第1章数据库系统导论课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,第,1,部分 数据库系统基础,第,1,章 数据库系统导论,高级数据库系统及其应用,第1部分 数据库系统基,第,1,章 数据库系统导论,数据模型,1.1,数据库方法特点与应用简史,1.2,数据库系统体系结构,1.3,数据库系统的发展与演化,1.4,2024/11/12,2,第1章 数据库系统导论数据模型1.1数据库方法特点与应用简史,1.1,数据模型,1.1.1,数据模型的定义与分类,1.1.2,一些典型的数据模型特点综述,什么是模型？,模型是人类学习知识、认识世界的基本手段方法，是系统知识的抽象表示，使我们可以把精力集中在问题的主要方面,只反映系统某些选定的方面，如结构、行为（操作）和约束等特征。,什么是,数据模型,？,是可精确、抽象描述,数据如何表示,的,一组,概念集,（包括描述数据类型结构、数据关系和数据约束等数据结构化部分），并,可选地,包括,一组描述数据如何操纵的操作方法集,。,2024/11/12,3,1.1 数据模型1.1.1 数据模型的定义与分类,1.1.2,数据模型分类,通常按,描述,DB,结构概念的抽象层次,进行分类,高级数据模型,(,概念数据模型,),所提供的概念抽象层次比较高，与领域用户理解数据的方式较接近，能更好隐藏数据存储组织和操作的细节。,典型代表包括：,E-R,模型、扩展,E-R,模型,(EER,模型,),和,UML,类图等。,低级数据模型,(,物理数据模型,),所提供的概念描述了数据如何在计算机上存储的具体细节。对应,DBMS,底层实现部分，没有,/,也不需要有统一的标准实现,主要感兴趣者：,DB,系统开发专家。,逻辑数据模型,介于概念和物理两类数据模型之间，是,DB,系统的主要工作模型。典型代表包括关系模型、,OO,模型和,O-R,数据模型，以及早期,DB,系统中用的层次模型和网状模型。,2024/11/12,4,1.1.2 数据模型分类 通常按描述DB结构概念的抽,一些典型数据模型特点综述,关系模型,(1),2024/11/12,5,一些典型数据模型特点综述 关系模型(1)2023/9/1,一些典型数据模型特点综述,关系模型,(2),2024/11/12,6,一些典型数据模型特点综述 关系模型(2)2023/9/1,一些典型数据模型特点综述,ER,模型,2024/11/12,7,一些典型数据模型特点综述 ER模型2023/9/187,一些典型数据模型特点综述,EER,模型,是,ER,模型的扩展模型,（,Enhanced/Exented ER,）,，,它在,ER,模型的基础上，扩展了以下概念：,类、超类,/,子类,(ISA),关系、特化与泛化关系。,EER,的特化，能混合表达重叠,/,不相交约束，以及完全,/,部分约束。,UNION,子类或类别。,EER,的,union,子类，可表达完全和部分约束。,多值属性和复合结构属性；,与基本,ER,模型相比，,EER,模型表达能力更强，能表达更多的数据语义。,3.2,节将详细介绍,EER,模型。,2024/11/12,8,一些典型数据模型特点综述 EER模型是ER模型的扩展模型,一些典型数据模型特点综述,UML,类图,UML,是一种基于,OO,范型的建模语言,定义了一个用于建模的概念框架,用符号表示概念,连接符号（路径）表示概念间的联系。,UML,常用于对软件系统进行描述和可视化构造，允许基于不同的视点，建立描述系统体系结构的各种视图,其中：,UML,类图也可作为一种有效的概念数据模型。,所属类型,概念模型，它是一种视图表达模型。,数学基础：无。