机载任务记录器中数据记录器组件的设计与实现

飞控FTI系统状态监测与数据分析系统设计与实现张娟;吕鹏涛【摘要】在飞行试验工程中,机载测试系统完成对飞控数据的采集、封装和输出;为了实现基于USB的PCM数据解调及其与计算机之间的数据通信,实现实时的状态监测和数据事后分析处理,设计并实现了基于.NET框架的FCS FTI系统状态监测与数据分析系统;该系统包括数据实时捕获、状态监测、数据事后处理等模块;测试表明,系统各功能模块运行稳定,能对FCS-FTI进行状态监测并能进行数据事后分析处理,具有高效的实时性和良好的可靠性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)009【总页数】4页(P3174-3177)【关键词】飞行试验;flight controller system;flight test instruments;状态监测;数据分析【作者】张娟;吕鹏涛【作者单位】中国飞行试验研究院,西安 710089;中国飞行试验研究院,西安710089【正文语种】中文【中图分类】TP31飞控是飞行控制系统（flight controller system，FCS）的简称，是现代电传飞机所具备的自动化飞行控制系统［1］。

机载测试（flight test instruments，FTI）系统实现对飞行控制总线数据的采集、封装、输出等。

在飞行试验工程中，实现FCSFTI测试系统的状态监测，方便试飞测试工程师对采集参数信息、数据完整性等信息进行在线分析；实现飞控数据实时与事后分析，对FCS-FTI系统进行整体行为研究、效能评估、故障诊断等具有很高的应用价值。

FCS-FTI是飞控机载测试系统的简称。

在飞行试验工程中，FCS-FTI系统从飞机数字飞控计算机系统采集飞控数据，同时接收外部时间信息，并将采集的FCS数据和外部时间数据封装成PCM（pulse code modulation）数据流输出。

FCS-FTI状态监测与数据分析系统总体方案如图1所示，系统通过基于USB接口的PCM解调卡实时解调PCM数据流，并将获取的数据进行实时记录与回访、实时分析与显示等实现FCS-FTI状态监测；从数据记录设备获取静态数据进行数据事后分析。

