81数据库基础知识

数据库基础知识蒋望东副教授湖南财政经济学院信息管理系1概论1.1数据、信息、数据处理1.2计算机数据管理技术的发展1.3数据库、数据库管理系统、数据库系统1.4数据库系统的系统结构1.5数据库技术的发展1.1数据、信息、数据处理（1）数据：描述事物的符号记录。数据与语义(含义)密不可分。举例：数字、文字、图形、图像、声音、语言等。例如:(200505101,张三,男,21,上海,计算机专业)（2）信息：经加工处理后获取的有价值的数据。数据与信息的关系?（3）数据处理：指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动总和。数据管理：指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题。信息=数据+数据处理现实世界信息世界（概念模型）计算机世界（DBMS支持的数据模型）图1-1:数据处理的三个世界收集、分类和抽象加工转换①现实世界:客观存在的世界中的事物及其联系。数据库方法中：客观事物及联系抽象实体（信息世界）转换记录（计算机世界）②信息世界（或概念世界）：现实世界在人脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种抽象描述。描述方法：常用E-R模型来描述（以后介绍）。③计算机世界（又称数据世界）：是在信息世界基础上的进一步抽象。描述方法：数据模型。常用术语：数据项（Field）(字段)：标记实体属性的符号集。（描述属性）数据库中可以命名及存取的最小逻辑数据单位。记录（Record）：数据项的有序数据集合。（描述实体）注:关系数据库系统中称为元组。字段、属性、列记录、元组、行学生基本信息表学号姓名年龄性别系名年级95004王小明19女社会学9595006黄大鹏20男商品学9595008张文斌18女法律学95………………1.2计算机数据管理技术的发展（1）人工管理阶段：20世纪50年代中期以前。特点：a、数据不能长期保存。b、数据不共享与程序不具有独立性。c、系统中无对数据进行管理的软件。…图1-2人工管理阶段应用程序与数据的关系应用程序1数据组1数据组2应用程序2数据组N应用程序N…（2）文件系统阶段:20世纪50年代后期—60年代中后期。特点：a、数据可以长期保存,多次访问。b、由文件系统管理相应的数据（无集中管理）。c、程序和数据有了一定的独立性，存储分开。d、数据共享差，冗余度大。应用程序1数据组1数据组2应用程序2数据组N应用程序N……文件系统图1-3文件系统阶段应用程序与数据的关系（3）数据库系统阶段：20世纪60年代后期开始。例：学生基本信息记录表：学号姓名性别出生年月学院籍贯奖惩情况200505101张三男1987/10/10计信学院广东2005-06学年一等奖学金2005-06学年校三好学生200505102李四男1988/01/10计信学院河南200505103钱红女1987/05/21计信学院上海200505106赵晓林女1989/02/10计信学院上海2005-06学年一等奖学金………………………这个表格的缺点：有些同学的奖惩记录很多，但大部分没有，因此“奖惩情况”这一栏该留多大的位置很难确定。而且很难统计奖励的次数修改后的记录表：将学生基本信息和奖惩情况分开来学号奖惩情况2005051012005-06学年一等奖学金2005051012005-06学年校三好学生2005051062005-06学年一等奖学金学号姓名性别出生年月学院籍贯200505101张三男1987/10/10计信学院广东200505102李四男1988/01/10计信学院河南200505103钱红女1987/05/21计信学院上海200505106赵晓林女1989/02/10计信学院上海………….……………………奖惩情况表修改后的学生基本信息记录表特点：描述数据时不仅描述数据本身，还描述了数据间的联系。特点：a、数据结构化，信息完整，功能通用。b、实现数据共享，减少数据冗余，易扩充。c、采用了特定的数据模型。d、数据独立性高。物理独立性：应用程序的处理与数据物理结构无关。逻辑独立性：数据的逻辑结构的改变，用户程序可以不改变。e、数据由DBMS统一管理和控制。返回应用程序1应用程序2应用程序N…数据库管理系统DBMS数据库图1-4数据库系统阶段应用程序与数据的关系人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景特点数据的结构化无结构数据管理技术三个发展阶段的详细比较应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件背景没有操作系统有文件系统有DBMS处理方式批处理实时处理、批处理数据的管理者用户（程序员）文件系统数据库管理系统数据面向的对象某一应用程序某一应用现实世界数据的共享程度无共享，冗余度很大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小独立性差实时处理、分布处理、批处理具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的独立性不独立，完全依靠于程序记录内有结构、整体无结构整体结构化，用数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制文件系统数据库管理系统1.3数据库、数据库管理系统、数据库系统（1）数据库（DataBase,简称DB）定义：长期存放在计算机存储设备上有组织的、可共享的、相关的数据集合。特征：数据按一定的数据模型组织、描述和储存；可为各种用户共享；冗余度较小；数据独立性较高；易扩展。（数据库系统DBS的核心，是被管理的对象）（2）数据库管理系统（DataBaseManagementSystem,简称DBMS）功能：负责对DB进行管理与维护。图1-5数据库管理系统在计算机系统中的地位数据库系统层次示意图应用程序DBMS操作系统硬件最终用户数据库管理员程序员DBMS应包含的功能：①数据定义功能：数据定义语言（DataDefinitionLanguage,简称DDL）②数据操纵功能：数据操纵语言（DataManipulationLanguage,简称DML）如：插入、查找、修改和删除等操作。