,2024/11/12,9,一些典型数据模型特点综述 UML类图UML是一种基于OO,一些典型数据模型特点综述,ODMG,模型（,1,）,2024/11/12,10,一些典型数据模型特点综述 ODMG模型（1）2023/9/,一些典型数据模型特点综述,ODMG,模型（,2,）,2024/11/12,11,一些典型数据模型特点综述 ODMG模型（2）2023/9/,一些典型数据模型特点综述,ODMG,模型（,3,）,2024/11/12,12,一些典型数据模型特点综述 ODMG模型（3）2023/9/,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型方法特点,1.2.2,书刊技术发展简史,2024/11/12,13,1.2 数据模型1.2.1 数据模型方法特点 1,1.2.1,数据库方法特点,与利用,OS,文件进行简单的数据管理相比，利用,DB,进行数据管理至少具有以下优势：,具有更好的数据独立性,具有更好的数据存储有效性,更便于数据共享,可以更好确保数据的完整性和安全性。,具有并发存取和崩溃恢复功能。,更有利于减小应用开发时间,提高应用的健壮性。,不适合使用,DB,的一些应用举例,只有几个严格定义的关键操作，必须用高效风格的代码来实现。应用并不关心灵活查询、安全性、并发存取和崩溃恢复等性能时。,应用可能需要以,DBMS,不支持的方式来查询数据。,2024/11/12,14,1.2.1 数据库方法特点与利用OS文件进行简单的数据管理相,1.2.2,数据库技术发展简史,(1),1960s,年代初期,通用电气的巴克曼,1973,年的,ACM,图灵奖获得者,等人设计成功第一个通用,DBMS,系统,这个模型后来被,CODASYL(the Conference On Data Systems Languages),进一步标准化，并强烈影响了整个,1960s,年代的,DB,系统技术,.,1960s,年代后期,IBM,成功开发,IMS,系统,(Information Management System),IMS,是网状数据模型之外的另一个重要数据表示模型,(,即,层次数据模型,),的基础,.,2024/11/12,15,1.2.2 数据库技术发展简史(1)1960s年代初期202,1.2.2,数据库技术发展简史,(2),1970s,年初期,IBM San Jose,研究室的,E.F.Codd,提出了新一代的数据表示框架,关系数据模型，定义了关系数据库的基本概念。该成果被认为是数据库系统发展的一个分水岭,1970s,中后期,数据库作为一个学科分支开始逐步走向成熟，关系,DBMS,也变得十分流行，其优点已被人们广泛认可。,利用,DBMS,管理公司,/,组织的数据逐渐开始成为趋势。,2024/11/12,16,1.2.2 数据库技术发展简史(2)1970s年初期2023,1.2.2,数据库技术发展简史,(3),1980s,年代,关系数据模型成为,DBMS,的主流数据模型，并进一步巩固了其领域地位。,SQL,在,1986,年被美国国家标准信息委员会,(ANSI),和国际标准化组织,(ISO),采纳为关系数据库语言的标准。,该时期，最广泛使用的并发程序形式是可并发执行的、被称为“事务,”,的,DB,程序。,2024/11/12,17,1.2.2 数据库技术发展简史(3)1980s年代2023/,1.2.2,数据库技术发展简史,(4),从,1980s,后期到,1990s,年代初期,DB,领域在许多方面,-,从更强有力的查询语言到各种新型数据模型，都得到了广泛且深入的研究并取得了重要进展。,很多著名的,DBMS,开发商，都增加了对大型图像、文本等新数据类型的支持，增强了针对复杂数据集进行数据分析处理和回答更复杂查询的能力，增强了支持创建数据仓库的特性。,该时期另一个重要进展是关于“对象数据库系统,(ODBMS)”,研究和开发。,但该时期，,ODBMS,相关技术及产品由于没有统一标准，缺乏可移植性，故大都属于原型产品。,2024/11/12,18,1.2.2 数据库技术发展简史(4)从1980s后期到199,1.2.2,数据库技术发展简史,(5),从,1990s,年代中期开始，,DB,进入了或许是最重要的,Internet,时代。