《数据库基础知识》PPT课件.ppt

数据库技术及其应用任课教师 林森联系方式 13959191151Email linsen1833 课程简介 第一章数据库基础知识第二章数据库系统基本原理第三章Access2000数据库基础第四章SQLServer2000数据库基础第五章数据库应用设计示例 30学时 参考书 数据库系统概论 萨师煊 王珊著 高等教育出版社 2006 数据库系统原理教程 王珊 陈红著 清华大学出版社 2000 前言 数据库技术主要研究存储 使用和管理数据的技术和方法 是计算机软件领域中发展最快 应用最广的重要分支 从一般企业管理到计算机辅助设计与制造 CAD CAM 计算机集成制造系统 CIMS 办公信息系统 OIS 地理信息系统 GIS 等 越来越多的领域采用数据库存储和处理信息资源 什么是数据库 图书目录 图书卡片目录 图书查询系统 成功的管理系统 50 的业务 50 的软件50 的软件 25 的数据库 25 的程序所以 数据库设计的好坏是一个关键 例1 某大学的教学管理数据库系统 1 数据库应用系统的需求分析 1 学生处要录入新生的信息 处理毕业生的信息 产生各种各样的学生统计表 2 教务处每学期要制定教学计划和课程表 统计学生选课记录 登录学生成绩 产生学生成绩单和补考通知单等 3 人事处要经常了解各学院和教研室的日常情况管理教师职称评定 升降工资 4 各个学院经常要查询教师 学生 课程 成绩等情况 例1 某大学的教学管理数据库系统 2 数据库存储结构的设计 1 确定必须要收集和存储哪些数据对象本数据库中必须的数据对象有 所有学院 系 教师 班级 学生 课程 成绩等7个将要存储的数据对象 2 对这些数据的存储结构进行设计 例1 某大学的教学管理数据库系统 3 建立数据库 1 定义每个表的结构 2 输入数据4 数据库的应用利用数据库中的数据进行数据查询 报表输出 统计汇总 以满足用户的各种数据处理的需求 例如 打印成绩单 课程表 查看选课情况 数据库的地位 是计算机科学的重要分支是信息系统的核心和基础是国家信息化程度的重要标志 基本术语 1 数据 Data 定义 描述事物的符号记录 用于表示客观事物的未经加工的原始素材 如图形 数字 字母 文字等 2 数据库 DataBase 简称DB 定义 长期储存在计算机内的 有组织的 可共享的数据的集合 数据库是一个通用化的综合性的数据集合 可供各种用户共享 且具有一定的数据模型组织 最小的冗余度 较高的数据独立性和易扩展 数据库 简单来说 DB就是存储数据的仓库 数据举例 某大学学生档案中的一条学生记录 李明 男 1987年8月 江西南昌 交通学院 2009 该数据各个字段的的语义为 学生姓名 性别 出生年月 籍贯 所在院系 入学时间根据语义阅读这条记录 可得到如下信息 李明是个大学生 1987年8月出生 江西南昌人 2009年考入交通学院 3 数据库管理系统 P13 DataBaseManagementSystem 简称DBMSDBMS是位于用户与操作系统之间的一层管理数据集合的计算机软件系统 可以使用它对数据库进行定义 建立 操纵 管理和维护数据 它是数据库系统的核心 功能 数据定义功能 DDL 数据操纵功能 DML 数据库的运行管理 数据库建立和维护 常见的DBMS有 Oracle VisualFoxPro MicrosoftSQLServer MicrosoftAccess 4 数据库管理员DataBaseAdministrator 简称DBA对数据库进行规划 设计 协调 维护和管理等专业管理人员 5 数据库应用系统使用数据库语言开发的 能够满足数据处理需求的应用系统 如 学生信息管理系统 成绩管理系统等 7 数据库系统 P12 DataBaseSystem 简称DBS一个完整的数据库系统由数据库 数据库系统软件和用户构成 主要包括五个部分 数据库 DB 数据库管理系统 DBMS 及其开发工具 应用系统 数据库管理员 DBA 和用户 数据库系统组成 数据库在计算机系统中的地位 第一章数据库基础知识 第一节数据库技术的产生及发展第二节数据库系统的特征第三节几种主要的数据库系统 第一节数据库技术的产生及发展 一 数据库技术的发展数据库技术研究如何科学地组织和存储数据 如何高效地获取和处理数据 是数据管理的核心技术 1 早期的数据库系统 1 层次数据库 2 网状数据库 3 关系数据库 1 层次数据库 层次数据库管理系统中最著名 最典型的层次数据库系统是1968年IBM公司研制的IMS 每个结点表示一个记录类型 结点之间的连线表示记录类型间的联系 这种联系只能是双亲子女关系 PCR 用树状结构表示实体以及实体之间的联系 有且仅有一个结点无双亲称之为根结点 其他节点有且仅有一个双亲 层次模型实际上是网状模型的一个特例 例2 层次数据库球队赛事 2 