航空器飞行控制中的数据处理技术在当今高度科技化的时代，航空器的飞行控制已经达到了令人惊叹的精确和复杂程度。

这其中，数据处理技术发挥着至关重要的作用。

它就像是航空器的“大脑”，不断接收、分析和处理海量的数据，以确保飞行的安全、高效和稳定。

要理解航空器飞行控制中的数据处理技术，首先得清楚航空器在飞行过程中会产生哪些类型的数据。

从基本的飞行参数，如高度、速度、航向，到发动机的工作状态、燃油消耗率，再到各种传感器收集到的气象信息、气压数据等等，这些数据来源广泛且形式多样。

那么，如何有效地获取这些数据呢？这就依赖于航空器上配备的各种先进传感器和监测设备。

例如，空速管可以测量飞机相对于空气的速度，高度计能够准确反映飞机的飞行高度，而气象雷达则能提前探测飞行路径上的恶劣天气状况。

这些设备将收集到的数据实时传输给飞行控制系统。

数据收集到之后，接下来就是传输环节。

在航空器内部，数据通常通过高速的数据总线进行传输，以确保信息能够快速、准确地到达处理单元。

同时，为了防止数据在传输过程中出现丢失或错误，还会采用一系列的纠错和校验机制。

当数据到达处理单元后，就进入了核心的处理阶段。

在这个阶段，需要运用各种算法和模型对数据进行分析和计算。

比如，通过对速度、高度和航向等数据的综合处理，可以实时计算出飞机的飞行轨迹，并与预设的航线进行对比，一旦发现偏差，就及时发出调整指令。

在数据处理过程中，滤波技术也是不可或缺的一部分。

由于各种干扰和噪声的存在，原始数据往往会存在一定的误差。

滤波技术能够有效地去除这些噪声，提取出有用的信号，从而提高数据的准确性和可靠性。

另外，预测算法在飞行控制中也发挥着重要作用。

通过对历史数据的分析和当前数据的趋势预测，飞行控制系统可以提前做出预判，为可能出现的情况做好准备。

例如，预测发动机可能出现的故障，或者提前调整飞行姿态以应对即将到来的气流变化。

除了实时处理当前的数据，数据的存储和回放也具有重要意义。

飞行数据记录器（俗称“黑匣子”）会将关键的飞行数据进行保存，这不仅有助于在事故发生后进行调查和分析，还可以为后续的飞行改进和优化提供宝贵的参考。

行车记录仪联咏方案概述行车记录仪是一种车载设备，用于记录车辆行驶过程中的视频，声音和其他相关数据。

联咏行车记录仪方案是一种基于云端服务和物联网技术的解决方案，可以实现多个行车记录仪之间的数据互通和远程管理。

本文将介绍联咏行车记录仪方案的设计原理、功能特点及其应用场景。

设计原理联咏行车记录仪方案基于物联网技术，通过将行车记录仪连接到云端服务器，实现数据的实时传输和管理。

具体的设计原理包括以下几个方面：1.行车记录仪设备端：行车记录仪设备通过搭载无线通信模块，将所采集的视频、声音等数据传输到云端服务器。

同时，行车记录仪设备还需要具备GPS定位功能，以便记录车辆的位置信息。

2.云端服务器：云端服务器是联咏行车记录仪方案的核心，它承担着存储、处理和管理行车记录仪数据的任务。

云端服务器上的数据处理模块可以对行车记录仪采集到的数据进行处理，如视频编码、数据压缩等操作。

3.移动终端APP：用户可以通过移动终端APP对行车记录仪进行远程管理和监控。

用户可以实时查看行车记录仪采集的视频和声音，同时还可以进行视频回放、下载和分享等操作。

功能特点联咏行车记录仪具有以下几个功能特点：1.实时监控：用户可以通过移动终端APP实时查看行车记录仪采集的视频和声音。

无论用户身在何处，只要有网络连接，就可以随时获取车辆的实时行驶情况。

2.远程管理：用户可以通过移动终端APP对行车记录仪进行远程管理，包括设备的开关机、视频录制的启停、视频回放等操作。

这样，即使用户不在车辆附近，也可以对行车记录仪进行灵活的控制和配置。

3.数据存储和分享：行车记录仪采集的视频、声音等数据可以上传到云端服务器进行存储。

用户可以随时在移动终端APP上查看和下载这些数据，同时还可以将其分享给其他人。

应用场景联咏行车记录仪方案适用于以下多个应用场景：1.车队管理：对于一些具有大量车辆的企业或机构，联咏行车记录仪方案可以帮助实现对车辆的实时监控和管理。

车队管理人员可以通过移动终端APP随时了解各辆车的行驶情况，从而提高管理的效率和减少事故的发生。

无人机地面站系统的设计与实现随着科技的飞速发展，无人机已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。

无人机在军事、民用、科研等领域都有着广泛应用。

然而，要确保无人机的顺利飞行和任务完成，就需要有一个稳定可靠的地面站系统与之配合。

本文将就无人机地面站系统的设计与实现进行探讨。

一、地面站系统的基本功能地面站系统是对无人机飞行进行监控和控制的中枢，其基本功能包括但不限于以下几点：1. 实时监控：地面站系统能够实时接收并显示无人机的飞行数据，包括飞行高度、速度、方向等信息。

可通过传感器或摄像头等设备，获取无人机实时图像和视频，以便操作人员能够对飞行环境和目标进行实时监控。

2. 任务规划：地面站系统能够为无人机设定飞行任务和航线，并进行路径规划和导航。

根据任务需求和环境条件，地面站系统能够智能分析和优化飞行路径，确保无人机安全、高效地完成任务。

3. 遥控操作：地面站系统通过无线通信技术与无人机进行远程遥控操作。

操作人员可以通过地面站的操作界面，对无人机进行起飞、降落、悬停、航向调整等操作，确保无人机在飞行过程中能够保持良好的姿态和动作。

4. 数据记录和分析：地面站系统对无人机的飞行数据进行记录和存储，包括航行路线、高度数据、传感器数据等。

操作人员可以根据需要对这些数据进行分析和研究，以改进无人机的性能和飞行策略。

二、地面站系统的设计要点1. 硬件设备选择：地面站系统需要使用合适的硬件设备，包括计算机、显示器、遥控设备等。

计算机应选择高效、稳定的台式机或服务器，遥控设备应具备灵敏可靠的操作控制。

2. 界面设计：地面站系统的操作界面应简洁明了、直观友好，使操作人员能够轻松掌握和操作。

应提供必要的按钮、滑块、输入框等控件，方便任务规划、飞行控制和数据分析。

3. 数据通信：地面站系统和无人机之间的数据通信是地面站正常运行的基础。

可以选择无线数据链或卫星通信等方式，确保数据的及时传输和稳定性。

4. 安全保密：地面站系统中应考虑数据的安全保密问题，特别是军事和敏感任务。

LKJ-2000监控装置资料说明LKJ-2000监控装置一．LKJ2000监控装置功能简介LKJ2000型列车运行监控记录装置是在LKJ-93型监控装置成功运用基础上，借鉴国内外先进列车超速防护及列车控制技术而研究开发的新一代列车超速防护设备。

