数据库02-第二章

第2章数据管理与数据库第2章数据管理与数据库2.1数据库的常用术语2.2计算机数据管理技术的产生和发展2.3数据模型2.4数据库系统的模式结构2.5DBMS的功能2.6数据库系统的组成2.1数据库的常用术语2.1.1数据与信息2.1.2数据独立性2.1.3数据库系统2.1.1数据与信息(1)数据(Data)：描述客观事物特征或性质的某种符号。描述事物的符号可以是数值，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等多种形式，它们都可以经过数字化处理后存入计算机。显然，数据的这个描述比平常用于加、减、乘、除运算的数据更为宽泛。2.1.1数据与信息(2)数据项(ItemofData)：数据的基本单元，即最小单位，它是某类客观事物的某个特征或性质的数据抽象。每个数据项都有一个名字(数据项名)和若干可能的取值(数据项值)。例如，描述一类学生的“姓名”、“性别”、“籍贯”都是数据项名，而“李明”、“男”、“江苏”则分别是以上数据项的一个取值。2.1.1数据与信息(3)记录型(RecordType)：描述一类事物的若干特征或性质的数据项名的集合，即数据结构。例如，描述某校所有学生的记录型为：学生(姓名、性别、出生日期、籍贯、所在系别、入学日期)数据记录(Record)：按照记录型的规定描述一个事物的若干特征或性质的数据项值的集合。例如，描述一个学生李明的记录为：(李明，男，1972/08/21，江苏，计算机系，1990/09/01)2.1.1数据与信息(4)数据处理(DataProcessing)：对数据进行各种数学运算和统计加工的过程总和。信息(Information)：客观事物之间相互联系、相互作用的运动状态和特征的抽象描述，是数据处理的结果，且仍以数据的形式表示出来。数据与信息的关系：信息是数据处理的结果，信息也以数据作为其表现形式。返回2.1.2数据独立性数据独立性(DataIndependency)是指数据与用户的应用程序之间是独立的，它包括：1、数据的物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的。即当数据的物理存储位置改变时，用户的应用程序不用改变。例如：Student_Mis_data2、数据的逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。即当数据的逻辑结构改变时，用户的应用程序不用改变。例如：在Students表中增加HAdress和HTel两个属性后，原演示系统不需要修改仍可运行。2.1.3数据库系统数据库系统与数据库、数据库管理系统是三个既有联系又有区别的重要基本概念。数据库(DataBase，简称DB)：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。其特点是：数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有最小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享等，它是数据库系统的组成部分。数据库管理系统其英文为DataBaseManagementSystem，简称DBMS，是位于用户与操作系统(OS)之间的，使人们能对数据库中的数据进行科学地组织、高效地存取和维护管理的一种数据管理软件。它为用户提供数据定义、数据操纵、数据库控制、数据库的建立和维护等功能。如图数据库系统其英文为DataBaseSystem，简称DBS，是计算机系统、DB、DBMS、应用软件、数据库管理员(DataBaseAdministrator，简称DBA)和用户的总和。所以，DBS一般由硬件、软件(包括开发工具)、数据库、数据库管理员和用户构成。在许多不会引起混淆的情况下，人们又常常把数据库系统简称为数据库。