第01章+数据库概论.

北京信息科技大学第1章数据库概论数据库是现代社会数据管理的工具。数据管理由来已久，数据管理也无处不在。因此数据库已经成为当今社会的重要基础设施。本章概括介绍与数据库相关的基础知识，使读者了解数据管理及其发展过程、数据库的特征、数据模型基础、数据库的三层体系结构、数据库管理系统的功能以及数据库系统的组成等。北京信息科技大学本章主要内容数据管理及其发展过程数据库系统的组成及特点数据模型数据库的三层体系结构数据库管理系统的功能事务的概念及性质数据库设计数据库技术的研究和应用领域北京信息科技大学1.1数据管理及其发展过程计算机用于数据管理经历了哪几个阶段？现阶段是什么阶段？有什么特点？北京信息科技大学人工管理阶段(50年代中期以前)应用程序1应用程序2应用程序n…数据集n数据集2数据集1…背景：从硬件看，外存只有磁带、卡片、纸带，没有磁盘。从软件看，没有操作系统，没有管理数据的软件。有什么特点？•数据不保存•没有软件系统对数据进行管理•只有程序的概念，没有文件的概念•一组数据对应一个程序，数据是面向程序的•存在大量的重复数据，及数据冗余大北京信息科技大学文件系统阶段(50年代后期~60年代中期)应用程序1文件1应用程序2文件2……应用程序n文件n文件系统背景：不仅用于科学计算，而且大量用于管理。有了像磁盘这样的直接存取存储设备。操作系统中已经有了专门的管理数据软件——文件系统。北京信息科技大学文件系统阶段数据管理的特点？数据可长期保留在磁盘上，可经常对文件进行查询、修改、插入、删除等操作；有软件（文件系统）对数据进行管理，程序和数据有了一定的独立性（数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用）；文件的形式多样化；数据的存取基本上以记录为单位。北京信息科技大学文件系统的缺陷？数据冗余大；数据不一致性；程序和数据之间的独立性差；数据联系弱。北京信息科技大学数据库系统阶段(60年代后期开始)…应用程序1应用程序2应用程序nDBMS数据库北京信息科技大学1968年研制成功、1969年形成产品的美国IBM公司的数据库管理系统IMS（InformationManagementSystem）的问世，该系统支持的是层次数据模型。什么是层次模型？美国数据系统语言协会CODASYL（ConferenceOnDAtaSYstemLanguage）下属的数据库任务组DBTG（DataBaseTaskGroup）对数据库方法进行了系统的研究，在20世纪60年代末和70年代初发表了若干个报告（称为DBTG报告），该报告建立了数据库技术的很多概念、方法和技术。DBTG所提议的方法是基于网状数据模型的。什么是网状模型？从1970年起，IBM的研究员E.F.Codd发表了一系列的论文，提出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研究，为关系数据库的发展和理论研究奠定了基础。什么是关系模型？标志着数据库技术诞生的三个事件北京信息科技大学高级数据库阶段又经过30年的发展，数据库不仅仅可以管理一般数据，还可以管理对象数据，可以进行知识管理等。把基于新技术的数据库应用（如分布式数据库、面向对象数据库、数据仓库等）称作高级数据库系统阶段。大数据时代？北京信息科技大学数据库系统阶段的特点？存储联系；高效；共享；程序维护代价；保证数据正确；数据安全；避免干扰的同时使用。数据管理关心哪些问题？大数据时代？海量数据之下隐藏了哪些信息？如何快速获取？一个关于大数据时代顾客购买披萨的段子某比萨店的电话铃响了，客服人员拿起电话。客服：XXX比萨店。您好，请问有什么需要我为您服务？顾客：你好，我想要一份……客服：先生，烦请先把您的会员卡号告诉我。顾客：16846146***。客服：陈先生，您好！您是住在泉州路一号12楼1205室，您家电话是2646****，您公司电话是4666****，您的手机是1391234****。请问您想用哪一个电话付费？顾客：你为什么知道我所有的电话号码？