是采用了先进的32位微处理器技术、安全性技术以及数字信号处理技术等来保证列车行车安全的控制装置。

它是既有列车行车安全设备的升级换代产品。

二．系统构成及说明1）监控主机箱（双套模块冗余）1台2）显示器（数码显示器或屏幕显示器）2个3）转储器地面配置4）事故状态记录器(黑匣子) 1个5）双针速度表（带里程计或不带里程计）2个6）光电式速度传感器2个7）压力传感器3个LKJ2000型列车运行监控记录装置基本组成结构主要是一个主机箱和二个显示器（屏幕或数码）。

其速度信息来自安装在机车轮对上的TQG15或DF16光电式速度传感器，速度信号的基本配置为二通道（可扩充至三通道），如果二通道速度信号相位相差90。

，则可以满足装置相位防溜功能的需要。

在无相位防溜功能的情况下，二通道速度信号可分别取自二个速度传感器。

机车信号信息可取自JT1-A(SJ93)、JT1-B(SJ94)通用式机车信号装置（取点灯条件），也可通过RS485/RS422串行通信方式获取。

压力检测除了检测列车管压力外，还检测机车均衡风缸压力及制动缸压力，均衡风缸压力信号用于反馈控制以提高常用制动减压量控制精度，制动缸压力信号主要在机车单机运行时作为状态记录依据。

压力传感器可采用TQG14型机车压力变送器。

指针式速度指示可采用ZL型或EGZ3/8型双针速度表，双针速度表实际速度与限制速度指针依靠装置主机驱动，驱动信号为0—20mA的电流信号。

在装置关机情况下，由数/模转换盒驱动。

I端双针速度表的里程计指示可由监控装置驱动，在安装了数/模转换盒的情况下，也可由数/模转换盒驱动。

双针速度表照明电源为机车照明电源。

ICS 49.100V 55备案号：MH民用航空器维修 管理规范第19部分：发动机状态监控地面站开发指南Maintenance for civil aircraft －Management specification －Part 19: A guide to the development of a ground station for engine conditionmonitoring（征求意见稿）（本稿完成日期：2010.4）中国民用航空总局 发布前言MH/T 3010《民用航空器维修管理规范》分为以下部分：——第1部分：民用航空器试飞；——第2部分：民用航空器在经停站发生故障的处理；——第3部分：民用航空器维修事故与差错；——第4部分：民用航空器维修工作单（卡）的编制；——第5部分：民用航空器冬季的维修；——第6部分：民用航空器维修人员的技术档案；——第7部分：民用航空器维修记录的填写；——第8部分：民用航空器维修人员的行为规范；——第9部分：地面指挥民用航空器的信号；——第10部分：维修人员与机组联络的语言；——第11部分：民用航空器地面维修设备和工具；——第12部分：民用航空器的清洁；——第13部分：民用航空器发动机的清洗；——第14部分：民用航空器航线维修规则；——第15部分：民用航空器一般勤务规则；——第16部分：民用航空器线路维修；——第17部分：民用航空器防静电维修；——第18部分：维修人为因素方案指南，——第19部分：发动机状态监控地面站开发指南。

本部分为MH/T 3010的第19部分。

MH/T 3010是民用航空器维修的系列标准之一。

下面列出这些系列标准的名称：——M H/T 3010《民用航空器维修管理规范》；——M H/T 3011《民用航空器维修地面安全》；——M H/T 3012《民用航空器维修地面维修设施》；——M H/T 3013《民用航空器维修职业安全健康》；——M H/T 3014《民用航空器维修航空器材》。

