目录
基本概念
数据库系统的特点
DBMS的基本功能
DBMS的体系结构
数据库系统结构
数据库的三级模式结构
关系模型
关系模型的组成要素及其优缺点
关系模型的完整性约束条件及违约处理策略
违约处理
关系操作
关系代数
SQL语句
关系数据理论
如何评判数据库设计的好坏？（数据冗余、 操作异常）
1NF、 2NF、 3NF（定义、 判断）
数据依赖的公理系统（Armstrong公理、 最小函数依赖集 ）
数据库设计
数据库设计的步骤及各阶段完成的任务
E-R图设计及其到关系模式的转换
E-R 模型向关系模型的转换规则
存储与索引
计算机系统的存储体系及工作原理
定长和变长记录存储方法
索引： 顺序文件、 B+树
索引的创建原则、 创建命令和使用效果
创建原则
RDBMS元数据结构
查询处理与优化
关系查询处理的步骤
查询优化方法（启发式优化准则、 查询树）
事务及其ACID特性
事务（ Transaction）
ACID特性
数据库恢复
故障种类及其可能对数据库造成的影响
支持Undo和Redo的日志记录
系统故障的恢复策略
并发控制
可串行化调度的定义
冲突可串行化调度的定义及判断方法
封锁协议及事务隔离程度
基本概念 数据库系统的特点数据库（Database）：有组织、冗余度小，可共享、数据独立性高、易扩展的数据集合
数据长期存储
数据由DBMS统一管理
数据共享程度高
数据独立性高
数据整体结构化，冗余小
DBMS的基本功能1. 数据库定义：定义外模式、 模式、 内模式、 数据库完整性、 安全保密、 存取路径等
2. 数据存取：提供数据的操纵语言以便对数据进行查找和增删改
3. 数据库运行管理：事务管理、 自动恢复、 并发控制、 死锁检测或防止、 安全性检查、 存取控制、 完整性检查、 日志记录等
4. 数据组织、 存储和管理：数据字典、 用户数据、 存取路径的组织存储和管理， 以便提高存储空间利用率， 并方便存取
5. 数据库的建立和维护：数据转换、 数据库初建、 转储、 恢复、 重组、 重构以及性能检测等
6. 网络通信、 数据转换等
DBMS的体系结构
• 事务管理器
– 将关于事务动作的消息传给日志管理器
– 将关于何时可以或必须将缓冲区拷回磁盘的消息传给缓冲区管理器
– 将数据库查询等操作消息传给查询处理器
• 恢复管理器
– 当系统崩溃时， 恢复管理器被激活
– 它检查日志并在必要时利用日志恢复数据
• 日志管理器
– 维护日志， 记录所有对数据库的修改操作
– 必须与缓冲区管理器打交道， 因为对磁盘的访问是通过缓冲区管理器来进行的
• 缓冲区管理器
– 分配、 管理和回收缓冲区
– 决定何时将缓冲区的数据写回磁盘（ 立即修改/延迟修改）
数据库系统结构 数据库的三级模式结构外模式（所有用户的公共数据视图）、模式（数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示）、内模式（数据物理存储和存储方式的描述）
通过三级模式结构实现了数据独立性
关系模型 关系模型的组成要素及其优缺点组成要素
数据结构：关系（二维表）
数据操作：查询 / 增 / 删 / 改
完整性约束条件：实体 / 参照 / 用户自定义
优点
关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的。
无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示。对数据的查询结果也是关系（表），因此概念单一，其数据结构简单、清晰。
关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。
缺点
由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型。因此为了提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。
关系模型的完整性约束条件及违约处理策略实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性
违约处理1. 实体完整性检查和违约处理
插入元组或修改主码列操作时， DBMS自动检查和处理：
• 主码值是否唯一， 如果不唯一则拒绝操作
• 主码各属性是否为空， 只要有一个为空就拒绝操作
2. 可能破坏参照完整性的情况及违约处理
3. 用户定义的约束条件检查和违约处理
– 插入元组或修改属性的值时， DBMS检查属性上的
约束条件是否被满足
– 如果不满足则操作被拒绝执行
关系操作 关系代数特点
– 运算对象和运算结果均关系
– 关系代数运算符包含集合运算符和专门的关系运算符
– 传统的集合运算是从关系的行的角度进行，专门的关系运算不仅涉及行而且涉及列
专门的关系运算：选择、投影、连接（等值连接、自然连接、外连接）、除运算
SQL语句DDL：CREATE， DROP， ALTER （定义关系模式、 属性域、 完整性约束、 索引、 视图等）
DML：SELECT， INSERT， UPDATE， DELETE
DCL：GRANT， REVOKE
数据库定义 SELECT
LIKE
% （百分号） 代表任意长度（长度可以为0） 的字符串 _ （下划线） 代表任意单个字符
GROUP BY 1. 分组， 细化聚集函数的作用对象 2. 如果未对查询结果分组， 聚集函数将作用于整个查询结果 3. 对查询结果分组后， 聚集函数将分别作用于每个组 4. 按指定的一列或多列值分组， 值相等的为一组
