数据库系统教程教材课件

数据库系统教程数据库系统教程课程介绍l一、数据管理与数据库技术一、数据管理与数据库技术l二、课程学习目的二、课程学习目的1学习掌握数据库系统理论（主要是关系数据库）l掌握数据库系统理论l用命令等工具交互式地操作数据库l通过编程访问数据库中的数据l掌握如何设计数据库应用系统2掌握数据库的内部结构和运行过程l各种主要模块及其功能l模块之间如何互动以完成操作的3了解数据库新技术的一些发展动态课程介绍一、数据管理与数据库技术课程特点课程特点l三、课程特点：三、课程特点：理论、技术、实践相结合的l以关系理论为基础关系数据库理论数据模型设计的思想方法l以技术和方法为主编程、软件系统设计l做实验各种平台上的数据库操作方法及大型数据库管理系统的使用实验环境，推荐安装以下产品之一IBM UDB 7.0（或以上）for WindowsMS SQL SERVER 7.0Oracle设计并测试一个简单但完整的应用例子如一个车辆管理系统、一个多媒体房地产数据库scm等课程特点三、课程特点：学习内容和使用教材学习内容和使用教材l四、学习内容和使用教材四、学习内容和使用教材/参考书参考书国内的教材l数据库系统原理，王能斌著，电子工业出版社，2000年版，ISBN 7-5053-50-5304-7国外的教材lData Management System,Raghu Ramakrishnan,WCB/McGraw-Hill,1997,ISBN 0-07-050775-9lDatabase System Concepts,A.Silberschatz and S.Sudarshan,McGraw-Hill,1997,ISBN 7-111-06710-X参考文献l微软环境DB2 UDB7.1开发指南，IBM著，机械工业出版社，2001年版，ISBN 7-111-08623-6理论、设计、实现（理论、设计、实现（19章，章，18章）章）l其它数据库产品的使用手册等学习内容和使用教材四、学习内容和使用教材/参考书第一章数据库系统引论l什么是数据库什么是数据库？l什么是什么是DBMS？l数据库系统发展历史数据库系统发展历史l数据库系统介绍数据库系统介绍l数据库技术的应用领域数据库技术的应用领域l数据库技术的技术领域数据库技术的技术领域第一章数据库系统引论什么是数据库？l一、一、什么是数据库？什么是数据库？l数数据据库库是是一一个个持持久久数数据据的的集集合合，这些数据用于某企业的应用系统中（制造公司、银行、医院、大学、政府部门等）l数据库象一个仓库数据库象一个仓库存储各种物品（数据）物品形状、大小数据格式数据模式从仓库取得物品（数据）如何知道存储位置如何快速定位和取数据数据库系统教程教材课件l二、二、为什么要用数据库？为什么要用数据库？l1、数据库系统与传统的文件系统保存方式相比，有明显的优点：数据独立性高数据独立性高数据共享程度高数据共享程度高减少冗余，保证数据的一致性减少冗余，保证数据的一致性提供数据完整性约束机制提供数据完整性约束机制并发访问和提供事务支持并发访问和提供事务支持提供安全机制提供安全机制数据库系统教程教材课件l2、在在典典型型的的没没有有数数据据库库系系统统的的企企业业，每每个个应应用用拥拥有有各各自自的的文文件件经经常常是是存存储储在在各各自自的的磁磁带带和和磁磁盘盘以以致致于于难难以以用用任任何何系系统统的的方方法法来来控控制制这这些些非非常常分分散散并并且且结结构构化化程程度度不不高高的的数数据据。数数据据库库系系统统则则保保证证了了企企业业对对数数据据的的集集中中控控制制，并并且具有较好的共享性。且具有较好的共享性。数据库系统教程教材课件l数据的独立性数据的独立性 理解数据独立性的含义l在数据库系统之前的系统应用程序的数据文件有一定的物理存储方式、逻辑结构。数据与应用程序之间缺乏独立性。应用程序与数据的物理表示、逻辑表示是密切相关的，如果改变了数据的物理表示、逻辑表示也要相应改变应用程序。这是非数据独立l数据独立性可以定义成应用程序不会因物理表示和访问技术的改变而改变。当然，这意味着应用程序不应依赖于任何特定的物理表示和访问技术 数据库把数据的具体组织留给DBMS管理，用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。