自动过分相控制系统记录板设计针对目前电力机车自动过分相控制系统不具备相应记录功能以致无法获知在运用中系统工作数据的不足的问题，研制了自动过分相控制系统记录器。

以DSP芯片为主控制器来实现采集和储存，采用地面分析软件对记录数据进行分析。

从实际运行效果看，其性能稳定可靠并已大规模运用。

标签：记录板；自动过分相控制系统；DSP目前，电气化铁路自动过分相主要有地面开关自动切换方式，柱上开关自动断电方式和车载自动控制过分相方式。

其中车载方式投资小、性能好，可靠性高是目前我国铁路广泛使用的一种方式。

但是系统不具备数据记录功能以致无法获知在运用中的工作数据，为故障查找和后期维护带来不便，基于此研制了自动过分相控制系统记录器。

1 设计方案硬件设计原理：记录功能使用TI公司的运算处理器TMS320F2812实现控制功能。

（1）电源部分记录板采用PLC输出的24V电源供电，隔离变换模块输出5V电源，用于给USB接口供电。

另有两路高效的开关电源将5V转换为3.3V、1.9V，供给记录板其他功能模块使用。

电源转换电路设计了过压、过流防护功能。

（2）自动过分相运行时状态信息的采集记录器通过光电隔离器件将自动过分相控制系统运行时的相关状态信息输入TMS320F2812并存储。

（3）机车TAX2箱中相应数据的采集通过RS485总线将机车车载机务TAX2箱中的相关信息进行采集。

（4）存储介质与数据转存方法记录板采用大容量掉电数据不丢失的存储单元做存储介质来存储数据。

采用USB通信手段对数据进行转储。

见图1。

图1 记录板硬件设计原理框图2 硬件设计中主要器件的选型记录板的硬件选型是在考虑开发人员能力、开发成本、开发周期等因素的基础上通过对多套方案的反复论证确定的。

2.1 主控芯片的选型针对主控芯片的选择，广泛收集资料，结合公司已用产品和铁路上的应用情况，提出了51单片机、DSP以及ARM几种可选方案，并分别进行了评估。

经过对比各芯片的参数最终选择DSPTMS320F2812为本项目的主控芯片。

第12卷第32期2012年11月1671—1815（2012）32-8737-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.12No.32Nov．2012 2012Sci.Tech.Engrg.多记录器并行监控设备的设计与实现陈承张会新叶勇裴向东（电子测试技术国家重点实验室和仪器科学与动态测试教育部重点实验室，中北大学，太原030051）摘要设计了一种监控设备，以FPGA 为控制核心，通过RS422接口与记录器进行数据交换，使用USB 接口芯片CY7C68013与上位机进行通信，可对测试系统中的多个记录器进行并行控制、发送指令、实时监测、回读数据等操作。

在后期的联试过程中，该设备运行良好，完全满足实际需要，达到了预期的设计要求。

关键词并行FPGA CY7C68013RS422中图法分类号TP274.2；文献标志码A2012年7月16日收到国家自然科学基金（60871041）资助第一作者简介：陈承（1987—），男，河南人，工学硕士，研究方向：电路与系统。

E-mail ：tiny1217@ 。

航空航天领域，在研制弹箭等飞行器的过程中要进行大量的飞行试验。

飞行试验的记录系统由多个传感器，记录器，采编器以及配电装置组成，为了获取飞行试验记录器中的重要数据，提出了一种可并行测试多记录器的监控台，既可以完成在记录器研制过程中对其进行控制，性能的检测，对数据的实时监测，又可以在飞行试验完成后，对记录器内的数据进行回收处理，来了解飞行器在飞行过程中的具体情况，从而可以精确地对故障等进行定位，并及时采取措施解决［1］。

1总体介绍整个测试系统由上位机，地面测试台，记录器设备3个部分组成。

监控台是地面测试台中的一个单元，既与上位机通讯，又与记录系统交换数据，起主要作用。

地面测试台除了监控台，还包括了信号源（自检模式下发送模拟信号给记录系统），供电台（转电稳压，为整个地面测试台及记录系统供电），三者相互配合，完成地面测试。

飞行参数采集记录系统属飞机上一个功能独立的用于采集记录飞行状态、飞行员操纵情况、飞机和发动机工作状态等信息的自动记录系统，由机载设备和地面保障设备组成。

飞行数据记录器（Flight Data Recorder 简称FDR，即通常所说的“黑匣子”）为飞行参数采集记录系统的核心部件。

飞行参数记录数据为飞机故障诊断、预测、辅助飞行训练、事故预防与调查分析提供支持。

L-3公司的FA2100系列飞行参数记录器，它的设计开发是遵循民机飞参的技术标准。

本文在介绍了飞参系统的基本原理与功能的基础上，详细阐述了了FA2100系列飞行数据的回放和分析，以及如何通过 ROSE 软件建立数据库。

1　系统组成与工作原理飞行参数记录系统由机载设备和地面维护设备组成。

机载飞行参数记录器是飞行参数系统的机载部分，完成对数据的采集和记录任务。

地面部分是将记录器中所记录的数据下载到地面处理计算机，将数据还原分析。

系统基本工作流程为：采集器设备将飞机状态信号及语音信号等飞行参数进行采样、量化，并按照一定的帧格式对信号进行编码，通过系统总线将所有的信号以数字量的形式存入飞行参数记录器和快取记录器中。

记录在记录器内的飞参信息，由数据（转录）卸载器读取，通过数据回放译码设备输入计算机，计算机把原始码还原成物理量，以数据表格、曲线、图形报表和三维仿真等方式显示或打印输出，以便对飞参信息进一步分析。

