第1章数据库系统概论课件

数据库原理数据库原理课程性程性质与与设置目的置目的v性质性质计算机与信息类专业的一门专业基础课计算机与信息类专业的一门专业基础课数据库技术是计算机软件学科的重要分支数据库技术是计算机软件学科的重要分支应用领域广大应用领域广大v目的目的掌握基本原理和方法掌握基本原理和方法掌握数据库结构设计和数据库应用系统开发掌握数据库结构设计和数据库应用系统开发方法方法能应用现有数据库管理软件和软件开发工具能应用现有数据库管理软件和软件开发工具2024/7/11第1章 绪论数据数据库的地位的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础，它数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大促进了计算机应用向各行各业的出现极大促进了计算机应用向各行各业的渗透的渗透数据库的建设规模、数据库信息量的大小数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志度的重要标志2024/7/11第1章 绪论课程教材及参考程教材及参考书v教材教材王国胤等：数据库原理与设计，电子工业出王国胤等：数据库原理与设计，电子工业出版社自学参考书版社自学参考书Oracle，SQL Server,My SQL相关书籍相关书籍2024/7/11第1章 绪论课程特点程特点v坚实的理论基础坚实的理论基础关系运算理论，模式设计理论关系运算理论，模式设计理论v实践性强实践性强密切结合现实生活，密切结合现实生活，新的应用需求不断涌现新的应用需求不断涌现SQL语言应用广泛，开发平台丰富语言应用广泛，开发平台丰富数据库设计影响整个应用系统的性能数据库设计影响整个应用系统的性能v研究领域多研究领域多数据库设计与应用开发数据库设计与应用开发数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）软件的研制软件的研制数据库理论研究数据库理论研究2024/7/11第1章 绪论课程学程学习方法方法v理论学习理论学习掌握基本概念，多看例题，多做习题掌握基本概念，多看例题，多做习题理论指导实践，实践提高认识理论指导实践，实践提高认识重视数据库设计重视数据库设计v实践学习实践学习勤思考，多动手勤思考，多动手重视上机实习环境重视上机实习环境坚持自学坚持自学2024/7/11第1章 绪论成成绩评定定v平时成绩（考勤平时成绩（考勤+作业，作业，10%）v实验成绩实验成绩 20%v大作业（数据库设计报告，大作业（数据库设计报告，20%）v期末闭卷考试（期末闭卷考试（50%）2024/7/11第1章 绪论v重庆市高校数据库应用程序设计竞赛重庆市高校数据库应用程序设计竞赛校级竞赛校级竞赛市级决赛市级决赛2024/7/11第1章 绪论第一章第一章 数据数据库系系统概概论v学习要点学习要点数据库系统有关的基本概念数据库系统有关的基本概念 数据库的发展历史数据库的发展历史数据模型数据模型(Data Models)数据库系统的三级模式及二级映象数据库系统的三级模式及二级映象数据库系统数据库系统2024/7/11第1章 绪论v四个基本概念四个基本概念数据（数据（Data）数据库（数据库（Database）数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）数据库系统（数据库系统（DBS）1.1 数据库系统概论数据库系统概论2024/7/11第1章 绪论概念概念1：数据：数据v数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据库中存储的基本对象v数据的定义数据的定义描述事物的符号记录描述事物的符号记录v数据的种类数据的种类文字、图形、图像、声音、学生档案记录等文字、图形、图像、声音、学生档案记录等v数据的特点数据的特点语义：数据具有一定的含义语义：数据具有一定的含义数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的v数据处理：数据处理：收集、存储、加工和传播收集、存储、加工和传播2024/7/11第1章 绪论数据数据举例例v学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录（李明，男，（李明，男，1992，江苏，计算机系，江苏，计算机系，2010）v数据的解释数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间在系别、入学时间解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，1992年出生，江苏人，年出生，江苏人，2010年考入计算机系年考入计算机系数据的形式不能完全表达其内容，需要明确其语义。数据的形式不能完全表达其内容，需要明确其语义。2024/7/11第1章 绪论概念概念2：数据：数据库v数据库数据库(Database,简称简称DB)是长期存储是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合据集合2024/7/11第1章 绪论数据数据库的特征的特征数据按一定的数据模型组织、描述和存储数据按一定的数据模型组织、描述和存储可为各种用户共享可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展2024/7/11第1章 绪论概念概念3：数据：数据库管理系管理系统vDBMS（Database Management System）位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件用于组织、存取和维护数据用于组织、存取和维护数据属于支持软件属于支持软件计算机软件的种类计算机软件的种类？