数据库系统原理与应用教程(第三版)ppt教学课件ch01.ppt

第1页,第1章 步入数据库系统世界,本章概述 本章的学习目标 主要内容,第2页,本章概述,本章提供了一个有关数据库系统的整体轮廓。 首先，通过介绍一些典型的数据库应用，使读者了解数据库技术的作用。 为了加深读者对数据库技术的理解，本章快速浏览了当前市场上的主流数据库产品主要特点，讨论了数据库和数据库应用开发过程。 然后，回顾了数据库及其系统的发展简史。通过回顾数据库系统的发展历史，读者可以更好地理解数据库系统当前的应用状况、存在的问题和发展趋势。 接下来，对数据库系统架构进行了深入研究，具体内容包括数据存储架构、数据管理架构和应用开发架构。 第四，对数据库管理系统的组件进行了剖析，把数据库系统的核心内容展示给读者。 最后，总结数据库技术面临的挑战和机遇，展望数据库技术的发展趋势。,第3页,本章的学习目标,了解数据库技术的应用现状和作用； 了解当前数据库市场上的主流产品的特点； 了解数据库和数据库应用开发的基本过程； 掌握数据库技术的发展历史和主要阶段的特征； 理解数据库中数据的存储、管理和应用架构； 理解数据库管理系统架构和各个组成部分作用； 了解当前数据库技术面临的挑战； 理解数据库技术的发展趋势。,第4页,主要内容,1.1 概述 1.2 数据库技术的演变 1.3 数据库系统架构 1.4 数据库管理系统组件 1.5 数据库技术的发展趋势 1.6 本章小结,第5页,1.1 概述,数据库系统应用示例 数据库系统的作用 常见的数据库系统 数据库应用开发过程和数据库开发过程,第6页,数据库系统应用示例,航空售票管理信息系统 银行业务管理信息系统 超市的商品管理和销售信息系统 工厂管理信息系统 学校教学管理信息系统 图书管理信息系统,第7页,工厂管理信息系统,工厂管理信息系统是最早依据数据库技术建立的一种集成的信息系统。在这种管理信息系统中，主要包括下面一些数据项。 销售记录：产品名称、服务类型、客户名称、销售人员、销售日期、销售价格等； 产品信息：产品名称、产品规格、产品型号、产品成本等； 雇员信息：姓名、地址、工资、津贴等； 财务信息：合同编码、合同金额、销售价格、应收货款、应付货款等。,第8页,数据库系统的作用,管理大量业务数据 定义数据库 执行数据库操作 控制多用户访问,第9页,管理大量业务数据,前面那些数据库技术的应用示例表明数据库技术应用在管理大量数据的地方。使用数据库的第一个原因即存储大量的数据。大量的数据到底有多大呢？现在数据库市场上最先进的数据库产品能支持10TB量级的数据。10TB级的数据是一个怎样的概念呢？ 下面是一些理解10TB数据概念的例子： 10TB的数据是10,995,116,277,760个字节大小，大约可以存储5,497,558,138,880个汉字信息； 在航空售票管理信息系统中，大约可以存储183亿个航班信息； 在银行业务管理信息系统中，大约可以存储38亿个流水账户信息；,第10页,定义数据库,为了存储大量数据，需要定义数据库和数据库中的各种架构，例如表、视图和索引等对象。对一个具体的数据库系统来说，通常允许用户使用一种被称为数据定义语言(data definition language，DDL)的专门语言来建立数据库，定义数据库的架构。并且还可以对这些数据库和数据库架构进行修改和删除。 例如，在Microsoft SQL Server数据库系统中，可以使用Transact-SQL语言中的下列DDL语句定义数据库和数据库中的各种对象。 CREATE DATABASE：创建数据库； CREATE TABLE：创建表； CREATE VIEW：创建视图；,第11页,执行数据库操作,当数据存储到数据库中之后，用户就可以使用其中的数据。数据库系统提供了可以查询数据库中数据的查询(Query)语言，该语言经常被称为数据操纵语言(data manipulation language，DML)。使用DML语言可以在数据库中执行以下操作：检索指定的数据、插入需要的数据、更新已经变化的或错误的数据、删除无用的或不再需要的数据等。 在Microsoft SQL Server数据库系统中，可以实现数据查询功能的Transact-SQL语言包括如下的DML语句。 SELECT：检索数据； INSERT：插入数据； UPDATE：更新数据； DELETE：删除数据。,第12页,控制多用户访问,对于存储大量数据的数据库应用系统来说，有大量使用数据和执行操作的用户。 控制多用户的访问包括两层含义： 第一层含义是不同的用户只能执行允许执行的操作 第二层含义是不同用户之间的操作互不影响。,第13页,常见的数据库系统,Oracle公司的Oracle 微软公司的Microsoft SQL Server IBM公司的DB2和Informix MySQL AB公司的MySQL Sybase公司的Sybase Adaptive 微软公司的Access、Visual Foxpro,第14页,数据库应用开发过程,数据库是数据库应用的重要组成部分，为数据库应用提供持久性的数据存储。除了数据库之外，数据库应用还包括操作人员、业务处理过程、输入数据、输出数据、开发工具以及硬件设备等。 数据库应用开发的目标是建立一个可以满足用户需求的应用程序或信息系统。数据库应用开发过程往往包含多个不同的阶段，每个阶段都有自身的特点。 有关数据库应用开发过程，不同的专家或开发方法有不同的观点，建议的阶段从320个不等。 