硬件OSDBMS应用系统或其它工具用户DB数据库系统返回2.2计算机数据管理技术的产生和发展2.2.1人工管理阶段1.2.2文件系统阶段2.2.3数据库系统阶段2.2.4数据库技术的发展2.2.5数据库技术的主要研究领域返回2.2计算机数据管理技术的产生和发展计算机数据管理：指利用计算机对数据进行分类、组织、存储、维护、检索和传输的一系列操作，它是数据处理的前提和中心问题。2.2.1人工管理阶段人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）是计算机数据管理技术经历的第一个阶段。应用领域：科学计算；硬件：内存小，计算速度低；外存只有磁带、卡片和纸带，没有象磁盘这样快速的直接存取的存储设备。软件：没有操作系统，更没有数据管理软件特点：数据不保存，程序员(人工)管理数据，数据不共享，数据和程序不具有独立性。返回2.2.1人工管理阶段…应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n…应用程序1数据集1应用程序n数据集n数据在程序的外部数据在程序的内部2.2.2文件系统阶段文件系统阶段（从20世纪50年代后期到20世纪60年代中期）是计算机数据管理技术经历的第二个阶段。应用领域:科学计算和数据处理；硬件：内存空间增大，计算速度有很大提高，外存有了磁盘、磁鼓等快速的直接存取存储设备；软件：计算机配备了操作系统，其中包含了负责数据管理的软件——文件系统特点：数据可以长期保存，文件多样化和结构化，文件系统管理数据。文件系统比人工管理阶段有了很大的改进，但仍存在数据冗余度大，数据独立性较差和数据联系弱等缺点。2.2.2文件系统阶段财务应用程序财务数据文件销售应用程序人事应用程序人事数据文件销售数据文件文件管理系统2.2.3数据库系统阶段数据库系统阶段(从20世纪60年代后期至今)是计算机数据管理技术经历的第三个阶段。应用扩大，科学计算比例变小、数据管理比例大增；硬件：计算机价格大大下降，计算速度更快且逐渐出现大容量的磁盘、光盘等直接存取设备。软件：除操作系统和程序设计软件以外，出现对数据进行统一管理的专门软件系统——数据库管理系统(DBMS)。2.2.3数据库系统阶段特点：（1）整体数据的结构化：不仅用数据模型描述数据本身的特征，还描述了数据之间的联系，且这种联系通过存取路径(指针)来实现整体数据的结构化。（2）数据独立性较高：数据库系统中数据与程序的独立性使得数据的定义从程序中分离出去，数据的存取由DBMS负责，简化了应用程序的编制，减少了应用程序的开发、维护和修改费用。（3）数据的共享性好，冗余度低，易扩充：因为数据不再面向某个应用而是面向整个系统。2.2.3数据库系统阶段（4）提供了数据的完整性控制功能(第5章)安全性(Security)保护：防止非法用户使用数据库造成数据的泄密和破坏。数据的完整性(Integrity)：预防合法用户无意中造成数据的错误和数据之间的不一致性。并发控制(ConcurrentControl):保证多个用户并发存取、修改数据库时，数据的正确性和完整性。数据库恢复(Recovery)：当计算机硬件、软件、操作失误等影响数据库数据正确性时，把数据库恢复到以前某个正确和一致状态。2.2.3数据库系统阶段财务应用程序人事应用程序销售应用程序数据库管理系统(DBMS)财务信息人事信息销售信息学生记录学号姓名性别所在系…课程号课程名学时学分…学号课程号成绩课程记录成绩记录存取路径1存取路径2返回2.2.4数据库技术的发展第一代数据库技术，即层次数据库和网状数据库技术；第二代数据库技术，即关系数据库技术；第三代数据库技术，即新一代数据库技术，以面向对象模型为主要特征的数据库技术。第一代数据库技术层次数据库和网状数据库技术。这一代的数据库管理系统主要支持层次和网状数据模型。主要特点:★支持三级模式结构；★用存取路径(指针)来表示数据之间的联系；★数据定义语言(DataDefinitionLanguage，简称DDL)和数据操纵语言(DataManipulationLanguage，简称DML)相对独立；★数据库语言采用过程性(导航式)语言。第二代数据库技术关系数据库技术。这一代的数据库管理系统主要支持关系数据模型(第3章)，这种模型有严格的数学理论基础，概念简单、清晰，易于用户理解和使用。