客服：陈先生，因为我们联机到CRM系统。顾客：我想要一个海鲜比萨……客服：陈先生，海鲜比萨不适合您。顾客：为什么？客服：根据您的医疗记录，你的血压和胆固醇都偏高。顾客：那你们有什么可以推荐的？客服：您可以试试我们的低脂健康比萨。顾客：你怎么知道我会喜欢吃这种的？客服：您上星期一在中央图书馆借了一本《低脂健康食谱》。客服：您上星期一在中央图书馆借了一本《低脂健康食谱》。顾客：好。那我要一个家庭特大号比萨，要付多少钱？客服：99元，这个足够您一家六口吃了。但您母亲应该少吃，她上个月刚刚做了心脏搭桥手术，还处在恢复期。顾客：那可以刷卡吗？客服：陈先生，对不起。请您付现款，因为您的信用卡已经刷爆了，您现在还欠银行4807元，而且还不包括房贷利息。顾客：那我先去附近的提款机提款。客服：陈先生，根据您的记录，您已经超过今日提款限额。顾客：算了，你们直接把比萨送我家吧，家里有现金。你们多久会送到？客服：大约30分钟。如果您不想等，可以自己骑车来。顾客：为什么？客服：根据我们CRM全球定位系统的车辆行驶自动跟踪系统记录。您登记有一辆车号为SB-748的摩托车，而目前您正在解放路东段华联商场右侧骑着这辆摩托车。顾客当即晕倒。北京信息科技大学1.2数据库系统的特点数据库是相互关联的数据的集合数据库用综合的方法组织数据，保证尽可能高的访问效率数据库具有较小的数据冗余，可供多个用户共享数据库具有较高的数据独立性数据库可以最大限度地保证数据完整性数据库具有安全控制机制,能够保证数据的安全、可靠数据库允许并发地使用，能有效、及时地处理数据，并能保证数据的一致性北京信息科技大学相互关联的数据的集合数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的。也就是说，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。第4章数据库设计中将深入讨论数据之间的联系北京信息科技大学用综合的方法组织数据数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据第10章将涉及存储管理北京信息科技大学低冗余与数据共享数据库中的数据可以共享但是是可控制、受约束的教务文件后勤文件……学生基本情况冗余！冗余带来什么问题？北京信息科技大学低冗余与数据共享数据库中的数据可以共享但是是可控制、受约束的物理存储逻辑存储与数据库设计(第4章)和数据库结构(1.5)有关北京信息科技大学数据具有较高的独立性数据独立性是指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。数据库的三层模式结构(1.5)北京信息科技大学可以保证数据的正确性保证数据正确的特性在数据库中称之为数据完整性。关系模型的完整性约束(2.3)北京信息科技大学保证数据的安全、可靠数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改数据遭到破坏时能立刻将数据完全恢复数据库安全(第8章)、备份与恢复(10.2)北京信息科技大学数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性在多个用户同时使用数据库时，能够保证不产生冲突和矛盾，保证数据的一致性和正确性。北京信息科技大学200元200+1000=1200200-200=0第9章事务管理与并发控制北京信息科技大学数据库的特点？记住了哪些？北京信息科技大学1.3数据模型初步数据库中不仅存储数据本身，还要存储数据与数据之间的联系，这种数据和联系是需要描述和定义的，数据模型正是完成此项任务的。首先如何认识和描述现实世界中的数据及其联系？然后是如何实现数据及其联系的存储？认知和存储北京信息科技大学1.3.1概念数据模型描述现实世界的数据模型称为概念模型或概念数据模型。