CH1 数据库概论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 数据库系统概述,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,数据库原理及应用,2,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,本课程注意事项,1,、上课要认真，学习态度很重要；,2,、适当做课堂笔记；,3,、对于问题的理解有一过程（不要放弃）；,4,、对于例题透彻理解并多做练习，重视例题、课堂练习、课后作业及,预习,；,5,、答疑和质疑,(,周一,12:0013:00,南,230,4,),6,、考核：,平时成绩,(30%)+,笔试成绩,(70%),平时成绩：课堂表现,+,出勤率,+,作业,+,课堂练习,+,平时上机,(,实验报告,),等；,3,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,基础篇,数据库系统概述、数据模型、关系数据库标准语言,SQL,、数据库的安全性及完整性,设计篇,关系数据库基本理论、数据库设计、数据库的访问技术,系统篇,关系查询处理及查询优化、数据库恢复技术及并发控制,课程主要内容,4,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,第一部分 基本原理,第,1,章 数据库系统概述,第,2,章 数据模型,第,3,章 关系数据库理论,第,4,章 关系数据库标准语言,SQL,第,5,章 数据库系统设计的步骤和方法,第二部分 应用,第,6,章,SQL Server 2000,关系数据库管理系统,第三部分,第,7,章 数据库保护技术,第,8,章 查询优化,数据库原理及应用章节,5,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,参考资料,1,、,王珊,萨师煊,.,数据库系统概论,.,高等教育出版社；,2,、张俊玲,.,数据库原理与应用,.,清华大学出版社；,3,、陆永祯,.SQL Server 2000,数据库管理和程序开发,.,中国铁道出版社,4,、施伯乐,.,数据库原理,.,复旦大学出版社,5,、赵永霞,.,数据库原理与应用,.,武汉大学出版社,.,6,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,第一章 数据库概论,1.1,数据库技术术语,1.2,数据处理技术的发展过程,1.3,数据库系统的体系结构,7,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.1,数据库的特点及相关概念,1.1.1,信息与数据,1.1.2,数据处理与数据管理,1.1.3,数据库、数据库管理系统、数据库系统,1.2,数据库技术及发展,1.2.1,手工管理数据阶段的特点,1.2.2,文件系统阶段的数据管理特点和缺陷,1.2.3,数据库系统阶段的到来及其发展,1.2.4,高级数据库阶段的数据管理特点,1.3,数据库系统的体系结构,1.3.1,数据库的三级模式结构,1.3.2,数据库系统的体系结构,1.3.3,数据库系统结构分类,8,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.1,数据库技术相关概念,1.1.1,数据与信息,1,）数据,数据是指存储在某一媒体上可加以鉴别的符号资料，这些媒体可以包括纸、磁盘、磁带、光盘等种类。,2,）信息,信息是来自于现实世界事物的存在方式或运动形态的集合，是人们进行各种活动所需要的知识，是数据加工的结果。,9,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,3,）数据处理,从某些已知数据出发，推导加工出一些新的数据，这些新的数据又表示新的信息。涉及到数据的收集、管理、加工、利用及信息输出的演变与推导过程。,目的：获得人们所需要的数据和提取有用的信息作为决策的依据。,数据 信息,4),信息与数据间的关系,数据是信息的符号表示或称为载体，信息是数据的内涵，是对数据语义的解释。数据表示了信息，而信息只有通过数据形式表示出来才能被理解和接受。,数据处理,10,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.1.2,数据库、数据库管理系统、数据库系统,1,、数据库（,DataBase,，,DB,）,是长期存储在计算机内，有组织的、统一管理的,相关数据,的集合。数据库中的数据并不是简单堆放在一起，而是相互间有联系的，并按某种存储模式组织管理。,特点,：,（,1,）共享性；, 不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据。, 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,（,2,）独立性；,（,3,）完整性；,（,4,）冗余少。,11,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCORE,S1,赵亦,17,计算机,刘伟,C1,90,S1,赵亦,17,计算机,刘伟,C2,85,S2,钱尔,18,信息,王平,C5,57,S2,钱尔,18,信息,王平,C6,80,S2,钱尔,18,信息,王平,C7,70,S2,钱尔,18,信息,王平,C5,70,S3,孙珊,20,信息,王平,C1,0,S3,孙珊,20,信息,王平,C2,70,S3,孙珊,20,信息,王平,C4,85,S4,李思,男,自动化,刘伟,C1,93,12,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据库管理系统（,DBMS,）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,DBMS,语言,：,数据定义语言（,DDL,Data Definition Language,）,数据库操纵语言（,DML,Data Manipulation Language,）,宿主型,DML,自主型,DML,2.,数据库管理系统,（,Database Management System,，,DBMS,）,13,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,一个数据库系统应由硬件、数据库、系统软件（,OS,、,DBMS,等）、应用软件和用户（,DBA,、,USER,）五部分构成。