数据库系统原理与设计(第2版)数据库系统概论.

1SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论第1章数据库系统概论数据库系统原理与设计(第2版)以学生成长成才为目标（学会做人、学会做事）；以素质提升为本，以能力培养为纲，以知识传授为目，以技能训练为用；以教学创新为体，以兴趣激发为源，开发学生潜能，增强竞争优势，培养懂管理的信息技术（IS/IT）人才和懂信息技术的管理人才。2SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论目录数据库系统1.4数据库系统的作用1.1数据模型1.2数据抽象与数据库三级模式1.33SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据与数据管理数据：描述事物的符号记录。无结构的文本形式描述：李天乐，男，1968年9月出生，江西南昌人，现工作于江西财经大学信息学院，教授，主要研究兴趣包括XML数据库、Web数据管理。显然，数据的表现形式不能完全表达其内容，其含义即语义需要经过解释才能被正确理解，因此数据和关于数据的解释是不可分的。表格形式(有结构的记录形式)描述：表中一行数据组织在一起便构成一条记录，其数据的语义已由其所在列的表头栏目名解释，因此表格描述的数据称为结构化数据。姓名性别出生年月籍贯工作单位/部门职称研究方向李天乐男1968年9月江西南昌江西财经大学信息学院教授XML数据库、Web数据管理…………………4SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据与数据管理数据处理：从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说有价值、有意义的数据。数据管理：对数据进行有效的分类、组织、编码、存储、检索、维护和应用——数据处理的中心问题。数据管理技术的发展及其应用的广度和深度，极大地影响着人类社会发展的进程。5SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展人工管理阶段20世纪50年代中期以前的这段时间。计算机还很简陋，尚没有完整的操作系统，主要应用于科学计算。数据是面向应用程序的，一个数据集只能对应于一个程序，程序与数据之间的关系如图1-1所示。数据需要由应用程序自己定义和管理，没有相应的软件系统专门负责数据的管理工作。当多个应用程序涉及某些相同的数据时，必须由各自的应用程序分别定义和管理这些数据，无法共享利用，因此存在大量冗余数据。应用程序1应用程序2应用程序n…数据集1数据集2数据集n…图1-1人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系6SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期的这段时间。计算机除了应用于科学计算外，已开始应用于数据管理在操作系统之上建立的文件系统已经成熟并广泛应用，数据由专门的软件进行统一管理。对于一个特定的应用，数据被集中组织存放在多个数据文件（以后简称为文件）或文件组中，并针对该文件组来开发特定的应用程序。利用“按文件名访问，按记录进行存取”的管理技术，可以对文件进行记录的修改、插入和删除等操作。文件系统阶段程序与数据之间的关系如图1-2所示。存取方法应用程序1应用程序2应用程序n…文件组1文件组2文件组n…图1-2文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系7SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展文件系统的主要特点文件系统实现了文件内的结构性，即一个文件内的数据是按记录进行组织的，这样的数据是有结构的(语义的)。整体上还是无结构的，即多个文件之间是相互独立的，无法建立全局的结构化数据管理模式。程序和数据之间由文件系统提供的存取方法进行转换，程序员可以不必过多地考虑物理细节。由于数据在存储上的改变不一定反映在程序上，因此应用程序与数据之间有了一定的物理独立性。姓名性别学号出生日期所学专业家庭住址联系电话学生文件Student的记录结构课程号课程名称教材名称学时学分课程文件Course的记录结构CS005数据库原理数据库概论644CS012操作系统操作系统原理805…………………………8SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展文件系统的弊端数据共享性差，数据冗余和不一致数据冗余是指相同的数据在不同的地方(文件)重复存储文件系统中的一个(或一组)文件基本上对应于一个应用程序，不同应用程序之间很难共享相同数据如何有效地提高不同应用共享数据的能力成为急需解决的问题数据独立性差文件系统中的文件组是为某一特定应用服务的，其逻辑结构对于该特定应用程序来说是优化的，但系统也不易扩充数据与应用程序之间缺乏逻辑独立性如何有效地提高数据与应用程序之间的独立性成为急需解决的问题数据孤立，数据获取困难对于数据与数据之间的联系，文件系统仍缺乏有效的管理手段如何有效地