数据库第1章_概述

第1章概述1.1数据库系统环境的组成1.2数据模型1.3数据库管理系统的特点1.4数据库管理系统的分类1.5数据库管理系统的演变1.6小结1.1数据库系统环境的组成数据库系统由四部分组成：数据库数据库管理系统数据库应用用户1.1数据库系统环境的组成数据库数据库管理系统应用应用应用用户用户用户用户1.1数据库系统环境的组成1.1.1数据库一般认为数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。•数据库是一个组织机构（如企业、机关、银行、学校等）赖以生存的数据集合。•组织机构使用数据库开展日常工作，将部分工作自动化。•数据库使用操作系统的若干个文件存储数据，也有一些数据库使用磁盘的一个或若干个分区存放数据。1.1数据库系统环境的组成1.1.1数据库•数据库中的数据由数据库管理系统（DataBaseManagementSystem,DBMS）进行统一管理，DBMS屏蔽了数据在数据库中的存放细节。•数据库中的数据一定是有结构的，很难想象把一个组织机构赖以生存的数据像家中储藏室的物品那样杂乱无章的堆放。•数据库中的数据除了组织机构日常业务要用到的数据外，还要存放保证数据库管理系统运行所要用到的数据，称为系统数据。1.1数据库系统环境的组成1.1.2数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是一类重要的系统软件，由一组程序构成，其主要功能是完成对数据库中数据的定义、数据操纵，提供给用户一个简明的应用接口，实现事务处理等。1.1数据库系统环境的组成1.1.2数据库管理系统一、基本功能数据定义功能数据操纵功能数据库的运行管理数据库的建立和维护功能1.1数据库系统环境的组成1.1.2数据库管理系统二、组成模块数据定义方面的程序模块数据操纵方面的程序模块数据库运行管理方面的程序模块数据库组织、存储和管理方面的程序模块数据库建立、维护和其它方面的程序模块1.1数据库系统环境的组成1.1.2数据库管理系统三、层次结构数据存储层操作系统数据库数据存取层语言翻译处理层应用层1.1数据库系统环境的组成1.1.3数据库应用联机事务处理（On-LineTransactionProcessing，OLTP）：解决了组织机构业务自动化问题。联机分析处理（On-LineAnalyticalProcessing，OLAP）：帮助管理层更好地分析组织机构的运转情况，辅助领导进行正确决策。1.1数据库系统环境的组成1.1.4用户数据库管理员系统分析员数据库设计人员应用程序员最终用户1.2数据模型描述数据库中数据的结构和性质、描述数据之间的联系以及施加在数据或数据联系上的一些限制。1.2数据模型1.2.1数据模型的三要素数据结构数据操作数据的完整性约束条件1.2数据模型1.2.2三种数据模型概念模型独立于计算机系统，它完全不涉及信息在计算机系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构，是按用户的观点来对数据和信息建模，是对企业主要数据对象的基本表示和概括性描述，主要用于数据库设计。1.2数据模型1.2.2三种数据模型逻辑模型是直接面向数据库的逻辑结构的，通常有一组严格定义的，无二义性的语法和语义的数据库语言，人们可以用这种语言来定义、操纵数据库中的数据。1.2数据模型1.2.2三种数据模型物理模型是对数据最低层的抽象，它描述数据在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。1.2数据模型1.2.2三种数据模型从概念模型到逻辑模型的转换是由数据库设计人员完成的从逻辑模型到物理模型的转换是由数据库管理系统完成的。一般人员掌握了逻辑模型就可以很方便的使用数据库。1.2数据模型1.2.3数据库的三级模式应用A应用B应用C应用D应用E外模式1外模式2外模式3模式内模式数据库模式／外模式映象内模式／模式映象1.2数据模型1.2.3数据库的三级模式模式又被称为逻辑模式，是数据库中全部数据的逻辑结构和特性的描述。是数据库所有用户的公共数据视图。外模式又称为用户模式或子模式，通常是模式的子集，是数据库管理系统中，每个用户看到和使用的数据视图，即是与某一应用有关的数据的逻辑表示。内模式是数据库所有数据的内部表示或者说是低层的描述。内模式用来定义数据的存储方式和物理结构。1.3数据库管理系统的特点（1）数据结构化实现整体数据的结构化，是数据库的主要特征之一，也是数据库管理系统与文件系统的本质区别。在数据库管理系统中，记录的结构和记录之间的关系由数据库管理系统维护。不仅数据是结构化的，而且存取数据的方式也很灵活，可以存取数据库中的某一个数据项、一组数据项、一个记录或一组记录。1.3数据库管理系统的特点（2）数据共享性高冗余度低使用文件系统开发应用软件时，一般情况下，一个文件仅供某个应用使用，文件中数据的结构是针对这个应用设计的，很难被其它的应用所共享。使用数据库管理系统开发应用软件时，要求综合考虑组织机构各个部门对数据的不同要求，DBMS采用特殊的技术协调同时访问数据而造成的各种冲突问题，允许事务并发执行，提高了数据的共享程度。