第一章 数据库技术概论(2013)

2020/1/191董密信息科学与工程系《数据库技术与应用》讲义2013.09第一章：数据库系统概论2020/1/192第一章数据库系统概论数据库技术的发展1.1数据库和数据库系统带有数据库的计算机系统硬软件层次各种人员视图1.21.31.4DBMS的功能1.6数据模型1.5数据库系统的体系结构与工作过程1.7第一章：数据库系统概论2020/1/1931.1数据管理技术的发展1.1.11.1.21.1.3数据与数据处理数据管理技术数据库技术发展简史第一章：数据库系统概论2020/1/194科学计算数据处理过程控制数据管理的最新技数据库技术，是计算机科学的重要分支，是信息技术的基石。70%数据的计算数据的管理计算机应用大致分为哪几大类？第一章：数据库系统概论2020/1/1951.1.1数据与数据处理数据是什么？•载荷信息的载体•表述和传播信息的工具•人们用于记录事物情况的物理符号信息是什么？•经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据•数据中所包含的意义•“文字”符号（文字信息）•“音频”符号（声音信息）•“几何”符号（图信息）1.数据处理中的两个基本概念第一章：数据库系统概论2020/1/196数据是表示信息的，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。数据data信息不随表示它的信息形式而改变，它反映客观现实世界的知识，而数据则具有任意性，用不同的数据形式可以表示同样的信息。信息imformation数据与信息既有区别，又有联系第一章：数据库系统概论2020/1/197数据的收集和存储数据的分类和计算新的数据(表示了新的信息)数据的检素和传输数据的加工与维护数据处理客观世界的现象与事物数据数据管理数据处理客观世界的研究结果数据抽象管理支撑结果语义解释2.数据处理与信息处理第一章：数据库系统概论2020/1/198计算机信息系统计算机硬件信息相关人员软件应用程序目的是提供信息服务，如：商业营销系统、学校教务管理系统信息处理信息处理信息处理是“收集–输入–处理–输出–施用”信息的一个不断往复的过程第一章：数据库系统概论2020/1/1991.1.2数据管理技术人工管理阶段文件管理阶段数据库管理阶段经历了3个重要发展阶段：数据管理datamanagement20年代世纪50年代中期以前20年代世纪50年代后期至60年代后期20年代世纪60年代后期数据项数据集合数据集合+数据关联第一章：数据库系统概论2020/1/1910“以程序为中心”数据处于辅助地位应用程序1应用程序n应用程序2数据集n数据集2数据集1……1.人工管理阶段仅内存存储数据数据和处理它的程序捆绑构成一体，共存共亡按地址引用第一章：数据库系统概论2020/1/1911序号姓名性别年龄职称单位工龄工资人事文件序号姓名职称年龄单位科研名称经费序号姓名职称年龄单位课程名学时序号姓名工资工龄补贴房租水电单位科研文件教学文件工资文件教师信息管理系统优点：1）数据可长期保存2）由文件系统管理数据（文件系统使应用程序与数据之间有了初步的独立性）2.文件管理阶段第一章：数据库系统概论2020/1/1912应用程序1应用程序n应用程序2文件n文件2文件1……存取方法文件管理阶段应用程序与数据之间的关系在文件处理系统中存储信息的弊端数据冗余和不一致数据访问困难数据独立性差数据孤立第一章：数据库系统概论2020/1/1913应用程序A应用程序B应用程序CDBMSDB数据库管理阶段应用程序与数据之间的对应关系3.数据库管理阶段数据结构化数据的共享性高，冗余度底，易扩充数据独立性高(物理和逻辑的独立性)数据安全性数据的完整性并发控制数据库恢复统一管理和控制，以保证第一章：数据库系统概论2020/1/19141.1.3数据库技术发展简史世界上第一个通用的DBMS诞生于20世纪60年代，由通用电气公司的CharlesBachman设计，称之为IntegratedDataStore，简称IDS。该系统奠定了网状数据模型的基础，极大地影响了数据库系统的发展。1969年IBM公司推出了第一个商品化的数据库管理系统InformationManagementSystem，简称为IMS它基于层次数据模型。第一章：数据库系统概论2020/1/19151970年IBM公司SanJose实验室的EdgarFrankCodd提出了关系数据模型，以关系或表作为描述数据的基础。在其后的几年中，Codd又发表了一系列文章，奠定了关系数据库的理论基础。20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代，其中以IBMSanJose实验室开发的SystemR和Berkeley大学研制的INGRES为典型代表。IBM公司在SystemR的基础上先后推出了SQL/DS和DB2两个商品化的关系DBMS。INGRES也由INGRES公司商品化。第一章：数据库系统概论2020/1/1916数据库技术的新发展层次数据库第一个里程碑第二个里程碑第三个里程碑网状数据库关系数据库4.新一代数据库时期1.传统数据库时期2.关系数据库时期数据仓库Web数据库系统等3.专用数据库时期工程数据库系统图形数据库系统等第一章：数据库系统概论2020/1/19171.2.11.2.21.2.3数据库系统的组成数据库的三级模式三种记录1.2数据库和数据库系统1.2.4数据独立性第一章：数据库系统概论2020/1/19181.2.1数据库系统的组成1、数据库（DB）以一定的组织方式存贮在计算机中相互有关的数据的集合，它能以最佳的方式、最少的冗余（数据重复）、最大的数据独立性，为多种应用（多方面人员）提供服务。2、数据库管理系统（DataBaseManagementSystem(DBMS)）支持人们创建、使用、修改、维护数据库中的数据的软件。（如INFORMIX，SYBASE，ORACLE等）。第一章：数据库系统概论2020/1/1919数据库数据库管理系统ＤＢＭＳ计算机硬件系统数据库用户（联机）用户（程序）数据3.