2024/7/11第1章 绪论数据数据库管理系管理系统的功能的功能v功能功能数据定义数据定义：定义数据库结构、权限、索引等。：定义数据库结构、权限、索引等。数据存取数据存取：实现对数据的查询、增、删、改等：实现对数据的查询、增、删、改等操作。操作。数据库的运行管理数据库的运行管理：实现数据库恢复、并发控：实现数据库恢复、并发控制、完整性检查、安全性检查、日志管理等功制、完整性检查、安全性检查、日志管理等功能，保证数据库系统的正常运行。能，保证数据库系统的正常运行。数据库的建立和维护数据库的建立和维护：数据输入、转换、转储、：数据输入、转换、转储、恢复，数据库性能监控、性能分析等。恢复，数据库性能监控、性能分析等。v目前广泛使用的商用目前广泛使用的商用DBMS产品产品DB2,Oracle,Sybase,SQL Server,Access等。等。2024/7/11第1章 绪论DBMS对数据的控制功能数据的控制功能v数据的安全性（数据的安全性（Security）保护保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏破坏v数据的完整性（数据的完整性（Integrity）检查检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系一定的关系v并发（并发（Concurrency）控制控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果扰而得到错误的结果v数据库恢复（数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态2024/7/11第1章 绪论概念概念4：数据：数据库系系统v定义：定义：引入数据库后的计算机系统引入数据库后的计算机系统v组成：组成：DBA全面负责管理和全面负责管理和控制数据库系统。控制数据库系统。应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具操作系统操作系统硬件硬件专家用户专家用户数据库管理员数据库管理员（DBA）其他用户其他用户简单用户简单用户Powerbuilder,Delphi,VB,VC等等Oracle,DB2,Sybase,SQL server等等Win2000,Linux,Unix等等DB2024/7/11第1章 绪论数据库系统(Database System,DBS)特点：具有较好的数据集成效果。具有较好的数据共享性。具有较好的完整性和安全性。数据库系统组成数据库数据库管理系统（及开发工具）应用系统数据库管理员（一般也是数据库设计人员）用户（或为软件、硬件、数据、用户、过程）数据库用户用户（Database Users）可以按照使用系统的不同方式进行区分复杂用户可直接使用查询语言的技术人员专家用户：可根据需要编写特定的数据库应用程序简单用户使用编制好的应用程序访问数据库如银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员偶然用户企业或组织机构的高中级管理人员数据库管理员（DBA）全面负责管理和控制数据库系统具体任务决定数据库中信息内容和结构存储结构和存取方式定义定义数据的安全性和完整性约束条件改进和重构数据库系统监控数据库的使用和运行其它人员 系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置参与数据库系统的概要设计数据库设计人员参加用户需求调查和系统分析确定数据库中的数据设计数据库各级模式应用程序员设计和编写应用系统的程序模块进行调试和安装数据管理技数据管理技术的的产生和生和发展展v什么是数据管理什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护是数据处理的中心问题是数据处理的中心问题v数据管理技术的发展动力数据管理技术的发展动力应用需求的推动应用需求的推动计算机硬件的发展计算机硬件的发展计算机软件的发展计算机软件的发展理论发展理论发展v数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)2024/7/11第1章 绪论阶段段1：人工管理：人工管理阶段段v时间：时间：20世纪世纪50年代中期以前年代中期以前v背景背景 应用需求应用需求：科学计算：科学计算硬件水平硬件水平：外存只有卡片纸带磁带，无：外存只有卡片纸带磁带，无直接存取存储设备直接存取存储设备软件水平软件水平：汇编语言，没有操作系统：汇编语言，没有操作系统处理方式处理方式：批处理：批处理2024/7/11第1章 绪论人工管理人工管理阶段特点段特点数据的管理者：应用程序，数据不保存数据的管理者：应用程序，数据不保存数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.2024/7/11第1章 绪论阶段段2：文件系：文件系统阶段段v时间：时间：20世纪世纪50年代末到年代末到60年代中期年代中期 v背景背景 应用需求应用需求：科学计算、管理：科学计算、管理硬件水平硬件水平：磁盘、磁鼓等直接存取的外存设备：磁盘、磁鼓等直接存取的外存设备软件水平软件水平：操作系统高级语言操作系统中：操作系统高级语言操作系统中的文件系统是专门用于数据管理的软件的文件系统是专门用于数据管理的软件处理方式处理方式：联机实时处理、批处理：联机实时处理、批处理2024/7/11第1章 绪论文件系文件系统的特点的特点v数据的管理者数据的管理者：文件系统，数据可长期保存文件系统，数据可长期保存v数据面向的对象数据面向的对象：某一应用程序某一应用程序 