HAVING短语与WHERE子句的区别 1. 作用对象不同 2. WHERE子句作用于基表或视图， 从中选择满足条件的元组 3. HAVING短语作用于组， 从中选择满足条件的组
grant：加权
revoke：放权
outer join
左外连接：以左表为主，所以右表 值为NULL 的存在；同理右外连接 左空
自然连接之后相同的属性只会存在一个
view
create view 视图名 as (select ID, name, dept_name from instructor)存储过程
存储过程是过程化结构；存储过程一经定义， 即被存储在数据库中；应用程序可调用
触发器 1. 触发器是一条语句， 当对数据库修改时， 它自动被系统执行 2. 触发器模型： 事件—条件—动作模型 3. 触发器一经定义， 将被存储在数据库中 4. 触发器机制有利于警示或满足特定条件时自行执行某项任务
eg1. 将空grade置为null
create trigger setnull_trigger before update of takesreferencing new row as nrowfor each rowwhen (nrow.grade = ‘ ‘)begin atomicset nrow.grade = null;end;eg2. 学分管理
create trigger credits_earned after update of takes on (grade)referencing new row as nrowreferencing old row as orowfor each rowwhen nrow.grade ’F’ and nrow.grade is not nulland (orow.grade = ’F’ or orow.grade is null)begin atomicupdate studentset tot_cred= tot_cred +(select creditsfrom coursewhere course.course_id= nrow.course_id)where student.id = nrow.id;end; 关系数据理论 如何评判数据库设计的好坏？（数据冗余、 操作异常）数据冗余、 插入异常、 删除异常、 更新异常
1NF、 2NF、 3NF（定义、 判断）
最小函数依赖集是指没有任何冗余的函数依赖集
性质： 函数依赖集F的最小函数依赖集不一定唯一， 它与求解的次序有关
定理： 每一个函数依赖集F均等价于一个最小依赖集F'
数据库设计 数据库设计的步骤及各阶段完成的任务
各阶段的具体任务
• 需求分析阶段 ： 准确、 全面和深入地了解和分析用户需求， 包括数据需求和处理需求
• 概念结构设计阶段 ： 通过对用户需求进行综合、归纳和抽象， 形成一个独立于具体数据库管理系统的概念模型
• 逻辑结构设计阶段 ： 将概念结构转换为某个数据库管理系统所支持的数据模型， 并对其进行优化
• 数据库物理设计阶段 ： 为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构
• 数据库实施阶段： 运用数据库管理系统提供的数据语言及其宿主语言， 根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库， 编制和调试应用程序， 组织数据入库， 并进行试运行
• 数据库运行和维护阶段 ： 数据库系统在运行过程中必须不断地对其进行评价、 调整和修改
E-R图设计及其到关系模式的转换– 实体——矩形
– 属性——椭圆形
– 联系——菱形
– 关键字—下划线
• 一个实体型转换为—个关系模式
• 一个 1:1 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意对应的关系模式合并
• 一个 1:n 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并
• 一个 m:n 联系转换为一个关系模式
• 三个或三个以上实体间 的一个多元联系可以转换为一个关系模式
• 具有相同码 的关系模式可以合并
存储与索引 计算机系统的存储体系及工作原理
定长记录及其块内组织
变长记录及其块内组织 索引： 顺序文件、 B+树 索引：顺序、树状、哈希索引
索引的评价指标
- 支持的查询类型（精确查询、范围查询等）
- 时间复杂度（查询、插入、删除操作）
- 空间复杂度
顺序文件
顺序文件上的索引 树状索引 - B+树
动态、能够保持动态“平衡”
每个结点的指针数称为扇出 典型操作：查找、插入（可能引起节点分裂）、删除（可能引起节点合并）、更新
如果块大小是固定的（与磁盘和缓冲区管理的约束有关），那么B+树的查询性能是不错的
B+ 树有下面 5 个重要的特点：
1、 B+ 树包含 2 种类型的结点 内部结点（也称索引结点）和叶子结点
根结点本身即可以是内部结点，也可以是叶子结点
根结点的关键字个数最少可以只有 1 个，其余内部节点至少为2
2、B+ 树与 B 树最大的不同是内部结点不保存数据，只用于索引，所有数据（或者说记录）都保存在叶子结点中
3、m 阶 B+ 树表示了内部结点最多有 m-1 个关键字（或者说内部结点最多有 m 个子树），阶数 m 同时限制了叶子结点最多存储 m-1 个记录
4、内部结点中的 key 都按照从小到大的顺序排列，对于内部结点中的一个 key，左树中的所有 key 都小于它，右子树中的 key 都大于等于它。叶子结点中的记录也按照 key 的大小排列
5、每个叶子结点都存有相邻叶子结点的指针，叶子结点本身依关键字的大小自小而大顺序