下载的数据经过地面数据处理设备（一般为专用计算机加数字接口设备）译码后，再由译码人员用分析软件处理成人们需要的工程值。

地面检测设备是用来维护机载设备的多功能电子设备，它可以和机载设备进行通信，接收机上各个传感器输出的电气信号。

校验采集和记录功能，更新机上设备的控制程序等。

2　数据分析及译码的重要性飞行数据记录器的历史数据，可通过地面专用设备进行数据回放，它们提供的数据可以揭示事故某一个或若干个因素，但它们所提供的数据，需要从其他渠道获得的证据联系起来综合分析。

黑匣子的工作原理-回复标题：黑匣子的工作原理一、什么是黑匣子？黑匣子，也被称为飞行数据记录器或飞行信息记录系统，是安装在飞机上的一个重要设备。

它的主要功能是在飞机发生事故时，记录并保存飞机的各种运行参数和飞行员的语音对话，以便于事后分析事故原因。

二、黑匣子的组成部分黑匣子主要由两部分组成：驾驶舱话音记录器（CVR）和飞行数据记录器（FDR）。

CVR用于记录驾驶舱内的所有声音，包括飞行员之间的对话、无线电通讯以及环境噪音等。

而FDR则用于记录飞机的各种飞行数据，如速度、高度、航向、发动机转速、油量、襟翼位置、起落架状态等。

三、黑匣子的工作原理1. 数据采集：黑匣子通过各种传感器收集飞机的各项运行数据和驾驶舱的声音信息。

这些数据包括飞机的姿态、速度、高度、加速度、油量、温度、压力等等。

2. 数据处理：收集到的数据首先被黑匣子内部的处理器进行初步处理，然后存储在内存中。

这个过程是实时进行的，也就是说，飞机在飞行过程中产生的任何数据都会立即被记录下来。

3. 数据存储：黑匣子通常使用固态存储技术来存储数据，这种技术具有抗震性好、读写速度快、寿命长等特点。

此外，为了防止数据丢失，黑匣子还采用了循环覆盖的方式，即当内存满时，会自动覆盖最早的数据。

4. 防护设计：由于黑匣子需要在飞机失事后的恶劣环境中保持其功能，因此它具有很强的防护能力。

一般来说，黑匣子可以承受高温、高压、深水、撞击等多种极端条件。

四、黑匣子的寻找与解读1. 寻找黑匣子：一旦飞机失事，搜救人员就会根据飞机最后的位置信息，使用声纳、雷达等设备来寻找黑匣子。

由于黑匣子内置有信标发射器，可以在水中发出频率为37.5kHz的电磁波信号，这也有助于定位黑匣子的位置。

2. 解读黑匣子：找到黑匣子后，专家会将其送回实验室进行数据提取和解读。

这个过程需要用到专门的设备和技术，例如，对于FDR，需要将磁带或固态存储介质上的数据转换成数字信号，然后再进行解析；对于CVR，则需要对录音进行音频分析，提取出有用的信息。

