第1章 数据库基本知识

第1章数据库基本知识1.1信息、数据与数据处理1.2数据库系统1.3数据模型1.1信息、数据与数据处理1.1.1数据与信息1.1.2数据处理1.1.3数据处理的发展1.1.4数据库技术的发展1.1.5数据库新技术返回首页1.1.1数据与信息数据的概念包括两个方面，即数据内容和数据形式。数据内容是指所描述客观事物的具体特性，也就是通常所说的数据的“值”；数据形式则是指数据内容存储在媒体上的具体形式，也就是通常所说的数据的“类型”。数据主要有数字、文字、声音、图形和图像等多种形式。信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识。信息是以某种数据形式表现的。数据和信息是两个相互联系、但又相互区别的概念；数据是信息的具体表现形式，信息是数据有意义的表现。返回本节1.1.2数据处理数据处理就是将数据转换为信息的过程。数据处理的内容主要包括：数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律和及其相互联系，通过分析、归纳、推理等科学方法，利用计算机技术、数据库技术等技术手段，提取有效的信息资源，为进一步分析、管理和决策提供依据。数据处理也称信息处理。返回本节1.1.3数据处理的发展1．人工管理阶段早期的计算机主要用于科学计算，计算处理的数据量很小，基本上不存在数据管理的问题。从50年代初，开始将计算机应用于数据处理。2．文件管理阶段从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段，应用程序通过专门管理数据的软件即文件系统管理来使用数据。3．数据库管理阶段数据库管理阶段是60年代末在文件管理基础上发展起来的。应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组3……图1-1人工管理阶段程序与数据的关系图1-2文件管理阶段程序与数据的关系图1-3应用程序与数据之间的关系返回本节1.1.4数据库技术的发展（1）1969年IBM公司研制、开发了数据库管理系统商品化软件IMS（InformationManagementSystem），IMS的数据模型是层次结构的。（2）美国数据系统语言协会CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage）下属的数据库任务组DBTG（DataBaseTaskGroup）对数据库方法进行系统的讨论、研究，提出了若干报告，成为OBTG报告。OBTG报告确定并且建立了数据库系统的许多概念、方法和技术。（3）1970年IBM公司SanJose研究实验室的研究员E.F.Codd发表了著名的“大型共享系统的关系数据库的关系模型”论文，为关系数据库技术奠定了理论基础。自20世纪70年代开始，数据库技术有了很大的发展，表现为：（1）数据库方法，特别是OBTG方法和思想应用于各种计算机系统，出现了许多商品化数据库系统，它们大都是基于网状模型和层次模型的。（2）这些商用系统的运行，使数据库技术日益广泛地应用到企业管理、事务处理、交通运输、信息检索、军事指挥、政府管理和辅助决策等各个方面，深入到生产、生活的各个领域。数据库技术成为实现和优化信息系统的基本技术。（3）关系方法的理论研究和软件系统的研制取得了很大的成果。返回本节1.1.5数据库新技术1．分布式数据库分布式数据库系统（DistributedDataBaseSystem，DDBS）是在集中式数据库基础上发展起来的，是数据库技术与计算机网络技术、分布处理技术相结合的产物。分布式数据库系统的主要特点如下：（1）数据是分布的。（2）数据是逻辑相关的。（3）结点的自治性。2．面向对象数据库面向对象数据库系统（Object-OrientedDataBaseSystem，OODBS）是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中的发展类型、数据抽象、继承和持久性；它的基本设计思想是，一方面把面向对象语言向数据库方向扩展，使应用程序能够存取并处理对象；另一方面扩展数据库系统，使其具有面向对象的特征，提供一种综合的语义数据建模概念集，以便对现实世界中复杂应用的实体和联系建模。3．多媒体数据库多媒体数据库系统（Multi-MediaDataBaseSystem，MDBS）是数据库技术与多媒体技术相结合的产物。（1）数据量大。（2）结构复杂。（3）时序性。（4）数据传输的连续性。从实际应用的角度考虑，多媒体数据库管理系统（MDBMS）应具有如下基本功能：（1）应能够有效地表示多种媒体数据，对不同媒体的数据，如文本、图形、图像、声音等能够按应用的不同，采用不同的表示方法。（2）应能够处理各种媒体数据，正确识别和表现各种媒体数据的特征、各种媒体间的空间或时间的关联。（3）应能够像其他格式化数据一样对多媒体数据进行操作。（4）应具有开放功能，提供多媒体数据库的应用程序接口等。4．数据仓库数据仓库可以提供对企业数据方便访问和具有强大分析能力的工具，从企业数据中获得有价值的信息，发掘企业的竞争优势，提高企业的运营效率和指导企业决策。