lDBMS数据库管理系统数据独立性包括两个方面：物理独立性和逻辑独立性l物理独立性：数据的独立性 l逻辑的独立性：应用程序与数据的逻辑表示无关。例：商品名称销售额某公司的销售管理应用程序新的分公司销售管理应用程序商品名称销售额商品名称销售额1+销售额2建立一个数据视图逻辑的独立性：例：商品名称销售额某公司的销售新的分公司商品名l数据共享数据共享共共享享不不仅仅指指现现有有的的应应用用程程序序可可以以共共享享数数据据库库的的数数据据，而且新的应用程序也能对这些数据进行操作。而且新的应用程序也能对这些数据进行操作。数数据据库库中中的的每每项项数数据据可可以以被被不不同同的的用用户户共共享享。因因此此，每一个用户都可以因不同的目的而访问相同的数据。每一个用户都可以因不同的目的而访问相同的数据。l用用户户指指数数据据的的使使用用者者包包括括应应用用程程序序，也也可可指指真真正正意意义义上上的的用户用户数据共享l减少冗余：减少冗余：在非数据库系统中，每个应用程序都有自己的专用文件。这种情况经常导致在存储数据上有相当大的冗余，结果浪费存储空间。例：一个有关人事的应用程序和一个有关教育的应用程序拥有各自的数据文件：EMPLOYEE文件中包括：职员名、出生日期、地址、所在部门、职务、职称和工资等等。ENROLLMENT文件中包括职员名、职员所在部门、职务、职称、培训时间、培训课程、培训成绩等。而数据库可以合并几个不同文件，可以部分地消除文件之间的冗余。EMPLOYEE文件中包括：职员名、出生日期、地址、部门、职务、职称和工资等等。ENROLLMENT文件中可只包括职员名、培训时间、培训课程、培训成绩等。减少冗余：人事应用程序人事应用程序教育管理应用程序教育管理应用程序EMPLOYEE文件ENROLLMENT文件H包括职员名、出生日期、地址、所在部门、职务、职称和工资等等。包括职员名、职员所在部门、职务、职称、培训时间、培训课程、培训成绩等。重复重复HEMPLOYEE包括职员名、出生日期、地址、所在部门、职务、职称和工资等。HENROLLMENT包括职员名、培训时间、培训课程、培训成绩等。由于数据库管理数据可以在全局范围内共享，则在有关教育应用程序需要某职员的部门信息、职务、职称时，可以访问EMPLOYEE文件。这就是数据共享带来冗余程度的减少。这就是数据共享带来冗余程度的减少。合并EMPLOYEE文件和ENROLLMENT文件H例：例：一个有关人事的应用程序和一个有关教育的应用程序拥有各自的数据文件：人事应用程序教育管理应用程序EMPLOYEE文件ENROLLl避免不一致：避免不一致：这是减少冗余度必然的结果数据一致性也指数据的正确性。l假定一种情况下职员E 3在部门D 8工作，这条信息在数据库中有两个不同的条目（分别在employee、enrollment文件中），职员E3的信息：E3,1975.1.3,某某地区，D8，主管科员，经济师，2000培训信息：E3，D8，主管科员，经济师，1999，计算机，90E3,D8，主管科员，经济师，2001，税法，85当当E3调调动动到到D6部部门门工工作作后后，应应对对相相关关数数据据项项做做怎怎样样的修改？的修改？H必须修改两个文件中有关该职员的部门信息才能保证数据一致性，如果管理人员没有意识到这种冗余或者没有及时修改不同数据文件中部门信息，则造成数据的不一致性。H因此可见，消除冗余度可保证数据一致性。必须修改两个文件中有关该职员的部门信息才能保证数据一致性，如l保持完整性：完整性的问题的实质是确保数据库中的数据是正确的。前述的职员的部门信息如果在不同的文件中的记录不一致，就是缺少完整性的例子。（造成不完整性的主要原因是数据冗余性）另外，即使没有冗余，数据库也可能包含错误的信息。l例如，可能显示职员属于一个不存在的部门。（可能由于输入的错误）l数据库的集中控制可以有效地避免此类问题。主要通过支持数据管理员定义一些完整性约束来实现。如CHECK子句、触发子，断言等。数据库系统教程教材课件l并发访问和数据一致性并发访问和数据一致性文件系统一般不支持并发访问。文件系统一般不支持并发访问。数据库系统的并发访问控制可保证数据的一致性。