diseño de esquema externo.
Las funciones principales de la vista relacional:
(1) Proporcionar independencia lógica de los datos.
(2) Puede adaptarse a las diferentes necesidades de datos de los usuarios;
p>
(3) Tiene cierta función de confidencialidad de datos.
El objetivo principal del diseño físico de la base de datos es ajustar la estructura física interna de los datos y seleccionar una ruta de acceso razonable para aumentar la velocidad de acceso a la base de datos y utilizar eficazmente el espacio de almacenamiento. Generalmente, el contenido que se deja para que los usuarios participen en el diseño físico en RDBMS generalmente incluye diseño de índice, diseño de clúster integrado y diseño de partición.
Contenidos de la gestión de la base de datos:
(1) Establecimiento de la base de datos
(2) Ajuste de la base de datos
(3) Reorganización de la base de datos;
(4) Control de integridad y seguridad de la base de datos;
(5) Recuperación de fallas de la base de datos;
(6) Monitoreo de la base de datos.