v数据的共享程度数据的共享程度：共享性差、冗余度大共享性差、冗余度大v数据的结构化数据的结构化：记录内有结构，整体无结构记录内有结构，整体无结构应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集2应用程序应用程序数据集数据集n文件系统.v数据的独立性数据的独立性：独立独立性差，数据的逻辑结构性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序改变必须修改应用程序v数据控制能力数据控制能力：应用应用程序自己控制程序自己控制2024/7/11第1章 绪论文件系文件系统中数据的中数据的结构构v记录内有结构记录内有结构数据的结构是靠程序定义和解释的数据的结构是靠程序定义和解释的数据只能是定长的数据只能是定长的可以间接实现数据变长要求，但访问相应数可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了据的应用程序复杂了v数据整体无结构数据整体无结构因为文件间是独立的因为文件间是独立的可以间接实现数据整体的有结构，但必须在可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系应用程序中对描述数据间的联系v数据的最小存取单位是记录数据的最小存取单位是记录2024/7/11第1章 绪论阶段段3：数据：数据库系系统阶段段v时间时间:20世纪世纪60年代末年代末 v背景背景 应用背景应用背景：大规模管理：大规模管理硬件背景硬件背景：大容量磁盘：大容量磁盘软件背景软件背景：有数据库管理系统：有数据库管理系统处理方式处理方式：联机实时处理：联机实时处理,分布处理分布处理,批处理批处理2024/7/11第1章 绪论数据数据库系系统特点特点v数据的管理者：数据的管理者：DBMSv数据面向的对象：现实世界数据面向的对象：现实世界v数据的共享程度：共享性高数据的共享程度：共享性高v数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性v数据的结构化：整体结构化，数据存取粒度小数据的结构化：整体结构化，数据存取粒度小 v数据控制能力：由数据控制能力：由DBMS统一管理和控制统一管理和控制DBMS应用程序1应用程序2数据库2024/7/11第1章 绪论补充充说明明v数据的高共享性的好处数据的高共享性的好处降低数据的冗余度，节省存储空间降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性避免数据间的不一致性使系统易于扩充使系统易于扩充v数据结构化数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一整体数据的结构化是数据库的主要特征之一数据库中实现的是数据的真正结构化数据库中实现的是数据的真正结构化数据结构用数据模型描述，无需程序定义和解释数据结构用数据模型描述，无需程序定义和解释数据可以变长数据可以变长数据的最小存取单位是数据项数据的最小存取单位是数据项2024/7/11第1章 绪论补充充说明：数据独立性明：数据独立性v物理独立性物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的数据是相互独立的当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变v逻辑独立性逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的独立的数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变2024/7/11第1章 绪论1.3 数据数据库系系统的体系的体系结构构vDBMS角度角度三级模式结构三级模式结构v最终用户角度最终用户角度集中式结构集中式结构单用户结构单用户结构主从结构主从结构分布式结构分布式结构客户客户/服务器结构服务器结构并行结构并行结构系统内部结构系统外部结构2024/7/11第1章 绪论三三级模式模式结构构v模式（模式（Schema)：逻辑模式逻辑模式逻辑级上的视图，是数据库中全体数据的逻辑结构和逻辑级上的视图，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述特征的描述一个数据库只有一个模式一个数据库只有一个模式v外模式外模式(External Schema)：子模式或用户模子模式或用户模式式是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据表示表示一个数据库可有多个外模式一个数据库可有多个外模式v内模式内模式(Internal Schema)：存储模式存储模式数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式部的表示方式一个数据库只有一个内模式一个数据库只有一个内模式2024/7/11第1章 绪论数据数据库系系统的三的三级模式模式结构构应用A应用B应用C应用D应用E外模式1外模式2外模式3模 式内模式数据库外模式模式映象模式内模式映象举例说明三级模式中包含的具体信息2024/7/11第1章 绪论二二级映象与数据独立映象与数据独立v外模式外模式(External Schema)模式（模式（Schema)一个模式可对应多个外模式，对于每一个外模式均一个模式可对应多个外模式，对于每一个外模式均有一个外模式模式映象。有一个外模式模式映象。当模式变化时，由当模式变化时，由DBA改变各外模式模式映象而改变各外模式模式映象而保持外模式不变，应用程序也无须改变保持外模式不变，应用程序也无须改变所以，保证了数据与程序的逻辑独立性所以，保证了数据与程序的逻辑独立性v模式（模式（Schema)内模式内模式(Internal Schema)模式模式内模式内模式 映象是唯一的映象是唯一的当内模式变化时，由当内模式变化时，由DBA改变各模式内模式映象改变各模式内模式映象而保持模式不变，应用程序也无须改变而保持模式不变，应用程序也无须改变所以，保证了数据与程序的物理独立性所以，保证了数据与程序的物理独立性2024/7/11第1章 绪论1.3.2数据数据库系系统的的应用体系用体系结构构v单用户结构单用户结构v主从式结构主从式结构v分布式结构分布式结构v客户客户/服务器结构服务器结构v浏览器浏览器/应用服务器应用服务器/数据库服务器结构数据库服务器结构2024/7/11第1章 绪论v1.