数据库技术课件计算机科学与技术

信息学院计算机系1数据库原理PrincipalofDatabaseOfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系第1章认识数据库数据管理技术的发展1数据库系统组成及其结构2数据模型3OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展应数据管理任务的需要而产生的。人工管理文件系统DB系统高级DB技术20世纪50年代中期前，计算机用于科学计算硬件：外存只有纸带，磁带，没有磁盘。软件：没有管理数据软件，采用批处理方法处理数据。20世纪50年代后期到60年代中期硬件：有了磁盘、磁鼓。软件：OS中有了数据管理软件—文件系统。20世纪60年代后期至今硬件：有大容量的磁盘，且硬件价格下降。软件：价格上升，出现了统一管理数据的软件—(DBMS)。现今数据库技术和面向对象等新技术的结合的产物。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展各阶段特点：人工管理高级DB技术人工管理•数据不保存•应用程序管理数据•数据不共享•数据不具有独立性教师信息数据组人事管理应用程序学生信息数据组学生管理应用程序选课信息数据组教务管理应用程序OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展各阶段特点：人工管理高级DB技术文件系统•数据长期保存•文件系统管理数据•数据共享性差，冗余度大•数据独立性差•文件之间数据孤立•不支持并发访问人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序文件系统教师数据文件学生数据文件选课数据文件OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展各阶段特点：人工管理高级DB技术DB系统•数据一体化，结构化•数据共享性高、冗余度低，易扩充。•数据独立性高•数据由DBMS统一管理和控制，提供更好的安全和保护人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序数据库管理系统（DBMS）教师记录学生记录课程记录选课记录数据库物理独立性：应用程序与磁盘上的数据库的数据逻辑独立性：应用程序与数据库逻辑结构•数据的安全性（Security）保护•数据的完整性（Integrity）检查•并发（Concurrency）控制•数据库恢复（Recovery）•结构化是数据库系统与文件系统最根本区别。•数据按某种数据模型组织起来，文件内部数据彼此相关，文件之间在结构上也有机联系。•描述数据不仅描述数据本身，更重要描述数据之间联系。•数据库结构是面向全组织的复杂结构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）在计算机系统中引入了数据库后的系统。DBS构成：数据库硬件系统软件系统人员OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人工管理高级DB技术用户1用户2用户n...应用系统应用开发工具数据库管理系统（DBMS）操作系统（OS）数据库数据库管理员硬件OSDBMS应开发工用具应统用系编译系统数据库系统数据库系统层次结构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构数据库（DataBase，简称DB）：长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构硬件系统存储和运行数据库系统的硬件设备，包括CPU、内存、大容量的辅助存储器及备份设备等。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构软件系统•数据库管理系统（DBMS）•操作系统（OS）•应用开发工具OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）•是数据库的核心•是帮助用户创建和管理数据库的程序集合。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）主要功能：•数据定义（DDL）•数据组织、存储和管理•数据操纵（DML）•数据库的运行管理•数据库的建立和维护功能•数据通信与转换OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）DBMS类型：总是基于某种数据模型。层次网状关系OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构软件系统——应用系统为特定应用环境开发的数据库应用系统，方便用户使用数据库。•用户通过开发好的应用系统提供的接口提出数据访问要求；•应用系统对请求进行分析、处理后，形成DBMS所支持的操作请求，并将其传递给与应用系统建立连接的DBMS；•DBMS执行相应的数据访问操作，并把结果返回给应用系统；•应用系统对DBMS返回结果和信息进行数据表示，将结果直观展示给用户。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人员数据库管理员（DatabaseAdministrator，DBA）数据库设计人员（DatabaseDesigner）最终用户（EndUser）系统分析员（SystemAnalyst，SA）应用程序员（ApplicationProgrammer）OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人员——DBA职责：•决定数据库中的信息内容和结构•决定数据库的存储结构和存取策略•定义数据库的安全性要求和完整性约束条件•监督和控制数据库的运行•数据库的改进和重组重构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人员——数据库设计人员职责：•数据的确定，选择适当的结构表示和存储数据；•有责任与以后可能使用数据库的用户沟通，理解需求，并针对需求设计合理的逻辑结构和物理结构；•通常可由DBA担任。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人员——最终用户通过应用系统提供的接口使用数据库的人员，通常为了查询、更新及生成报表等需要访问数据库。三类：•偶然用户•简单用户•复杂用户OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人员——系统分析员和应用程序员都属于应用系统开发人员（软件工程师）。职责不同：系统分析员：应用程序员：系统分析员要确定最终用户的需求，负责应用系统的需求分析和规范说明，与DBA和用户相结合，确定系统的软硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。应用程序员负责利用应用开发工具编写数据库应用程序，为最终用户提供数据访问接口，以便实现最终用户对数据库进行存取操作。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式数据库管理系统角度（数据库内部系统结构）三级模式(结构)+两级映象(功能)应用程序（用户）的角度（数据库系统外部的体系结构）（1）集中式结构（2）分布式结构（3）并行结构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式美国国家标准协会（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）的数据库管理系统小组于1978年提出了标准化建议，将数据库结构分为三级：面向用户或应用程序员的用户级——外模式面向建立和维护数据库人员的概念级——模式面向系统程序员的物理级——内模式OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式三级模式变换+二级映像OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式数据库的三级模式结构外模式ExternalSchema模式Schema内模式InternalSchema数据库整体逻辑结构用户的局部逻辑结构数据库的物理结构逻辑数据独立性物理数据独立性也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共视图外模式位于三级模式的最外层，又称子模式（Subschema）或用户模式，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，是单个用户的视图。内模式又称存储模式或物理模式，是三级模式结构的最内层，它描述数据的物理结构和存储方式，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式，是对整个数据库的底层表示。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：二级映像外模式/模式映象•该映象定义了外模式（描述的是数据的局部逻辑结构）与模式（描述的是数据的全局逻辑结构）之间的对应关系。•保证了数据的逻辑独立性。模式/内模式映象（是唯一的吗？为什么？）•定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。•保证了数据的物理独立性。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构用户一般通过数据库应用程序提供的接口来使用数据库。比较典型的：客户/服务器（Client/Server，C/S）浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）后端服务器通常运行某个DBMS，通常称为数据库服务器，为客户机上的应用程序提供数据服务。客户端程序和服务器系统构成了客户/服务器（C/S）结构的基本框架。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）客户机主要负责界面的描述和显示、业务逻辑和计算、向服务器发送请求并分析从服务器接收的数据。服务器主要负责数据管理和程序处理、响应客户请求并将处理结果返回给客户机。两层C/S结构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）在客户和数据库服务器之间增加了应用服务器。客户机主要负责界面描述和显示和与应用服务器进行通信，不再包含直接的数据请求和业务逻辑。应用服务器负责应用程序的业务逻辑以及与数据库服务器和客户机进行通信。数据库服务器仍然提供数据服务，接收由应用服务器传递的请求，并将处理结果返回给应用服务器。三层C/S结构OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）优点：1.交互性强。2.具有安全的存取模式。3.网络通信量低。4.响应速度快。缺点：需要在客户机上安装客户端程序，分布功能弱，不能够实现快速部署安装和配置.缺少通用性，业务的变更，需要重新设计和开发，增加了维护和管理的难度，进一步的业务拓展困难较多。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）随着互联网技术的发展产生的一种应用程序结构，这种结构在很大程度上克服了C/S结构的一些不足。OfPrincipleDB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应