1.3数据库管理系统的特点（3）数据独立性高物理独立性是指应用程序与数据库中数据的物理存放位置和结构是相互独立的。只要数据的逻辑结构不变，即使数据改变了物理存储结构，应用程序也不用更改。逻辑独立性是指应用程序与数据库中数据的逻辑结构是相互独立的，也就是说，即使数据的逻辑结构改变了，应用程序也可以不变。DBMS一定可以保证数据的物理独立性，在一定程度上也可以满足数据的逻辑独立性。数据独立性是由数据库的三级模式两层映像实现的。1.3数据库管理系统的特点（4）数据由DBMS统一管理和控制数据库的共享是并发的（Concurrency）共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据。为此，DBMS还必须提供以下几方面的数据控制功能：数据的安全性（Security）保护数据的安全性是指保护数据，以防止不合法的使用造成数据的泄密和破坏。使每个用户只能按规定，对某些数据以某些方式进行使用和处理。数据的完整性（Integrity）检查数据的完整性指数据的正确性、有效性和相容性。完整性检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。并发（Concurrency）控制当多个用户的并发进程同时存取、修改数据库时，可能会发生相互干扰而导致错误的结果或使得数据库的完整性遭到破坏，因此必须对多用户的并发操作加以控制和协调。数据库恢复（Recovery）1.4数据库管理系统的分类集中式数据库管理系统集中式数据库管理系统的数据库管理系统、数据库和应用程序都在一台计算机上。在小型机和大型机上的集中式数据库管理系统一般是多用户系统，即多个用户通过各自的终端运行不同的应用系统，共享使用数据库。在微型计算机上的数据库管理系统一般是单用户的。1.4数据库管理系统的分类客户机/服务器数据库管理系统数据库管理系统、数据库驻留在服务器上，而应用程序放置在客户机上（微型计算机或工作站），客户机和服务器通过网络进行通讯。在这种结构中客户机负责业务数据处理流程和应用程序的界面，当要存取数据库中的数据时就向服务器发出请求（SQL语句），服务器接受客户机的请求后进行处理，并将客户要求的数据返回给客户机。当前，随着INTERNET技术的应用，客户机/服务器两层结构已经发展为在三层或多层结构。1.4数据库管理系统的分类并行数据库管理系统在并行机上运行的具有并行处理能力的数据库管理系统，是数据库技术与并行计算技术相结合的产物。。并行数据库管理系统发挥了多处理机的优势，采用先进的并行查询技术和并行数据分布与管理技术，具有高性能、高可用性、高扩展性等优点。1.4数据库管理系统的分类分布式数据库管理系统分布式数据库由一组数据组成，这组数据物理上分布在计算机网络的不同结点上，逻辑上是属于同一个系统。网络中的每个结点具有独立处理的能力（称为场地自治），可以执行局部应用，这时只访问本地数据。也可以执行全局应用，此时，通过网络通信子系统访问多个结点上的数据。分布式数据库适应了企业部门分布的组织结构，可以降低费用，提高系统的可靠性和可用性，具有良好的可扩展性。1.5数据库管理系统的演变20世纪60年代，这个时期还是文件处理系统占据主导地位。20世纪70年代，在这个时期，人们开发出了采用层次和网状数据模型的第一代商用数据库管理系统，用于处理当时难以用文件系统处理的应用。直到今天，这些数据库管理系统仍在使用。20世纪80年代，E.F.Codd博士于1970年第一次提出了关系数据模型，并经过众多研究工作者的努力，关系数据模型和理论得到了丰富和发展。20世纪80年代，很多基于关系数据模型的DBMS被开发出来，并得到了广泛的认可和应用。1.5数据库管理系统的演变20世纪90年代，Internet的出现改变了传统的计算模式，客户/服务器计算模式变得十分流行，发展了DBMS的体系结构。出现了更大规模的数据库：数据仓库，联机分析和数据挖掘技术得到了广泛的应用。新的数据类型（如多媒体数据）不断涌现，面向对象数据库技术得到了发展，并融合到关系数据库中，出现了对象关系数据库。目前，DBMS在支持网格计算、移动计算以及象支持XML数据类型方面得到了很大的发展。1.6小结本章着重介绍了数据库系统的概念、特点和结构、数据库管理系统的发展过程、基本功能和组成模块。读者应重点掌握这些概念，并能独自进行区分，要理解采用数据库系统开发信息系统可以提高工作效率的原因。1.数据库是组织机构中一组数据的集合。2.数据库管理系统是一种重要的系统软件，用于数据管理，可以做到数据共享，提高信息系统的开发效率，是最新的数据管理技术。3.数据模型用于描述数据库中数据的结构和性质、描述数据之间的联系以及施加在数据或数据联系上的一些限制。4.数据库系统可以采用集中式、客户/服务器等体系结构，目前，两层或多层的客户服务器体系结构占主导地位。5.数据库管理系统经历了支持层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型、面向对象数据模型、XML数据模型几个发展过程，目前的主流产品是基于关系数据模型的，并作了适当扩充以支持面向对象的概念和XML数据。