数据库系统的并发访问控制可保证数据的一致性。l提供事务支持提供事务支持：事务是一个逻辑工作单元，它包括一些数据库操作（特别是一些更新操作）。常见的例子如：从帐户 A到帐户 B转移一定的现金数。2000元帐户A-帐户B数据库支持事务的概念，确保两个操作要么都做，要么都不做，即使在系统执行过程中出现故障（比如因为电源断）也应如此。这就是事务的原子性。这种事务的操作可确保数据的正确。事务管理是这门课程讲授的重要内容之一。减去2000元存入2000元第一步第二步并发访问和数据一致性减去2000元存入2000元第一步第二步l增加安全性控制增加安全性控制数据库系统的共享性使数据库的数据更加有可能被非法访问，非法修改。这就要求相称的、好的安全系统，没有安全保障，数据的安全性可能比传统的文件系统更处于危险之中。数据库通常可定义安全性约束或规则比如：定义一些敏感数据的访问级别，只允许某一级别的用户访问。对于数据库的每条信息的不同类型的访问（修改、插入或删除等）可建立不同的约束。增加安全性控制l加强标准化加强标准化数据在数据库中是集中控制，在全局范围内共享，甚至有可能在不同的系统中移动。数据采用一定的标准（部门标准、安装标准、社团标准、工业标准、国家标准和国际标准）可确保有效地、最大程度地支持数据共享。加强标准化l三、数据库的发展历史三、数据库的发展历史层次数据库lIBM，20世纪60年代末，IMSl对于层次数据，层次具有高效率网状数据库l比层次结构复杂的网状结构l可描述比较复杂的现实世界关系数据库l年，Codd,提出了关系数据模型（relation data model)，以关系(relation)或称二维表结构(table）作为描述数据的基础，它建立在严格的数学概念的基础上，奠定了关系数据库的理论基础。对象数据库与对象关系数据库三、数据库的发展历史层次数据库示例层次数据库示例某大学计算机学院工商管理学院化工学院计算机系网络中心管理系99级2000级学生甲学生乙层次数据库示例某大学计算机学院工商管理学院化工学院计算网状数据库示例网状数据库示例某大学学生甲选修课程1学生乙选修课程2选修课程3选修课程4网状数据库示例某大学学生甲选修课程1学生乙选修课程2选修课程关系数据库示例关系数据库示例studentsSidCnoMajor1101No1108Yes2102Yes3101No3108Yes5102Yes5105NoEnrollmentCnoCnameCroomCtime101Database1-1021000am102OS1-3020800am105English2-2020230pm108French3-4020230pmcourseSidLnameFnameClassTelno.1JonesAllan2555-12342BrownJohn3555-13243SmithAdward2555-32145WhiteHarry3555-3142关系数据库示例studentsSidCnoMajor1101SidNameClassTelno.EnrollmentLnameFnameCnoMajor1JonesAllan2555-1234101No108Yes2BrownJohn3555-1324102Yes3SmithAdward2555-3214101No108Yes5WhiteHarry3555-3142102Yes105No对象关系数据库示例对象关系数据库示例studentsCnoCnameCroomCtime101Database1-1021000am102OS1-3020800am105English2-2020230pm108French3-4020230pmcourse在ORACLE中，name列的结构类型称为对象类型，在INFORMIX中称为行类型在DB2 UDB(和新的ANSI SQL-99标准)中称为用户定义类型(U D T)SidNameClassTelno.EnrollmentLnl什么是数据库系统？什么是数据库系统？l数据库系统包括：数据库系统包括：数据与数据库数据库管理系统DBMSDBMS应用系统数据库管理员DBADBA、用户等 DBMS系统应具备l提供高级的用户接口l查询处理和优化l数据目录管理l并发控制l恢复功能l完整性约束检查l访问控制DBMS系统应具备提供高级的用户接口数据、数据模型、数据模式数据、数据模型、数据模式数据数据概念概念l对事物描述的符号记录称为数椐l如果一个仓库房间内放的物品没有统一的形状，如何放的多、拿得快？