数据库系统设计与开发⽬录⼀、关系数据库系统概述数据：是对事物描述的符号记录，它描述事物中⼈们所感兴趣的特征，它能被计算机识别、存储和处理数据管理：是对数据的分类、组织、编码、存储、查询和维护等活动，是数据处理的中⼼环节数据管理的⽬标：减少数据的冗余度（数据的重复存储）提⾼数据的共享性（⽤户/语⾔/现在未来）提⾼数据的独⽴性（应⽤程序独⽴于数据结构变化）数据管理的三个阶段：⼈⼯ -> ⽂件 -> 数据库（60年代末）数据库技术：数据管理的最新技术，研究数据库的结构、存储、管理和使⽤DBS的组成：数据库：以⼀定的组织形式（数据模型）存放在计算机存储设备上的相关数据的集合数据库管理系统：管理数据库的软件1. 提供多种⾼级⽤户接⼝2. 查询处理和优化3. 数据的安全性控制4. 数据的完整性控制5. 并发控制6. 数据库恢复7. 数据⽬录（数据字典）管理⽤户或应⽤程序1. 基于数据库的应⽤程序及⽤户2. 使⽤简单的终端命令会查询语⾔对数据库进⾏存取操作，即以查询性应⽤为主的⽤户数据库管理员（DBA）：进⾏数据库的规划、设计、协调、维护和管理的⼈员或集体数据库系统的⽣存周期数据库系统的规划数据库设计数据库的建⽴数据库的运⾏、管理和维护数据库的扩充和重构开发数据库系统的有关⼈员1. 数据库管理员：进⾏数据库的规划、设计、协调、维护和管理2. 系统分析员：负责应⽤系统的需求分析和规范说明，与DBA和⽤户⼀起确定DBS的硬件平台和软件设置，参与DBS设计3. 程序设计员：负责设计和编制应⽤系统程序模块，并进⾏调试和安装4. ⽤户：参与可⾏性研究与需求分析关系数据模型与关系模式数据模型 -> ⽤来描述数据的⼀组概念和定义三级数据模型概念数据模型：⾯向客观世界，与DBMS⽆关（E-R）逻辑数据模型：关系数据模型（⾯向⽤户和DBMS）物理数据模型：与DBMS、OS和硬件有关逻辑数据模型的三要素：1. 数据结构 -> 规定如何把基本的数据项组织成较⼤的数据单位2. 数据操作 -> 查询、更新（增、删、改）；定义操作的含义、操作规则和实现操作的语⾔3. 数据约束 -> 是⼀组完整性规则的集合，定义了给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依赖规则数据模式 -> ⽤数据模型对具体数据的描述关系数据模型关系数据库由关系组成（⽤⼆维表表⽰）关系由元组组成（⼆维表的⾏），元组⽆序元组由属性组成（⼆维表的列），属性⽆序属性的取值范围 -- >属性域(原⼦数据的有限集)数据间的关系⽤键（候选/主/主属性/外）隐含表⽰关系中属性的个数 --> 关系的⽬关系中元组的个数 --> 关系的基数关系名+属性名 --> 关系模式候选键：其属性或属性组的值能唯⼀决定其它所有属性的值，⽽它的任何真⼦集⽆此性质主属性 ------- 包含在任何⼀个候选键中的属性⾮主属性 ----- 不包含在任何⼀个候选集中的属性主键（Primary Key(PK)）：当⼀个关系能有多个候选键时，可选定⼀个来标识元组外键（Foreign Key(FK)）：（不是本关系的键）却引⽤了其它关系或本关系的键的属性或属性组关系数据模型中表内不同元组间的联系⽤外键隐含地表⽰关系数据模型中表间（实体间）的联系是⽤外键隐含地表⽰的⼆、约束（四类）1. 域完整性 --> 属性域中的值/由语义决定可否为NULL2. 实体完整性 --> 每个关系都有⼀个主键、值唯⼀、≠NULL3. 引⽤完整性约束 --> 外键引⽤已有的主键值，或为NULL（⾮主属性作为主键）4. ⼀般化完整性约束 --> 由⽤户定义的、和数据的具体内容有关的约束前三个称为隐含约束后⼀个为显⽰约束（可⽤触发器、断⾔、过程）属性为原⼦的 --> 固有约束数据库中完整性约束检查，由DBMS实现或由⽤户负责操作查询是更新的基础操作的对象及运算结果都是关系关系代数完备集（σ，Π，∪, —, × ）σ：在关系中选出符号条件的元组（⾏）----> ⽔平分割（where）Π：选取关系中感兴趣的列，可重排列顺序 -----> 对关系垂直分割（select）×：如：R x S ：⽬为 r+s，基数为基数R x 基数S⋈：只保留⼀个关系中的公共属性关系代数运算与SQL的QL的对应关系：QL 的完整句法：QL 的执⾏过程：三、RDBMS 概述1、层次结构：应⽤层：应⽤程序与DBMS之间的接⼝，包括各种DB应⽤程序语⾔翻译处理层：对数据库语⾔的各类语句进⾏语法分析、视图转换、授权检查、完整性检查、查询优化等数据存取层：将上层的集合操作转换化为单元组操作，完成数据记录的存取、存取路径维护、并发控制、事务管理和数据库恢复等任务，涉及到数据字典的读与写、⽇志⽂件的读与写、加/解锁数据存储层：负责⽂件的逻辑打开、关闭、读写页、读写缓冲等操作，并完成缓冲区管理、内外存交换和外存管理等任务操作系统DB2、DBMS的进程结构1. ⼀个应⽤进程对应⼀个DBMS核⼼进程2. 