网状数据库 P25 1964年 世界上第一个网状数据库管理系统 也是第一个DBMS 由美国通用电气公司开发而成的IDS IntegratedDataStore 定义 在数据库中 把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型 1 允许一个以上的结点无双亲 2 一个结点可以有多于一个的双亲用网状结构表示实体以及实体之间的联系 它允许多个结点没有双亲结点 允许结点有多个双亲结点 允许两个结点之间有多种联系 称之为复合联系 因此 层次模型和网状模型统称为非关系模型 每个学生可以选修多门课程 显然对于学生记录显然对学生记录中的一个值 选课记录中可以有多个值与之联系 而选课记录中的一个值 只能与学生记录中的一个值联系 学生与选课之间的联系是一对多的联系 联系名为S SC 同样 课程与选课之间的联系也是一对多的联系 联系名为C SC 例3 网状数据库学生选课 3 关系数据库 出现于20世纪60年代末到70年代初 使用二维表表示实体及实体间的联系 一个关系模型的逻辑结构是一张二维表 它由行和列组成 表中的一行即为一个元组 表中的一列即为一个属性 关系模型把存取路径向用户隐蔽起来 用户只要指出 干什么 不必详细说明 怎么干 从而大大地提高了数据的独立性 关系数据库标准操作语言是SQL语言 二 网络环境下的数据库技术 Internet数据库 实质是在传统关系数据库技术上 融合网络技术 存储技术和检索技术发展起来的 两种工作模式1 C S Client Server 模式 客户机 服务器2 B S Browser Server 模式 浏览器 服务器 1 C S模式 C S应用系统基本运行关系体现为 请求 响应 的应答模式 在系统运行时 由一个进程 客户程序 发出请求 另一个进程 服务程序 去执行 C S结构的关键在于功能的分布 一些功能放在前端机 即客户机 上执行 另一些功能放在后端机 即服务器 上执行 C S模式的应用系统最大的好处是不依赖外网环境 即无论是否能够上网 都不影响应用 C S模式 客户机1 客户机2 客户机n 网络连接 数据库服务器 2 B S模式 B S是对C S模式应用的扩展 多了Web服务器 用户使用Web浏览器访问Internet上的文本 数据 图像 动画 视频点播和声音信息 这些信息都是由许许多多的Web服务器产生的 而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接 大量的数据实际存放在数据库服务器中 客户端除了浏览器 一般无须任何用户程序 只需从Web服务器上下载程序到本地来执行 在下载过程中若遇到与数据库有关的指令 由Web服务器交给数据库服务器来解释执行 并返回给Web服务器 Web服务器又返回给用户 B S模式 基于浏览器的统一界面 Internet网络 数据库服务器 三层体系结构 负责应用的处理 负责数据库访问和事务管理 应用服务器 提供用户界面 C S与B S的结构比较 C S与B S的优缺点比较 第二节数据库系统的特征 一 数据描述在数据处理中 数据描述涉及不同的范畴 从事物的特性到计算机中的具体表示 可以使用逻辑数据描述和物理数据描述来表示客观世界 1 逻辑数据描述 用户或程序员用来操作的数据形式 2 物理数据描述 数据在存储设备上的存储方式 逻辑数据描述过程 1 逻辑数据描述 P6 逻辑数据是对客观现实世界的反映和记录 也称为逻辑记录 逻辑数据描述是指用户或程序员用来操作的数据形式 包含两个层次 常用术语如下 1 对客观世界的描述 实体 客观存在的东西使用实体来描述 如学生 书 借书 实体集 特性完全相同的同类实体的集合 如图书馆所有的书籍 属性 实体的特性 如 书的书号 书名 标识符 能够唯一标识每一个实体的属性或属性集 如书号 2 对数据库管理系统中数据的描述 字段 数据项 标识实体属性的命名单位 它是可以命名的最小信息单位 如学生的学号 姓名 记录 元组 字段的有序集合 也可以定义为能完整地描述一个实体的字段集 如学号 姓名 年龄 性别 文件 同一类记录的集合 描述一实体集 如所有的学生记录组成一个学生文件 关系 在关系型数据库中 同一类记录所在的集合称为关系 如所有的学生组成一个students关系 关键码 键 唯一能标识文件中每条记录的字段或字段集 如学号 实体 学生实体集 学校里所有学生属性 学号 姓名 性别 籍贯 进校成绩标识符 学号 字段 学号 姓名等 记录 200101 李兵 男 湖北 580文件 5条记录的集合关系 学生关系关键码 学号 对客观世界的描述 通过DBMS转换成物理数据 例4 学生信息表 2 物理数据描述 P6 物理数据是实际存放在存储设备上的数据 物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式 