数据有定的格式l数据格式的规定是数据的语法，数据的含义是数据的语义607362123数据、数据模型、数据模式数据概念对事物描述的符号记录称为数据模型数据模型l计算机系统设计者关心的数据的意义不是所有的意义，是某种层次上的抽象l模型模型由如下要素组成一组概念，用于数据的定义或描述一组符号，用于表示数据及其联系一组操作，作用在数据上一组限制或约束，用于抽象数据中的联系l静态特性（数据的结构、联系、约束）l动态特性（操作）数据模型计算机系统设计者关心的数据的意义数据库领域涉及的数据模型数据模型l概念数据模型 面向现实世、面向用户的数据模型l逻辑数据模型 用户从数据库所看到的数据模型l物理数据模型 反映数据存储结构的数据模型数据库领域涉及的数据模型概念数据模型概念数据模型l用户看到的问题描述模型，用户易理解l一般与应用程序的内部逻辑无关，一般与DBMS无关l一般用接近自然语言的语言来描述一组较自然的概念以及符号一组规则和操作等l例子：数据流图、EXCEL表、对象结构、E-R数据模型概念数据模型用户看到的问题描述模型，用户易理解逻辑数据模型l用户或应用系统设计者应用系统设计者看到的在程序一级的数据模型（即在编程时涉及到的模型）l比概念数据模型更抽象l与DBMS有关系l典型例子是关系数据模型或有关程序数据结构More:network model,hierarchical model逻辑数据模型用户或应用系统设计者看到的在程序一级的数据模型（物理数据模型l在应用系统内部的存储级别上存储级别上看到的数据模型l实际上就是硬盘上的数据格式及其有关操作和限制l和DBMS有关、和操作系统及硬件有关l例子：B+树文件中的数据结构物理数据模型在应用系统内部的存储级别上看到的数据模型三种模型的相互关系l概念模型：张三以前在北京时是李四的朋友l逻辑模型：（朋友 张三 李四）l物理模型：/l00001110000110/l l各种相邻模型之间可以容易地建立映射各种相邻模型之间可以容易地建立映射各种相邻模型之间可以容易地建立映射各种相邻模型之间可以容易地建立映射（低）抽象程度（高）三种模型的相互关系（低）数据模式l用一种数据模型来描述一类具体事物后得到的描述，称为模式。模式是型的描述，是对某一类数据的结构、联系和约束的描述与数据模型的区别实例，是值的描述例：采用关系数据模型描述一个学生姓名学号性别年龄系别王某123男20计算机数据模式（列，属性，字段）实例，值，行，元组，记录数据模式用一种数据模型来描述一类具体事物后得到的描述，称为模数据模式数据库系统的三级模式结构：概念模式用逻辑数据模型对数据的描述外模式用户看到的概念模式内模式用物理数据模型对数据的描述数据库的二级映象功能与数据独立：外模式概念模式的映象与逻辑独立性概念模式内模式的映象与物理独立性数据模式DBMS的主要功能的主要功能 DatabaseManagementSystem(DBMS)提供高级的用户接口查询处理和优化数据目录管理并发控制恢复功能完整性约束检查访问控制DBMS的主要功能 Database Management数据库技术的应用领域l各种管理信息系统应用于企业、银行、政府、学校等管理物资、经销、人事、财务、金融等各种信息l决策支持系统数据分析数据仓库数据挖掘知识发现l空间和地理数据库l多媒体数据库l分布式信息系统WEB应用.数据库技术的应用领域各种管理信息系统数据库的技术领域n数据库管理系统软件的研制nDBMS核心技术的研究和实现n工具软件和中间件n数据库设计n设计方法n设计工具n应用设计n数据库理论n关系的规范化理论n知识发现n演绎、推理n并行算法数据库的技术领域数据库管理系统软件的研制数据库的生命周期l数据库系统的规划l数据库设计l数 据库的建立l数据库的运行、管理和维护l数据库的扩充和维护数据库的生命周期数据库系统的规划作业题l课后习题1.3l补充：什么是数据独立性？数据库系统如何实现数据的独立性（逻辑和物理）并举例说明。了解一种大型商业DBMS，并简述该DBMS的特点。作业题课后习题1.3