支持概念模型的最常用方法——E-R方法E-R方法主要有3个要素：实体:用矩形框表示联系:用菱形框表示属性:用椭圆框表示或直接将属性名写在实体旁边北京信息科技大学E-R举例概念模型详细讨论在第4章进行北京信息科技大学1.3.2传统的三大数据模型层次模型网状模型关系模型北京信息科技大学层次模型用树形结构来表示实体之间联系的模型称为层次模型。支持层次模型的典型系统是诞生于1970年左右的IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）。北京信息科技大学层次模型的限制有且仅有一个结点无父结点，这个结点即为树的根；其他结点有且仅有一个父结点。北京信息科技大学网状模型用网状结构来表示实体之间联系的数据模型称为网状数据模型。取消了层次模型中的两点限制。网状模型的典型代表CODASYL（ConferenceOnDAtaSYstemLanguages）层次模型和网状模型早已淘汰北京信息科技大学关系模型用关系（表格数据）表示实体和实体之间联系的模型称为关系数据模型。什么是关系？通俗地讲，关系就是二维表格（第2章详细解释）。北京信息科技大学关系数据模型实例学号姓名性别年龄所属系0101李勇男20010102刘晨女19010103王明女20030199张立男1802学生关系模式：学生（学号、姓名、性别、年龄、所属系）系（系号、系名）系号系名01计算机系02材料系03英语系04信息系系第2章详细讨论关系模型，后续内容多和关系模型相关北京信息科技大学数据完整性预习、讨论如何避免错误的字段值？如何避免插入一条重复或错误的记录？如何避免插入错误关联的记录？系号系名01计算机系02材料系03英语系04信息系学号姓名性别年龄所属系0101李勇男20010102刘晨女19010103王明女20030199张立男1802指定3名同学准备北京信息科技大学数据模型预习、讨论假设要管理仓库和器件信息，同时要管理在仓库中存放器件的信息，应该如何设计存储方案？指定3名同学准备北京信息科技大学1.4数据独立性与三层结构数据独立性是指应用程序与数据的组织和存储结构相互独立的特性。具体说，就是当修改数据的组织方法和存储结构时，应用程序不用修改的特性。数据独立性可分为存储数据独立性和概念数据独立性。北京信息科技大学1.4.1存储数据独立性存储数据独立性：不管存储文件的存储方法和存储结构怎么改变，用户程序都能继续正确执行。北京信息科技大学1.4.2概念数据独立性概念数据独立性（逻辑数据独立性）：当用户程序操作的概念文件有插入或删除字段的情况发生时（当然是通过存储文件），用户程序仍能正确执行的性质。北京信息科技大学1.5三层模式结构和数据库管理系统数据库管理系统的基本功能数据库的三层模式结构模式说明实例数据库管理系统的总体结构北京信息科技大学1.5.1数据库管理系统的基本功能数据库定义功能数据库操纵功能数据库查询功能数据库控制功能数据库通讯功能北京信息科技大学1.5.2数据库的三层模式结构外部数据库A外部数据库A概念数据库存储数据库………什么是模式（Schema）？北京信息科技大学存储模式、概念模式与外部模式定义存储数据库结构的模式称作存储模式，又称作内模式；定义概念数据库结构的模式称作概念模式，或简称模式；定义外部数据库结构的模式称作外部模式，又称作子模式或用户模式。子模式是概念模式的子集，它可以从概念模式推导出来。北京信息科技大学数据库的三级模式北京信息科技大学1.5.3模式说明实例考虑一个简单的、称作应收账款的数据库，它包括应收帐款和订货两个文件。北京信息科技大学存储数据库示例STORAGESCHEMAFORSTORAGE-ACCOUNTINGDATABASE.STORAGEFILESECTION.STORAGEFILEACC-RECEIVABLE,HASHFILEUSINGHASHINGROUTINEHASHXDATAFIELDS.ACC-NUMBPICX(4),PRIMARYKEYFIELDCRED-LIMPIC5(9)BALANCEPIC5(9)v99POINTERFIELDS.NR-POINTERPICX(4),FORSINGLELINKEDLISTUSINGNEXTACC-NUMBVALUEINASC