单用户数据库系统单用户数据库系统v整整个个数数据据库库系系统统(应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据)装装在在一一台台计计算算机机上上，为为一一个个用用户户独独占占，不不同机器之间不能共享数据。同机器之间不能共享数据。v早期的最简单的数据库系统早期的最简单的数据库系统2024/7/11第1章 绪论2.2.主从式主从式结构的数据构的数据库系系统v一个主机带多个终端的多用户结构一个主机带多个终端的多用户结构数数据据库库系系统统，包包括括应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由都集中存放在主机上，所有处理任务都由 主机来完成主机来完成各各个个用用户户通通过过主主机机的的终终端端并并发发地地存存取取数数据据库库，共享数据资源共享数据资源2024/7/11第1章 绪论主从式主从式结构的数据构的数据库系系统主机主机终终端端2024/7/11第1章 绪论主从式主从式结构的数据构的数据库系系统(续）v优点优点易于管理、控制与维护。易于管理、控制与维护。v缺点缺点当当终终端端用用户户数数目目增增加加到到一一定定程程度度后后，主主机机的的任任务务会会过过分分繁繁重重，成成为为瓶瓶颈颈，从从而而使使系系统统性性能下降。能下降。系系统统的的可可靠靠性性依依赖赖主主机机,当当主主机机出出现现故故障障时时，整个系统都不能使用。整个系统都不能使用。2024/7/11第1章 绪论3.3.分布式分布式结构的数据构的数据库系系统v数数据据库库中中的的数数据据在在逻逻辑辑上上是是一一个个整整体体，但但物理地分布物理地分布在计算机网络的不同结点上。在计算机网络的不同结点上。网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用2024/7/11第1章 绪论分布式分布式结构的数据构的数据库系系统（续）v优点优点适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。v缺点缺点数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约。2024/7/11第1章 绪论4 4客客户服服务器器结构的数据构的数据库系系统v把把DBMSDBMS功能和应用分开功能和应用分开网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为客户机2024/7/11第1章 绪论客客户服服务器数据器数据库系系统的种的种类v集中的服务器结构集中的服务器结构 一台数据库服务器，多台客户机v分布的服务器结构分布的服务器结构在网络中有多台数据库服务器分布的服务器结构是客户服务器与 分布式数据库的结合2024/7/11第1章 绪论客客户服服务器器结构的构的优点点客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传输量数据库更加开放客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行可以使用不同厂商的数据库应用开发工具2024/7/11第1章 绪论客客户服服务器器结构的缺点构的缺点“胖客户胖客户”问题：问题：系统安装复杂，工作量大。应用维护困难，难于保密，造成安全性差。相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源。系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、操作系统又常常不同，要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块，其安装维护代价便不可接受了。2024/7/11第1章 绪论浏览器器/应用服用服务器器/数据数据库服服务器器结构构v客户端：客户端：浏览器软件、用户界面 浏览器的界面统一，广大用户容易掌握 大大减少了培训时间与费用。v服务器端分为两部分：服务器端分为两部分：Web服务器、应用服务器数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价能够支持数万甚至更多的用户2024/7/11第1章 绪论数据数据库技技术的研究的研究领域域v数据库管理系统软件的研制数据库管理系统软件的研制v数据库设计数据库设计v数据库理论数据库理论2024/7/11第1章 绪论数据数据库技技术的四条的四条线索索v三个系统：三个系统：历史发展（层次网状系统）历史发展（层次网状系统）当前主流（关系系统）当前主流（关系系统）未来发展（面向对象系统）未来发展（面向对象系统）v数据库发展史上的两条主线：数据库发展史上的两条主线：数据模型的演变：层次、网状、关系、面向对象数据模型的演变：层次、网状、关系、面向对象数据语言的演变：基本数据语言的演变：基本SQL、嵌入嵌入SQL、动态动态SQL、递归递归SQL（recursive）、ORDB的的SQLv两个端点：两个端点：用户（使用）、系统（实现）用户（使用）、系统（实现）v数据库设计演变的过程数据库设计演变的过程ER图，对象联系图，图，对象联系图，UML类图类图2024/7/11第1章 绪论结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日