,几乎所有,DBMS,开发商都在他们的产品中增加了更适合在,Internet,上部署的特性。,2024/11/12,19,1.2.2 数据库技术发展简史(5)从1990s年代中期开始,1.2.2,数据库技术发展简史,(6),1993,年，,ODMG,提出了第一个对象数据管理标准,ODMG 1.0,。,该标准后续修订版包括,ODMG 2.0(1997),和,ODMG 3.0(2000),。,ODMG,标准出现，不仅改善对象数据库系统的可移植性，而且进一步促进了,ODBMS,的规范健康发展。,新一代的,ORDBMS,不仅能提供了更为丰富的类型系统，包括复杂数据类型和面向对象，而且还在,SQL-99,标准的框架下，扩展了传统的关系查询,/,关系数据操纵语言，以适应更丰富的类型系统。,2024/11/12,20,1.2.2 数据库技术发展简史(6)1993年，ODMG提出,1.3,数据库系统体系结构,1.3.1 DB,数据的三层抽象模型,1.3.2,一种典型的,DBMS,实现体系结构,1.3.3,五层,DBMS,体系结构模型,2024/11/12,21,1.3 数据库系统体系结构1.3.1 DB数据的三层抽象模型,1.3.1 DB,数据的三层抽象模型,2024/11/12,22,1.3.1 DB数据的三层抽象模型 2023/9/1822,1.3.2,一种典型的,DBMS,实现体系结构,2024/11/12,23,1.3.2 一种典型的DBMS实现体系结构2023/9/18,1.3.3,五层模型体系结构,2024/11/12,24,1.3.3 五层模型体系结构2023/9/1824,1.4,数据库系统的发展与演化,1.4.1,五层模型体系结构的发展综述,1.4.2,层次模型与事务模型,1.4.3,体系结构变体,1.4.4,可靠性与可适应性,1.4.5,结论与展望,2024/11/12,25,1.4 数据库系统的发展与演化1.4.1 五层模型体系结构,1.4.1,五层模型体系结构的发展综述,过去的,20,多年中，,DB,系统无论是在功能还是在性能方面，都已经发生了巨大变化。,虽然其中大部分的增强和改变，已被五层体系结构模型所容纳。,但由于许多新特征,/,新特性引入，五层模型的各层次也不可避免需要进行一定的调整和变化。,20,多年前，,SQL,尚未标准化，关系模型也很简单。今天，我们必须引用,SQL-99,，或引用对象,-,关系模型，它们的各部分通常较复杂且不那么好理解。,2024/11/12,26,1.4.1 五层模型体系结构的发展综述过去的20多年中，D,L5,层的演化发展,用户定义类型、嵌套子表,/,类型、递归等新特性引入，须在,L5,层进行调整。,通过增强利用各类实例统计数据，基于代价的查询优化器得到了更成功的改进，但对标志性新概念,-,用户定义类型，尚缺乏通用且有效的处置方法。,在为动态,QEP,建立更有效优化器，以更好处理新资源适用性问题，以及减少查询引擎的,“,刹车距离,”,等方面，已取得了一定进展，但还远未达到可实用的程度。,2024/11/12,27,L5层的演化发展用户定义类型、嵌套子表/类型、递归等新特性引,L4,层的演化发展（,1,）,L4,层适配技术，不仅与单个算法处理有关，而且与单个查询的多个操作符，或与多个并发查询处理有关。,较新出现的、影响操作符实现的重要自适应技术,:,根据当前工作集设置和调整并行度；,对重复进入的索引进行重排序或范围整合；,在多个查询之间共享表扫描等技术。,某些特定的查询类型，如,top/bottom N,查询、,OLAP,查询，往往存在新的可动态优化机会。,2024/11/12,28,L4层的演化发展（1）L4层适配技术，不仅与单个算法处理有关,L4,层的演化发展（,2,）,在针对一些已有标准操作的优化处理方面，也已提出了一些改进