《数据库概论》PPT课件

1第1章数据库系统基本概念2本章的重要概念（一）（1）DB、DBMS和DBS的定义（2）数据管理技术的发展阶段人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段和高级数据库技术阶段等各阶段的特点。3本章的重要概念（二）（3）DB的体系结构三级结构，两级映像，两级数据独立性，体系结构各个层次中记录的联系。（4）DBMSDBMS的工作模式、主要功能和模块组成。（5）DBSDBS的组成，DBA，DBS的全局结构，DBS结构的分类。4前言从20世纪50年代中期开始，计算机的应用由科学研究部门逐渐扩展到企业、行政部门。至60年代，数据处理已成为计算机的主要应用。在60年代末，数据库技术作为数据处理中的一门新技术发展起来的。经过30多年的发展，数据库技术已是计算机软件领域的一个重要分支，形成了较为完整的理论体系和实用技术。本章先回顾数据管理技术的发展过程，然后介绍数据库中的基本概念，以使读者对数据库的概貌有所了解。51.1数据库的作用与概念1963年，美国Honeywell公司的IDS（IntegratedDataStore）系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕。20世纪70年代是数据库蓬勃发展的年代，网状系统和层次系统占据了整个数据库商用市场，而关系系统仅处于实验阶段。20世纪80年代，关系系统由于使用简便以及硬件性能的改善，逐步代替网状系统和层次系统占领了市场。20世纪90年代，关系数据库已成为数据库技术的主流。进入21世纪以后，无论是市场的需求还是技术条件的成熟，对象数据库技术、网络数据库技术的推广和普及已成定局。61.1.1数据和信息信息：是客观世界的反映，是有用的事实和知识。数据，是数据库系统研究和处理的对象。数据与信息是分不开的，它们既有联系又有区别。所谓数据，通常指用符号记录下来的、可以识别的信息。信息与数据之间存在着固有的联系：数据是信息的符号表示或称为载体；信息则是数据的内涵，是对数据语义的解释。71.1.2数据处理与数据管理数据处理：是指从某些已知的数据出发，推导加工出一些新的数据，这些新的数据又表示了新的信息。数据管理：是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。数据处理是与数据管理相联系的，数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。数据管理技术的发展经历了人工管理、文件系统、数据库阶段和高级数据库阶段。81.1.3数据库技术的基本术语（一）数据库（Database，简记为DB）DB是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。DB能为各种用户共享，具有较小冗余度、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特点。两层含义：1）是一个实体。2）是数据管理的新方法和技术。9数据库中数据的特点：1）具有数据的整体性；2）具有数据共享性。10数据库技术的基本术语（二）数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简记为DBMS）DBMS是位于用户与操作系统（OS）之间的一层数据管理软件，是系统软件。它为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型和面向对象型等。DBMSOSDB用户11数据库技术的基本术语（三）信息管理系统（ManagementInformationSyetem,简称MIS）具有数据的保存、维护和检索等功能的系统。特点：1）以数据库技术为基础；2）采用功能选单方式控制程序；3）功能模块大致相同。参见p6图1-2。12数据库技术的基本术语（四）数据库系统（DatabaseSystem，简记为DBS）DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即它是采用数据库技术的计算机系统。包括五部分：硬件、数据库、DBMS、应用软件、DBA。数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。131.2数据库技术和发展磁盘容量的发展数据管理技术的发展经历了人工管理、文件系统、数据库阶段和高级数据库阶段。时间（年）19561965197119781981198519952003容量（MB／轴）5301006001200500010000180000141.2.1人工管理阶段在人工管理阶段（20世纪50年代中期以前），计算机主要用于科学计算，其他工作还没有展开。外部存储器只有磁带、卡片和纸带等，还没有磁盘等直接存取存储设备。软件只有汇编语言，尚无数据管理方面的软件。数据处理的方式基本上是批处理。人工管理阶段的数据管理有下列特点：①数据不保存在计算机内。②没有专用的软件对数据进行管理。③只有程序（program）的概念，没有文件（file）的概念。数据的组织方式必须由程序员自行设计与安排。④数据面向程序。即一组数据对应一个程序。151.2.2文件系统阶段（一）在这一阶段（20世纪50年代后期至60年代中期），计算机不仅用于科学计算，还用于信息管理。随着数据量的增加，数据的存储、检索和维护问题成为紧迫的需要，数据结构和数据管理技术迅速发展起来。此时，外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取存储设备。软件领域出现了高级语言和操作系统。操作系统中的文件系统是专门管理外存的数据管理软件。数据处理的方式有批处理，也有联机实时处理。161.2.2文件系统阶段（二）文件系统阶段的数据管理有以下特点：①数据以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。②数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单。