③数据库的运行管理：数据控制语言（DataControlLanguage,简称DCL）④数据库的建立和维护功能DBMS须提供的数据控制功能：1数据安全性（Security）保护。2数据完整性（Integrity）检查。完整性：数据的正确性、有效性、一致性。3并发（Concurrency）控制：能实现多个用户同时对数据库库中的数据或同一数据进行合理存取。4数据库恢复（Recovery）。注：目前典型的关系数据库管理系统（RDBMS）有Oracle、Sybase、DB2、Informix、SQLserver、Foxpro、access。（3）数据库系统（DataBaseSystem,简称DBS）即具有管理和控制数据库功能的计算机系统。注：常将数据库系统简称为数据库。a、数据库系统的5个组成部分：◆硬件系统◆数据库DB◆数据库管理系统DBMS◆相关软件（支持软件，如操作系统等；应用开发工具软件等）◆数据库系统用户：▼数据库管理员（DBA）：负责数据库管理的和维护操作。▼数据库设计者：负责数据库中数据的确定、存取方式、数据库最后的定义等。▼最终用户：数据库的主要用户，对数据库提出查询和更新等操作要求。最终用户分三类：偶然用户、简单用户、复杂用户。▼系统分析员和应用程序员。系统分析员：负责分析最终用户需求，对这些需求做出数据库事务的准确的定义。应用程序员：把系统分析员提供的数据事务定义编制成计算机软件，并进行编码、测试、维护。b、数据库系统的主要特征：①实现数据共享②减少数据冗余度③保持数据的一致性④数据的独立性⑤安全保密性⑥并发控制⑦故障恢复应用系统应用开发工具操作系统数据库管理系统用户用户用户数据库图1-6数据库系统本小结结束DBA1.5数据库系统的系统结构（1）模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。（不涉及到具体的值）例：学生选课数据库模式：学生（学号，姓名，性别，专业班级，出生年月）课程（课程号，课程名，学分）选课（学号，课程号，成绩）注意：模式中不包含具体的记录数据模式的实例：模式的具体值称为模式的实例。学生表实例学号姓名性别专业班级出生年月120061962陆维一男计算机011988-12-01220061974郭文琦男计算机01………..320073492王一辰男计算机02………..420073493王欢欢女计算机03………..520073494王晓峰男计算机03………..620073495王晰雯女计算机04………..720073497任之恺男计算机04………..820073498刘振鹏男计算机04………..920073499孙麟添男计算机02………..…….……………….………..………..………..………..模式与实例的关系：1）、模式相对稳定。2）、同一个模式，可以有很多实例，实例是相对变动的。3）、模式反映的是数据结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态值。数据库中的模式：用数据描述语言精确定义数据模型的全部语句。（２）数据库系统的三级模式两级映射结构：1)、外模式（ExternalSchema）(子模式Subschema、用户模式）：用子模式数据描述语言（子模式DDL）来定义外模型的全部语句。2)、概念模式（简称模式，Schema）又称逻辑模式：用模式数据描述语言（模式DDL）来定义概念模型的全部语句。3)、内模式（InternalSchema）也称物理模式、存储模式（StorageSchema）:用设备介质语言（内模式DDL）来定义内模型的模式。（是对数据物理结构和存储方式的描述。）实例（3）三类模式之间的关系与区别：（重点）1)、子模式是概念模式的子集。2)、一个数据库只有一个概念模式，只有一个内模式，可以有多个外模式。3)、外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。4)、一个外模式可以对应多个应用，但一个应用只能对应一个外模式。（4）数据库管理系统三级模式之间的两级映射：1)、子模式模式映射：保证了逻辑数据独立性：用户数据独立于全局逻辑数据的特性（模式变，子模式可以不变）。2)、模式物理模式映射：保证了物理数据独立性：全局逻辑数据独立于物理数据的特性。应用程序1应用程序2应用程序2外模式1外模式2模式内模式物理数据库外模式/模式映射模式/内模式映射外模式（用户级数据库）模式（概念级数据库）内模式（物理级数据库）操作系统DBMS图1-15数据库系统的三级模式结构图逻辑独立性物理独立性外模式(子模式)面向用户序号姓名性别年龄职称工资序号项目单位年龄职称姓名经费工龄姓名工资单位序号房租水电序号姓名性别年龄职称工资项目单位经费工龄房租水电序号姓名性别年龄职称单位项目经费序号工资工龄房租水电序号人事登记表科研登记表工资卡片基本文件职工信息表项目表工资表第一层第二层第三层（概念）模式(面向系统整体)内模式(物理模式)(面向计算机存储)主数据文件扩展名为.mdf物理组织最佳的形式全校数据库教务处：教务管理系统学生处：学生信息管理系统现代化教学中心：一卡通管理系统。。。数据库的物理存储模式外模式模式内模式逻辑独立性物理独立性例：全校数据库教务处：教务管理系统学生处：学生信息管理系统现代化教学中心：一卡通管理系统。。。数据库的物理存储模式学生（学号，姓名，性别，专业班级，出生年月，籍贯，家庭地址，联系方式）课程（课程号，课程名，学分，开课单位）奖惩信息（学号，奖惩记录）选课（学号，课程号，成绩）一卡通（。。。。。。）学生（学号，姓名，性别，专业班级）课程（课程号，课程名，学分，开课单位）选课（学号，课程号，成绩）学生（学号，姓名）一卡通（。。。。。）学生（学号，姓名，性别，专业班级，出生年月，籍贯，家庭地址，联系方式）奖惩信息（学号，奖惩记录）数据库文件的存储形式，如文件名，是否索引等。思考：1、学生表中增加一个字段，对3个系统有影响吗？2、将字段名“专业班级”改名为“班级”，对3个系统有影响吗？1.5数据库技术的发展第一代数据库的代表是1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管理系统IMS和70年代美国数据库系统语言协商CODAS