数据仓库作为决策支持系统（DecisionSupportSystem，DSS）的有效解决方案，涉及三方面的技术内容：数据仓库技术、联机分析处理（On-LineAnalysisProcessing，OLAP）技术和数据挖掘（DataMining，DM）技术。返回本节1.2数据库系统1.2.1数据库系统的组成1.2.2数据库系统体系结构1.2.3数据库管理系统的功能1.2.4数据库管理系统的组成1.2.5数据库系统的特点返回首页1.2.1数据库系统的组成1．计算机硬件2．数据库管理系统3．数据库4．应用程序5．数据库用户返回本节1.2.2数据库系统体系结构1．模式模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构。2．外模式外模式又称子模式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。3．内模式内模式又称存储模式，对应于物理级。它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。4．数据库系统的二级映射数据库系统的三级模式是数据在三个级别（层次）上的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。数据库内模式全局视图概念模式-内模式映射外模式1外模式1物理级存储视图概念模式概念级用户视图外模式-概念模式映射用户级应用程序1应用程序2应用程序3应用程序4OSDBMS图1-5数据库系统的体系结构返回本节1.2.3数据库管理系统的功能1．数据库定义（描述）功能2．数据库操纵功能3．数据库运行管理功能4．数据组织、存储和管理5．数据库的建立和维护6．通信功能返回本节1.2.4数据库管理系统的组成1．数据定义语言及其编译处理程序2．数据操作语言及其编译程序3．数据库运行控制程序4．实用程序返回本节1.2.5数据库系统的特点1．数据共享2．减少数据冗余3．具有较高的数据独立性（1）物理数据独立：（2）逻辑数据独立：4．增强了数据安全性和完整性保护返回本节1.3数据模型1.3.1现实世界的数据描述1.3.2数据模型1.3.3关系的基本概念及其特点返回首页1.3.1现实世界的数据描述1．信息处理的三个层次（1）现实世界。（2）信息世界。（3）数据世界。2．信息世界中的基本概念（1）实体。（2）属性。（3）域。（4）实体型和实体值。（5）实体集。（6）实体联系。3．实体模型实体模型又称概念模型，它是反映实体之间联系的模型。数据库设计的重要任务就是建立实体模型，建立概念数据库的具体描述。在建立实体模型时，实体要逐一命名以示区别，并描述它们之间的各种联系。实体模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，E-R图是目前常用的概念模型的表示方法。返回本节1.3.2数据模型1．层次模型（HierarchicalModel）用树形结构表示实体和实体间联系的数据模型称为层次模型。层次模型的基本特点：（1）有且仅有一个结点无父结点，称其为根结点。（2）其他结点有且只一个父结点。2．网状模型（NetworkModel）用网状结构表示实体和实体之间关系的数据模型称为网状模型。网状模型的基本特点：（1）一个以上结点无父结点。（2）至少有一结点有多于一个的父结点。3．关系模型（RelationalModel）用二维表来表示实体和实体间联系的数据模型称为关系模型。例如，在关系模型中可用如表1-1的形式表示学生对象。关系不但可以表示实体间一对多的联系，也可以方便地表示多对多的联系。学号姓名性别班级名系别代号地址出生日期是否团员备注011110李建国男计012101湖北武汉1984-9-28是011103李宁女电013402江西九江1985-5-6否011202赵娜女英011203广西南宁1984-2-21否011111赵琳女计012101江苏南京1985-11-18是021405罗宇波男英011203江苏南通1985-12-12否表1-1学生基本情况表返回本节1.3.3关系的基本概念及其特点1．关系的基本概念（1）关系：一个关系就是一张二维表，通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名。（2）元组：二维表的每一行在关系中称为元组。（3）属性：二维表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，属性值则是各个元组在该属性上的取值。（4）域：属性的取值范围称为域。2．关系模型的主要优点关系模型具有如下优点：（1）数据结构单一。关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。（2）关系规范化，并建立在严格的理论基础上。关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本规范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上，具有坚实的理论基础。（3）概念简单，操作方便。返回本节