数据库系统通常所说的数据库，专业地应当称做数据库系统(DataBaseSystem,缩写为DBS)设计、实现、控制和维护数据库相关人员(如DBA)计算机软件系统（操作系统、网络软件等）第一章：数据库系统概论2020/1/1920数据库最终用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统数据库管理员DBA应用程序员数据库系统的构成第一章：数据库系统概论2020/1/1921严格地——是指在计算机系统中引入数据库之后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA--DatabaseAdministrator）和用户（USER）构成。即：数据库系统DBS（DataBaseSystem)是什么？口语中——是指数据库管理系统即DBMS(DataBaseManagementSystem)。DBS=DB+DBMS+APPLICATION+DBA+USER第一章：数据库系统概论2020/1/1922数据库应用软件包数其他应用软件各种高级语言硬件设备据库操作系统OSDBMS应用软件DBMSOS数据库系统的环境第一章：数据库系统概论2020/1/1923硬件平台数据库软件平台数据库管理系统应用程序系统用户操作界面第一章：数据库系统概论2020/1/19241.2.2数据库的三级模式操作数据存储数据不同层次的数据视图不同第一章：数据库系统概论2020/1/1925数据的结构定义数据存储视图只以其结构定义出现第一章：数据库系统概论2020/1/1926序号姓名性别年龄职称单位工龄工资人事文件序号姓名职称年龄单位科研名称经费序号姓名职称年龄单位课程名学时序号姓名工资工龄补贴房租水电单位科研文件教学文件工资文件外模型序号姓名性别年龄职称单位工龄工资科研经费课名学时房租水电概念模型基本文件序号姓名性别年龄职称单位序号项目经费序号工龄工资房租水电物理模型项目文件工资文件教学文件序号课名学时自然状态文件第一层：满足了用户的需求，面向各个具体用户第二层：面向全局，综合了所有用户的要求，从整体，全局考虑，解决了冗余问题。第三层：完全面向物理存贮的，在完成存放基本文件的前提下，考虑物理存贮的最佳组织形式。教师信息管理系统第一章：数据库系统概论2020/1/1927外模式数据库的本质：变换（外模式-模式、模式-内模式）模式内模式用户集1用户集3外模式1外模式2模式外模式3内模式数据库用户集2逻辑变换物理变换1、数据库结构2、数据库内容外模式：子模式，用户局部逻辑结构。模式：DB全局逻辑结构，子模式的并集，以某种数据模型为基础。内模式：物理模式第一章：数据库系统概论2020/1/19281.逻辑记录2.存储记录3.物理记录是外模式定义的用户数据库记录，是DBMS和应用程序之间交换数据的单位又称块，是数据库在存储设备上存储的基本单位，也是内存与外存之间进行数据交换的基本单位。是存储模式定义的基本数据存储单位；是DBMS与操作系统之间进行数据交换的数据单位。1.2.3三种记录第一章：数据库系统概论2020/1/19291.2.4数据独立性内模式外模式_1概念模式外模式_2外模式_3逻辑独立性物理独立性应用程序与数据的无关性第一章：数据库系统概论2020/1/19301.3数据模型1、数据抽象的过程---四个世界现实世界概念世界逻辑世界物理世界信息世界现实世界的数据数据概念模型DBMS支持的数据模型人的认识,抽象,分类等转换逻辑世界计算机上存储的数据文件物理世界存储第一章：数据库系统概论2020/1/1931组织活动活动对象(个体集合)个体或事物规则处理现实世界第一章：数据库系统概论2020/1/1932活动组织活动要表示的对象对对象的约束对象间的关系现实世界第一章：数据库系统概论2020/1/1933活动组织活动对象的特征对象应符合的条件对象间的关联组织模型现实世界第一章：数据库系统概论2020/1/1934例子约束：学生所学课程都必须是本校开设的课程只有本校学生才能获得本校课程的成绩教师参加工作的年龄必须在20以上学生或教师的性别必须为男性或女性特征：表示对象学生有学号、姓名、性别、出生日期、…等课程有课程代号、名称、学分、学时等活动：对象间相互关系学生“学习”一门课程，教师“教”一门课程组织模型：是一个组织中所有对象，在规定规则的指导和控制下，相互协调运动而构成的一个有机整体。第一章：数据库系统概论2020/1/1935组织模型对象个体特征事物（或个体）及其联系事物的集合（即对象）事物（即个体）表现事物现实世界第一章：数据库系统概论2020/1/1936又称信息世界或观念世界，是对现实世界的第1层次抽象，是现实世界在头脑中的反映组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性把各种复杂的联系抽象化为简单的“1对1”、“1对多”和“多对多”3种基本联系概念世界第一章：数据库系统概论2020/1/1937也称数据世界，是概念世界的一种数据表示也可以看成是对现实世界的第2层次的抽象逻辑世界直接与数据库相关，即通过逻辑世界把现实世界映射到数据库中数据的结构分为4级,数据项、记录、文件和数据库逻辑世界第一章：数据库系统概论2020/1/1938表示和存储信息组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性数据模型文件记录字段表示和存储信息组织模型对象个体特征概念模型（信息模型）实体集合实体属性数据模型文件记录字段逻辑世界第一章：数据库系统概论2020/1/1939也称计算机世界或存储世界是数据的物理存储，或者说是在计算机存储设备（如磁盘）上的存储是现实世界的第3层次的抽象物理世界第一章：数据库系统概论2020/1/19404个世界的关系第一章：数据库系统概论2020/1/1941现实世界DBMS概念模型数据模型现实世界的抽象化现实世界的数据表示转换模式DBMS表达2、数据模型的定义对现实世界进行抽象的工具，是数据库系统中用以提供信息表示和操作