单进程多线程结构系统只创建⼀个DBMS进程在该进程中：有常驻的公共服务线程、⽤户线程各个线程能在逻辑上并⾏执⾏，共享DBMS的资源3、DBMS与DBS的结构1. 分时系统环境下的集中式数据库系统结构2. ⽹络环境下的客户/服务器结构（C/S）3. 物理上分布、逻辑上集中的分布式数据库结构4. 三层结构（B/S结构）： Browser ---> web 服务器 ---> 数据库服务器4、RDBMS功能的实现技术⼀、必备的⽤户接⼝ --> SQL/⾮过程化数据库语⾔交互式SQL：不能编程，访问为主（DDL、QL、DML、DCL）嵌⼊式SQL：将SQL嵌⼊其它程序设计语⾔中，可处理数据⼆、数据⽬录（数据字典或系统⽬录）有关数据库中数据的定义和描述信息是 ---> 元数据元数据组成的若⼲表 --> 数据⽬录数据⽬录的内容：基表、视图的定义存取路径（索引、散列）⽤于查询优化的统计数据数据⽬录的定义和描述等数据⽬录作⽤、定义⽅法、使⽤范围：数据⽬录对DBMS的运⾏必不可少，DBMS频繁访问数据⽬录本⾝不能⽤SQL语句定义，由系统在初始化⽣成，由DBMS维护DBMS⼀般不允许⽤户对之更新，只允许受控查询数据⽬录中的基表的定义被删除，表中数据不能⽤数据⽬录未定义，任何SQL语句都⽆法执⾏三、查询处理与优化1. 数据库的存储结构数据库的存储介质：多级记录的存储结构⽂件结构与存取路径：堆、散列、索引：动态（B+树）、静态（主索引，次索引）2. 查询优化的途径（可综合运⽤）代数优化：改变基本操作的次序依赖于存取路径的优化：结合存取路径（顺序扫描、索引、簇集）的分析考虑各操作的执⾏策略及选择原则规则优化：仅根据启发式规则，选择执⾏的策略（先做选择、投影，后做连接操作等）代价估算优化四、并发控制1）事务的概念DBMS的最⼩执⾏单位，含有若⼲有序的操作遵守ACID准则：原⼦性、⼀致性、隔离性、持久性结束的⽅式：提交成功/失败或⼈为的故障事务的定义和划分：（a）没有显式定义，则由DBMS按缺省规定⾃动划分事务（b）⽤SQL语句显式控制⼀个事务的开始和终⽌2. 并发的概念并发是不同⽤户（事务）同时访问同⼀数据的事件，是不同事务在时间上的交叉执⾏3）事务并发执⾏可能带来的问题不加控制 --> 三种冲突 -- > 三个问题 -- > 数据不⼀致4）事务管理的任务 --> 保证事务的正常执⾏满⾜ACID准则在系统故障时应满⾜ --> 数据库恢复在单事务执⾏时满⾜在多事务并发执⾏时满⾜ -- > 并发控制5）并发控制的正确性准则调度的冲突可串⾏化（⽬前DBMS普遍采⽤）采⽤锁机制：事务在操作前先对数据对象加锁加锁时必须遵守的规则 -- > 加锁协议（相容矩阵）⼏种有代表性的加锁协议：S锁（共享锁）、X锁（排它锁）、U锁（更新锁）S锁：多个事务可封锁⼀个共享页；任何事务都不能修改该页；通常是该页被读取完毕，S锁⽴即被释放X锁：仅允许⼀个事务封锁此页；其他任何事务必须等到X锁被释放才能对该页进⾏访问；X锁⼀直到事务结束才能被释放U锁：⽤来预定要对此页施加X锁，它允许其他事务读，但不允许再施加U锁或X锁；当被读取的页将要被更新时，则升级为X锁；U锁⼀直到事务结束时才能被释放五、数据库恢复1. 故障的概念起因：DBS 硬件、软件故障现象：出现差错后果：导致系统失效、数据丢失DBS 的措施：增强系统可靠性检查差错，将数据库恢复到某个⼀致状态2. 