管理数据与数据之间的联系成为急需解决的问题9SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展文件系统的弊端完整性问题数据的完整性是指数据的正确性、有效性和相容性，也称为一致性约束例如，一个学生需要选修某门课程，该学生必须已经修过了该课程规定的先修课程时才能选修(因为课程之间存在先修后修关系)；必须在该教学班尚未选满时才能选修(因为教室容量有限)；必须在时间上与其它已经选修的课程不冲突时才能选修如何有效地表达和实现一致性约束成为急需解决的问题安全性问题一个系统可能有很多用户，不同用户可能只允许其访问一部分数据，即该用户只有一部分数据的访问权限如何有效地保障数据的安全性就成为急需解决的问题10SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展文件系统的弊端原子性问题计算机系统有时会发生故障，一旦故障发生并被检测到，数据就应该恢复到故障发生前的状态例如，学生选课时，不仅要在选课文件中增加某学生选修某门课的记录，同时也要在该课程教学班记录中将已选课人数加1，以便学生选课时进行容量控制因此，增加选课记录与选课人数加1两个操作要么都发生，要么都不发生，这就是学生选课操作的原子性要求如何有效地保障操作的原子性就成为急需解决的问题并发访问异常系统应该允许多个用户同时访问数据，在这样的环境中由于并发更新操作相互影响，可能会导致数据的不一致如何有效地控制并发操作的正确性就成为急需解决的问题11SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展数据库管理系统阶段20世纪60年代后期以来数据管理对象的规模越来越大，应用范围越来越广，多种应用共享数据的要求越来越强烈数据库管理系统(DBMS)是由一个相互关联的数据的集合和一组用以访问、管理和控制这些数据的程序组成这个数据集合通常称为数据库(database,DB)，其中包含了关于某个企业信息系统的所有信息DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它提供一个可以方便且高效地存取、管理和控制数据库信息的环境DBMS和操作系统一样，都是计算机的基础软件（系统软件），也是一个大型复杂的软件系统12SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展设计数据库管理系统的目的是为了有效地管理大量的数据，既涉及到数据存储结构的定义，又涉及到数据操作机制的提供解决文件处理系统中存在的问题：数据共享性差(数据冗余和不一致)数据独立性差数据孤立和数据获取困难完整性问题原子性问题并发访问异常安全性问题13SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展数据库管理系统的主要特点数据结构化。数据库管理系统实现数据的整体结构化，这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一是指数据不仅仅是内部结构化，而是将数据以及数据之间的联系统一管理起来，使之结构化。图1-3学生、课程、学生成绩文件结构姓名性别学号出生日期所学专业家庭住址联系电话学生文件Student的记录结构课程号课程名称教材名称学时学分课程文件Course的记录结构学号课程号学期成绩学生成绩文件Score的记录结构14SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展二是指在数据库中的数据不是仅仅针对某一个应用，而是面向全组织的所有应用。例如，一个学校的信息系统中不仅要考虑教务处的学生成绩管理，还要考虑学生处的学籍注册管理、学生奖惩管理、学生家庭成员管理，以及财务处的学生缴费管理；同时还要考虑研究生院的研究生管理、科研处的科研管理、人事处的教职工人事管理和工资管理等。因此，学校信息系统中的学生数据要面向全校各个职能管理部门和院系的应用，而不仅仅是教务处的一个学生成绩管理应用。图1-4某校信息管理系统中的学生数据姓名性别学号出生日期所学专业…学生基本情况课程号课程名称…课程学号课程号学期成绩学生成绩日期学号管理员学生学籍注册日期学号奖惩条目学生奖惩序号学号与本人关系学生家庭成员成员姓名详细情况日期学号管理员学生缴费金额15SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1章数据库系统概论数据库技术的产生与发展数据库管理系统的主要特点数据的共享度高，冗余度底，易扩充数据库管理系统从整体角度描述和组织数据，数据不再是面向某个应用，而是面向整个系统因此，数据可以被多个用户、多个应用共享使用数据共享可以大大减少数据的冗余，避免数据之间的不一致性数据独立性高数据独立是指数据的使用(即应用程序)与数据的说明(即数据的组织结构与存储方式)分离这样，应用程序只需要考虑如何使用数据，而无须关心数据库中的数据是如何构造和存储的因而，各方(在一定范围内)的变更互不影响16SchoolofInformationTechnology,JiangxiUniversityofFinance&Economics数据库系统原理与设计第1