,3.,数据库系统及特点,14,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据库管理系统,操作系统,硬件,数据库应用系统,专业用户,数据库管理员,最终用户,数据库系统层次示意图,15,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.2,数据库技术发展历程,数据处理技术经历了四个阶段：,手工管理阶段：数据在程序中,文件系统阶段：数据文件,数据库系统阶段：数据库,分布式数据库系统阶段：网上共享数据,16,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,特点：,（,1,）数据与程序不具有独立性,一组数据对应一组程序。这就使得程序依赖于数据，如果数据的类型、格式或者数据量、存取方法、输入输出方式等改变了，程序必须做相应的修改。,（,2,）数据不能长期保存,由于数据是面向应用程序的，在一个程序中定义的数据，无法被其他程序利用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。,1.2.1,手工管理数据阶段的特点,（,20,世纪,50,年代中期以前）,17,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,（,3,）系统中没有对数据进行管理的软件,数据管理任务，包括存储结构、存储方法、输入输出方法等完全由计算机自负其责。,（,4,）,硬件是,：外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件是：,没有操作系统，没有管理数据的软件。,18,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,应用程序,1,数据组,1,应用程序,n,数据组,n,数据与应用程序之间的关系,19,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.2.2,文件系统阶段的数据管理特点,（,20,年代,50,世纪后期到,60,年代中期）,1.,文件管理阶段的数据管理特点,这时,硬件,方面已有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备；,软件,方面，操作系统中已经有了专门的数据管理软件；由于文件系统具有数据的增、删、改等操作，使得数据管理变得轻松，且数据可以反复使用。但这个阶段仍存在一些问题，如数据冗余度大、数据共享性差等。,20,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,优点：,数据以文件形式保存，可多次存取。,缺点：,数据文件是无结构的数据集合，只能反映客观事物的存在，,不能反映各事物间的联系,。,数据和应用程序互相依赖，数据文件由程序生成，数据存取由程序完成，,离开所依赖的程序则失去意义。,服务与不同程序的数据文件互相独立，无法实现数据共享。一个应用程序所对应的数据文件不能为另一个程序使用。,数据冗余大,。,应用程序编制较繁烦，缺乏对数据正确性、安全性、保密性的有效控制手段,.,数据不一致,。,21,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,.,.,应用程序,1,数据文件,1,应用程序,n,数据文件,n,文件,系统,22,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.2.3,数据库阶段（,60,年代末至今）,20,世纪,60,年代后期以来，计算机越来越多地应用于管理领域，使得,数据量急剧增长,。同时，人们对数据,共享,的要求也越来越强烈。这时,硬件,已有大容量硬盘，硬件价格下降；,软件,则价格上升；文件系统管理数据已经不能满足应用的需求，于是为了解决多用户、多应用共享数据的要求，使数据为尽可能多的应用服务，出现了统一管理数据的专门软件系统即,数据库管理系统,。,23,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,由数据库管理系统,(DBMS,）来实现对数据库的定义、管理和操作。,DBMS,是用户和数据的接口。,数据共享性：数据库中的数据是综合和通用的。一个用户只用部分数据，不同用户可共享，且可按不同方式重叠使用数据。,数据冗余度小。,数据一致性。,具有数据完整性措施。,可以采用交互式或程序方式操作。,24,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,25,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据库技术，以及网络和通信技术的发展，使异机、异地间的数据共享成为现实。,分布式数据库：数据库和网络、通信系统的结合体。,处理的数据分散在各结点上，每个结点的数据由本地,DBMS,管理，各节点间通过网络实现数据共享。,分布式数据库系统,1.2.4,高级数据库阶段,26,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.3,数据库系统的体系结构,从,DBMS,角度看，,DBS,通常采用三级模式结构，这是,DBS,内部的系统结构，通常称为,数据库体系结构。,从,DB,最终用户角度看，,DBS,结构通常分为单机结构，集中式结构，分布式结构，,C/S,结构，,B/S,结构等，这是,DBS,外部的体系结构，通常称为,数据库系统体系结构,。,27,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.3.1,数据库的三级模式结构,数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由模式、外模式和内模式三级构成。,1.,模式（概念模式、逻辑模式）,2.,外模式（子模式、用户模式）,3.,内模式（物理模式、存储模式）,28,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1,模式（,Schema,）,模式是数据库中,全体数据,的逻辑结构和特征的描述，是,所有用户,的公共数据视图，属于逻辑层抽象。,模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。数据库模式以某一种数据模型为基础，统一综合地考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，例如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等，而且要定义数据之间的联系，定义与数据有关的安全性、完整性要求。,29,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,2,外模式（,External Schema,）,外模式属于视图层抽象，它是,数据库用户,（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的,局部数据,的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据逻辑表示。