3种恢复技术仅使⽤后备副本（脱机、增量转储、恢复⽤最近后备副本）使⽤后备副本和⽇志⽂件（运⾏记录）利⽤多个副本六、E-R数据模型与E-R图（概念设计）⽤E-R数据模型对现实世界抽象的结果⽤E-R图表⽰三个抽象概念：实体、属性、联系实体（矩形框）：客观存在的且可以相互区分的事物实体集：具有相同性质的实体的集合联系（菱形框）：实体集之间的相互关系（抽象表⽰）联系的元数：与⼀个联系有关的实体集的个数联系的类型：1:1、1:n、m:n属性（椭圆）：实体或联系所具有的特征实体键（下画线）：能够唯⼀标识实体集中某⼀实体的属性或属性组七、逻辑设计任务：将概念结构转换为某个具体的DBMS所⽀持的逻辑结构形成合理的全局逻辑结构（基表），并设计出外模式（视图）对逻辑结构进⾏适当的调整和优化，使之在功能、完整性约束、可扩充性上满⾜⽤户需求主要步骤：概念设计结果 -- > 初始关系模式（E-R图转换成关系模式）1. 实体集实体集 -- > 关系模式实体属性 -- > 关系模式的属性 -- > 修改RDBMS不⽀持的类型实体键 -- > 关系模式的键2. 联系m : n 的联系集 -- > ⽤联系集的属性和两个实体集的键单独构成⼀个关系、新关系的键由两个实体集的键组合⽽成、每个实体键是⼀个外键1 ：n 的联系集 -- > 联系集的属性归⼊ n ⽅关系模式中，并引⽤ 1 ⽅关系中的键，形成外键1 ： 1 的联系集 -- > 联系集的属性归⼊两个关系模式的任⼀个之中，并引⼊另⼀个关系的键，形成外键多元联系集 -- > 联系集的属性与各关系模式的键构成新关系3. 将具有相同实体键的关系模式合并为⼀个关系模式实例：基于 E-R 图做逻辑设计，写出关系模式（单下划线表⽰主键，波浪线表⽰外键(此处⽤斜体表⽰，别问，问就是不知道咋表⽰波浪线)）两个实体对应两个模式，M : N联系对应⼀个模式读者（借书证号，姓名，单位，职称）图书（图书编号，分类号，书名，作者，出版单位，单价）借阅（借书证号，图书编号，借阅⽇期）⼋、函数依赖和关系模式的规范化函数依赖1. 属性之间的约束关系 --> 数据依赖 --> 函数依赖--> 多值依赖-- > 连接依赖2. 函数依赖 -- > ⼀个或⼀组属性的值可以决定其它属性的值，是最基本的数据依赖3. 函数依赖的形式化定义（X -> Y，表⽰ Y 函数依赖于 X）4. 函数依赖成⽴的条件关系的任⼀可能指都满⾜（不仅是当前值）5. 平凡函数依赖与⾮平凡函数依赖⼀个函数依赖 X -> Y 如果满⾜ Y ⊈ X，则为⾮平凡函数依赖，否则称之为平凡函数依赖6. 完全函数依赖与部分函数依赖若 Y 函数依赖于 X，但不依赖于 X 的任何⼦句 X'，则称 Y 完全函数依赖于 X，否则称 Y 部分函数依赖于 X7. 传递函数依赖若关系的三个属性⼦集 X、Y、Z 之间有：X -> Y,Y⇏X,Y->Z则称 Z 传递函数依赖于 X8. 逻辑蕴涵对⼀个关系模式存在的多个函数依赖，可以通过推理，从⼀组已知的函数依赖导出另⼀组函数依赖，两个函数依赖集之间的这种关系称为逻辑蕴涵9. 闭包所有被⼀个已知函数依赖集 F 逻辑蕴涵的那些函数依赖的集合为 F 的闭包10. Armstrong 公理⾃反律扩展律传递律候选键求属性集闭包算法可⽤于推导候选键定义：在关系模式R(U,F)中，若 X ⊆ U，Y ⊆ X, 且满⾜ X -> U, Y⇏U则称 X 为 R 的候选键⽅法：若属性 A 仅出现在所有函数依赖的右部则它⼀定不包含在任何候选键中若属性 A 仅出现在所有函数依赖的左部则它⼀定包含在某个候选键中若属性 A 既出现在函数依赖的右部，⼜出现在左部，则它可能包含在候选键中在上述基础上求属性集闭包未出现函数依赖集中的属性⼀定是主属性关系模式的规范化1. 规范化 -- 使关系模式满⾜某种条件2. 范式NF(Normal Form) -- 关系模式满⾜的条件3. 有多级范式，级别越⾼，条件越严格（共5级，1NF、2NF、3NF(BCNF) -- 模式设计、4NF、5NF -- 理论研究）第⼀范式（1NF）属性都是原⼦的关系模式满⾜第⼀范式可记为 R ∈ 1NF（通常⾃动满⾜）第⼆范式（2NF）如果关系模式 R ∈ 1NF，且它的任⼀⾮主属性都完全函数依赖于任⼀候选键，则称 R 满⾜第⼆范式记为 R ∈ 2NF第三范式（3NF）如果关系模式 R ∈ 2NF，且每⼀个⾮主属性不传递依赖于任⼀键-> 各⾮主属性既不部分依赖也不传递依赖于键，记为 R ∈ 3NFBCNF（Boyce-Codd范式）-- 改进的3NF如果关系模式的所有⾮平凡函数依赖的决定⼦都含有键，记为 R ∈ BCNF满⾜ BCNF 的关系可避免更新异常和数据冗余若 R ∈ BCNF，则 R ∈ 3NF4. 关系模式的分解模式分解分解⽬的：使关系达到某级范式。