③文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件等。④数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用，即数据面向应用。⑤对数据的操作以记录为单位。随着数据管理规模的扩大，数据量急剧增加，文件系统显露出三个缺陷：①数据冗余（redundancy）②数据不一致（inconsistency）③数据联系弱（poordatarelationship）17应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…181.2.3数据库阶段（一）数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末的三件大事：①1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统。②1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告，总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型。③1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。191.2.3数据库阶段（二）数据库阶段的数据管理具有以下特点：①采用数据模型表示复杂的数据结构。②有较高的数据独立性。③数据库系统为用户提供了方便的用户接口。④数据库系统提供以下四方面的数据控制功能：数据库的并发控制，数据库的恢复，数据的完整性和数据安全性。⑤增加了系统的灵活性。最小存取单位是数据项。20应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库…211.2.3数据库阶段（三）文件系统阶段信息处理的传统方式输入程序输出221.2.3数据库阶段（四）数据库阶段信息处理方式的演变要求报表查询处理程序报表生成程序数据库应用程序应用程序输入输出输入输出联机终端231.2.4高级数据库技术阶段对象数据库系统主要有以下两个特点①对象数据模型能完整地描述现实世界地数据结构，能表达数据间嵌套、递归的联系。②具有面向对象技术的封装性（把数据与操作定义在一起）和继承性（继承数据结构和操作）的特点，提高了软件的可重用性。241.B2C电子商务系统2.BtoB商务网站建设3.新闻发布系统4.网上调查系统5.论坛系统6.产品查询发布系统7.在线咨询系统网络数据库系统（WebDatabaseSystem）网站构建时平台的选择：1)Solaris+NetScapeenterprise+perl+数据库2)NT+IIS+ASP+Access(SqlServer2000)3)Linux+Apache+PHP+MysqlLinux+Apache+JSP+Oracle25人工管理文件系统数据库系统应用科学计算科学计算、管理大规模管理硬件无直接存取设备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件没有OS有文件系统数据库管理系统处理方式批处理联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理、分布处理数据管理者人文件系统数据库管理系统面向的对象某一应用程序某一应用程序现实世界共享程度无共享、冗余极大共享差、冗余大共享高、冗余小数据独立性不独立，完全依赖应用程序独立性差具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据结构化无结构记录内有结构、整体无结构数据结构化，用数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制由DBMS提供261.3数据库的三级体系结构（一）外部级（单个用户的视图）概念级（全局视图）内部级（存储视图）用户的局部逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的物理结构……271.3.1数据库的三级体系结构（三）主语言+DML用户A1用户A2用户B1用户B2用户B3主语言+DML主语言+DML主语言+DML主语言+DML外模式A外模式B概念模式内模式数据库管理系统外模式／模式映象A模式／内模式映象外模式／模式映象BOS数据库由数据库管理员建立和维护281．模式（Schema）模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求1.3.2体系结构中的五个要素292.外模式（ExternalSchema）外模式（也称子模式或用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示30外模式（续）外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。31外模式（续）外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据323．内模式（InternalSchema）内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式334．外模式／模式映象定义外模式与模式之间的对应关系每一个外模式都对应一个外模式／模式映象映象定义通常包含在各自外模式的描述中34外模式／模式映象的用途保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。355．模式／内模式映象模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式／内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中36模式／内模式映象的用途保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。371.3.3两级数据独立性数据独立性（datainde