,外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。由于它是各个用户的数据视图，如果不同的用户在应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求等方面存在差异，则其外模式描述就是不同的。即使对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。,30,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,3,内模式,(Internal Schema),内模式属于物理层抽象。一个数据库只有一个内模式。它是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。例如，记录的存储方式是顺序存储、按照,B,树结构存储还是按,hash,方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定等。,31,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,32,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,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,外模式模式映象,逻辑数据独立性,数据库系统的三级模式结构,模式,内模式,数据库,模式,内模式映象,物理独立性,用户数据库,(,用户视图,),概念数据库,(DBA,视图,),物理数据库,(,系统程序员视图,),33,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,无论哪一级模式都只是处理数据的一个框架，按这些框架填入的数据才是数据库的内容。,以外模式为框架的数据库是,用户数据库,；,以模式为框架的数据库是,概念数据库,；,以内模式为框架的数据库是,物理数据库,。,34,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,三种数据库之间的关系,用户数据库是概念数据库的部分抽取；,概念数据库是物理数据库的抽象表示；,物理数据库是概念数据库的具体实现。,35,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据库系统的,三级模式,：,外模式、模式和内模式；,二级映像,外模式,/,模式映像、模式,/,内模式映像,三级结构,：,局部逻辑结构、全局逻辑结构、和物理存储结构,36,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1.,数据库系统的二级映象技术及作用,外模式,/,模式的映象：定义并保证了外模式与模式之间的对应关系。,模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。,37,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,2),模式,/,内模式的映象及作用：定义并保证了数据的概念模式与内模式之间的对应关系。,数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式内模式映象是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。该映象定义通常包含在模式描述中。,38,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据存取机制,用户根据子模式操纵数据库时，数据库系统通过子模式,/,模式映射使用户数据库与概念数据库相联系，又通过模式,/,内模式映射与物理数据库相联系，从而使用户实际使用物理数据库中的数据。,【,映射,】,对应规则，指出映射双方如何进行数据转换。数据转换由数据库管理系统来管理。,39,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,2,、二级数据独立性,(1),数据的物理独立性（,Physical Data Independence,）,应用程序对数据存储结构（也称物理结构）的依赖程度。数据物理独立性高是指当数据的物理结构发生变化时，应用程序不需要修改也可以正常工作。,(2),数据的逻辑独立性（,Logical Data Independence,）,应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度。数据逻辑独立性高是指当数据库系统的数据全局逻辑结构改变时，它们对应的应用程序不需要改变仍可以正常运行。,40,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,数据库系统体系结构,从最终用户角度看,1,单机结构：应用程序、,DBMS,和数据都装在一台计算机,2,主从式结构：一个大型主机带若干终端的多用户结构,3,分布式结构：地理上（或物理上）分散而逻辑上集中的数据库系统,（,1,）数据的物理分布性,（,2,）数据的逻辑相关性,（,3,）区域自治性,（,4,）各计算机之间通过网络联系,4,客户,-,服务器结构,(C/S),5,浏览器,-,服务器结构,(B/S),1.3.2,数据库系统的分类,41,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,.,CPU,CPU,.,.,控台,控台,.,汉字用户终端一期,40,台，二期,100,台，小型打印机一期,5,台，二期,8,台,激光打印机,2,台，行打,1,台,3,台磁带机,4000M,硬盘,通信,控制器,中心终端，一期,2,台，二期,10,台,主机终端网结构,42,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,.,客户机,.,.,.,客户机,客户机,客户机,.,客户机,数据库服务器,数据库服务器,应用服务器,客户机,/,服务器结构,B/S,结构,Internet,架构,.,用户,.,用户,.,用户,WEB,服务器,数据库服务器,ODBC,数据请求,返回数据,数据请求,返回数据,LAN,连接,HTTP,连接,44,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,本章小结,1,、了解数据管理技术的发展过程；,2,、理解数据库系统的相关术语；,3,、重点掌握数据库系统的体系结构。,45,2024/9/16,第一章 数据库系统概述,1,、什么是数据独立性？数据库系统如何实现数据独立性？数据独立性可以带来什么好处？,2,、什么是数据库的逻辑独立性？什么是数据库的物理独立性？为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？,本章练习及作业,