主要特点：★概念单一化，数据及其数据间的联系都用关系来表示；★以关系代数为理论基础，数据独立性强；★数据库语言采用说明性语言，大大简化了用户的编程难度。第二代数据库技术主要年代和人物1970年：IBM公司研究员E.F.Codd提出了关系数据模型，奠定了关系数据模型的理论基础。E.F.Codd因此在1981年获得ACM颁发的图灵奖。1974年：IBM公司研制成功SystemR关系数据库管理系统，并在IBMSystem/370机器上运行，以后又推出了SQL/DS和DB2等商品化数据库管理系统。1980年后：RDBMS的产品迅速推出，比如Oracle，Informix，Sybase，dBase，FoxBASE，FoxPro1990年以后:RDBMS产品不断更新，功能更加强大，支持分布式数据库、C/S数据库以及B／S数据库，现在还支持数据仓库与数据挖掘等(第8章)第三代数据库技术新一代数据库技术：以面向对象模型为主要特征的数据库技术。这一代的数据库管理系统是基于扩展的关系数据模型或面向对象数据模型的，是尚未完全成熟的一代数据库技术。(第8章)主要特点：★支持包括数据、对象和知识的管理；★在保持和继承第二代数据库技术基础上引入新技术，如面向对象技术等，★对其它系统开放，有良好的可移植性、可扩充性和可互操作性。2.2.5数据库技术的主要研究领域数据库技术大致有三个主要研究领域：⑴DBMS软件的研究:可靠性好、效率高、功能全的DBMS及DBMS上直接运行的软件系统：数据通信软件、报表书写系统、表格系统和图形系统等。⑵DB应用系统设计与开发：MIS,ERP,OLAP等。⑶DB理论的研究：数据模型、规范化理论、并发控制理论等,还有数据挖掘方法(第3-6,8章)。返回2.3数据模型2.3.1数据模型的构成2.3.2数据模型的分类2.3.3实体-联系(E-R)模型2.3.4常用的结构数据模型返回2.3.1数据模型的构成数据模型(DataModel)：客观事物某些特征的数据抽象和模拟，是一组严格定义的概念集合，它是数据库系统的核心。数据模型的三要素是：数据结构集合、数据操作集合和完整性约束集合①数据结构集合：对计算机数据组织方式和数据之间联系进行框架描述的集合，是对数据库静态特性的描述。②数据操作集合：对数据库中各种对象类的实例(或取值)所允许执行的操作的集合，包括操作方法及有关的操作规则等，是对数据库动态特性的描述。③完整性约束集合：关于数据状态和状态变化的一组完整性约束条件(规则)的集合。它保证数据的正确性、有效性和相容性。2.3.2数据模型的分类一个数据模型除了应具备前面的三个要素以外，还应满足以下三方面的性能要求：能比较真实地模拟或抽象表示现实世界；容易为人所理解；便于在计算机上实现。但目前还没有找到这样的数据模型。因此，人们常常采取多步抽象的方法，针对不同的抽象层次采用不同的数据模型。2.3.2数据模型的分类现实世界概念数据模型结构数据模型物理数据模型数据库现实世界理想数据模型数据库三类数据模型概念数据模型(ConceptualDataModel)：结构数据模型(StructuralDataModel)，又称逻辑数据模型(LogicalDataModel)：物理数据模型(PhysicalDataModel)概念数据模型用户容易理解的、对现实世界特征的数据抽象，它与具体的DBMS无关，是数据库设计员与用户之间进行交流的语言。任何一个数据库应用系统，如果没有用户参与就很难获得成功。常用的概念数据模型是实体–联系(E-R)模型，简称E-R模型。细节等会儿介绍。结构数据模型又称逻辑数据模型(LogicalDataModel)：是用户从数据库中所看到的数据模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，如网状数据模型、层次数据模型、关系数据模型和面向对象数据模型等。表Reports的结构是典型的结构数据模型，且是数据库中所看到的数据模型。物理数据模型描述数据在存储介质上组织结构的数据模型，它不但与具体的DBMS有关，而且还与操作系统和硬件有关，是物理层次的数据模型。每一种结构数据模型在实现时都有其对应的物理数据模型