常用术语如下 位 一个二进制位 也称为比特 取0或1 字节 8位为一个字节 可以存放一个字符所对应的ASCII码 字 若干字节组成一个字 计算机字长有8位 16位 32位等 块 内存储器和外存储器的最小单位 通常每块大小为256B 512B 1024B等 卷 一个输入输出设备所能装在的全部有用信息 如一盘磁带 3 物理存储介质 高速缓冲存储器 Cache 访问速度最快 最昂贵的存储器 介于CPU和主存之间的高速小容量存储器 可以加快CPU访问主存的速度 主存储器 主存 内存 CPU只与主存交换数据 断电后内存中数据全部丢失 快闪存储器 电可擦写编程只读存储器 U盘等 磁盘存储器 直接存储存储器 最常用的外存储器如硬盘 光存储器 光盘只读存储器 CD DVD等 磁带 顺序存取存储器 录音带 录像带等 4 逻辑数据描述与物理数据描述的对应关系 实体 书籍 实体 属性 实体集 标识符 元组 数据项 关系 键码 逻辑数据 物理数据 位 字节 字 块 卷 二 数据库处理技术数据处理是指将数据转换成信息的过程 包括对数据的收集 组织 加工 储存 抽取 传播等工作 而数据管理是指对数据进行组织 存储 检索和维护等工作 数据管理是数据处理的中心内容 数据管理主要经历了4个阶段 1 人工管理阶段 40年代中 50年代中 2 文件系统阶段 50年代末 60年代中 3 数据库系统阶段 60年代末 70年代 4 分布式数据库系统阶段 70年代末 现在 从广义上说 第4阶段也属于数据库系统阶段 1 人工管理 40年代中 50年代中 产生的背景 应用需求 科学计算硬件水平 无直接存取存储设备软件水平 没有操作系统处理方式 批处理特点 数据不保存应用程序管理数据数据不共享数据不具有独立性 计算机数据处理方法 程序自带数据 在引用数据时 直接按内存单元地址或外部设备的物理位置加内存单元地址存取 应用程序与数据的对应关系 人工管理 2 文件系统阶段 50年代末 60年代中 产生的背景 应用需求 科学计算 数据处理硬件水平 磁盘 磁鼓软件水平 有文件系统处理方式 联机实时处理 批处理特点 数据可以长期保存文件形式多样化程序和数据之间有一定独立性 但独立性差 应用程序与数据的对应关系 文件系统 计算机数据处理方法 操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法 程序和数据之间有了数据存取的接口 程序可以通过文件名和数据打交道 不必再寻找数据的物理存放位置 3 数据库系统阶段 60年代末 70年代 产生的背景 应用背景 大规模数据管理硬件背景 大容量磁盘软件背景 有数据库管理系统处理方式 联机实时处理 分布处理 批处理 3 数据库系统阶段特点 1 数据结构化数据结构化是数据库与文件系统的根本区别数据库系统中 可以存取的最小单位是数据项文件系统中 可以存取的最小单位是记录 2 数据的共享性高 冗余度低 易扩充 4 数据由DBMS统一管理和控制数据库的共享是并发共享 3 数据独立性高 学号 姓名 性别 年龄 系别 学生基本记录 政治面貌 家庭出身 籍贯 日期 学历名 地点 学号 课程号 学分 学号 与本人关系 详细情况 家庭成员记录 课程号 课程名 课程记录 学生人事记录 学生学籍记录 学生选课记录 学生数据的组织 数据库 例5 学生信息记录 形成时期 20世纪70年代之后80年代中 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 分布式数据库是数据库和网络 通信系统的结合体 将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 各结点间通过网络实现数据共享 4 分布式数据库系统阶段 三 数据特点 P9 1 数据集成化按照一定的数据模型来组织和存储数据 称为集成化 也称数据的结构化 数据之间存在一定的联系 2 数据独立性应用程序不会因为物理表示和访问技术的改变而改变 3 数据共享数据库中的每项数据都可以被不同的用户共享 4 减少数据冗余每个应用程序都有自己专用的数据文件 这样就使数据在存储时有相当大的重复 这种现象称为数据冗余 由于数据库中数据是集成化的 大大减少了数据冗余 5 提供事务支持事务是一个逻辑单元 包括一些数据库操作 数据库可以为事务提供操作 如将图书从小丁转借到小王 6 保持数据的完整性确保数据库中的数据是正确的 其原理是DBA定义一些完整性约束 由数据库系统在每一次更新操作执行时按照完整性约束检验 7 增强安全性保护主要指数据保密和防止数据的非法使用 DBA通过定义安全性约束或规则 规定各用户的访问权限以确保数据安全 8 故障的发现和正常状态的恢复数据库系统通过一套完整的措施来及时应对数据破坏 9 加强标准化标准化有利于数据交换或在不同系统中的移动 四 数据库的体系结构 数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性 数据库系统模式的概念 型 值 例如 学生记录记录型 学号 姓名 性别 系别 年龄 籍贯 该记录型的一个记录值 900201 李明 男 计算机 22 江苏 对某一类数据的结构和属性的说明 是型的一个具体赋值 模式 Schema 是数据库中所有数据的逻辑结构和特征的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式的一个实例 Instance 模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动 数据库系统的三级模式结构 1 模式 Schema 模式 也称逻辑模式 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图 综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位 是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序 开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构 数据项的名字 类型 取值范围等 数据之间的联系与数据有关的安全性 完整性要求 2 外模式 ExternalSchema 外模式 也称子模式或用户模式 数据库用户 包括应用程序员和最终用户 使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图 是与某一应用有关的数据的逻辑表示 外模式的地位 介于模式与应用之间模式与外模式的关系 一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式 反映了不同的用户的应用需求 看待数据的方式 对数据保密的要求对模式中同一数据 在外模式中的结构 类型 长度 保密级别等都可以不同 外模式与应用的关系 一对多同一外模式可以为某一用户的多个应用系统使用 但一个应用程序只能使用一个外模式 外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据 3 内模式 InternalSchema 内模式 也称存储模式 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记录的存储方式 顺序存储 按照B树结构存储 按hash方法存储 索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式 三级模式与二级映象 三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 数据库系统的三级模式结构 1 外模式 模式映象 定义外模式与模式之间的对应关系每一个外模式都对应一个外模式 模式映象映象定义通常包含在各自外模式的描述中 外模式 模式映象的用途 保证数据的逻辑独立性 当模式改变时 数据库管理员修改有关的外模式 模式映象 使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的 从而应用程序不必修改 保证了数据与程序的逻辑独立性 简称数据的逻辑独立性 2 模式 内模式映象 模式 内模式映象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数据库中模式 内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中 模式 内模式映象的用途 保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了 例如选用了另一种存储结构 数据库管理员修改模式 内模式映象 使模式保持不变 应用程序不受影响 保证了数据与程序的物理独立性 简称数据的物理独立性 第三节几种主要的数据库系统 一 关系数据库系统关系数据库系统使用关系模型描述关系 其主要特点是 关系模型概念单一 关系名 属性1 属性2 属性n 实体和实体之间的联系用关系来表示数据的物理存储和存储路径对用户不透明关系数据库语言是非过程化的 二 分布式数据库系统在地理上分散的各单位通过计算机网络共享各种数据资源 三 面向对象数据库采用对象数据模型 关系数据库中的二维表模型替换为对象模型 对象由一些数据及能够作用在这些数据上的操作组成 例如 职工 职工号 姓名 年龄 增加职工 删除职工 改变职称 对象 包含与职工相关的数据 职工号 姓名 年龄 及可以进行的操作 增加职工 删除职工 改变职称 THANKYOU