一般认为，数据库应用开发过程主要包括调查研究、系统分析、系统设计、系统实施和系统评价等5个阶段,第15页,数据库应用开发过程的主要阶段,第16页,数据库开发过程,数据库开发过程是指设计和实现一个可以满足用户需求和使用的数据库的过程。 一般，数据库开发过程包括4个阶段，即 概念数据建模 逻辑数据库设计 物理数据库设计 数据库实现 各阶段之间的关系示意图如图1-5所示。,第17页,数据库开发过程的主要阶段,第18页,数据库开发过程和数据库应用开发过程之间的关系,第19页,主要内容,1.1 概述 1.2 数据库技术的演变 1.3 数据库系统架构 1.4 数据库管理系统组件 1.5 数据库技术的发展趋势 1.6 本章小结,第20页,1.2 数据库技术的演变,信息技术的快速发展和社会对信息需求的不断增强，是数据库技术发展的主要动力。从实践来看，数据库技术的演变过程是从面向文件的数据管理阶段向面向数据库系统的数据管理阶段发展的过程。 本节从3个方面研究数据库技术的演变过程 首先分析数据库技术的环境状况 然后讨论面向文件的数据管理阶段的特点 最后探讨面向数据库系统的数据管理阶段的技术优势。,第21页,数据库技术环境的特点,数据库技术环境是指数据库技术产生和发展的基础，包括飞速发展的计算机技术和不断增长的管理信息需求。 数据库技术的最重要的作用是处理数据，这需要把大量的数据存储在存储器中，因此，存储器的类型、容量和速度直接影响着数据库技术的发展。 高级语言提供了大量功能强大、操作方面的工具，大大提高了处理各种数据的能力，使得数据库技术的发展有了可靠的保障。 从信息需求来看，计算应用范围的不断扩大和计算需求的不断增长也推动着数据库技术的发展。,第22页,传统的文件管理阶段,在传统的文件管理阶段，每个应用程序都需要自己的数据文件和应用程序。 随着数据量的剧增，数据管理阶段存在的许多问题越来越突出。这些问题主要包括以下几方面： 数据冗余性(Data redundancy)指同一个信息在多个数据文件中同时出现。当多个不同的部门独立采集同一种信息时，就发生了这种冗余性。 数据不一致性(Data inconsistency)是指由于同一种信息数据在多处采集和维护，有可能造成同一种信息有不同的数据表示。 数据联系弱(Data poor relationship)是指不同的数据文件之间相互独立，缺乏联系特性。虽然某些数据之间存在着紧密的联系，但是由于实现的复杂性，很少在系统中提供数据之间的紧密联系。 数据安全性差(Data poor security)是指对数据的管理和控制比较少。数据文件很容易被非法用户使用和操作。 缺乏灵活性(Lack of flexibility),第23页,传统的文件管理阶段处理数据方式示意图,第24页,现代的数据库管理系统阶段,传统的文件管理存在的许多问题终于在20世纪60年代末得到解决。这时进入了数据处理、管理和分析阶段。 标志传统的文件管理数据阶段向现代的数据库管理系统阶段转变的三件大事是： 1968年，IBM公司推出了商品化的基于层次模型的IMS(Information Management System，信息管理系统)系统。IMS系统是一种宿主语言系统。 1969年，美国CODASYL(Conference On DAta System Language，数据系统语言协商会)组织下属的DBTG(DataBase Task Group，数据库任务组)发布了一系列研究数据库方法的DBTG报告，该报告奠定了网状数据模型的基础。 1970年，IBM公司的研究人员E. F. Codd连续发表论文，提出了关系模型，奠定了关系型数据库管理系统的基础。,第25页,数据库管理系统的特点,面向数据库系统的数据管理阶段又被称为数据库管理系统阶段 与传统的文件管理阶段相比，现代的数据库管理系统阶段具有以下特点： 使用复杂的数据模型表示结构。 具有很高的数据独立性。 为用户提供了方便的接口。 提供了完整的数据控制功能。 提高了系统的灵活性。,第26页,数据库管理系统处理数据方式示意图,第27页,主要内容,1.1 概述 1.2 数据库技术的演变 1.3 数据库系统架构 1.4 数据库管理系统组件 1.5 数据库技术的发展趋势 1.6 本章小结,第28页,1.3 数据库系统架构,数据库系统架构指数据库系统中数据的存储、管理和使用等规范形式，包括 数据存储架构 数据视图管理架构 数据库应用架构,第29页,数据存储架构,数据存储架构是指数据库中物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的说明。 在数据库系统中，可以使用两种描述形式表示客观世界的数据，即物理数据描述和逻辑数据描述。 物理数据和逻辑数据之间的转换通过数据库管理系统实现。,第30页,逻辑数据和物理数据术语的对应关系示意图,第31页,数据视图管理架构,数据在存储过程中的不同阶段具有不同的表现形式。这种数据的不同表现形式也可以称为数据视图(data view)。数据视图就是从某个角度看到的数据特性。数据视图管理架构指在数据库系统中如何使用数据视图定义和管理各种逻辑数据和物理数据。 目前，数据视图管理架构使用三模式方法，即需要从三个不同的角度来定义数据： 外模式 内模式 概念模式,第32页,数据视图管理架构示意图,第33页,数据库应用架构,在一个数据库应用系统中，包括数据存储层、业务处理层和界面表示层等三个层次。 数据存储层就是完成对数据的各种维护操作，一般是由数据库系统来完成该层上的工作。 业务处理层是数据库应用将要处理的与用户紧密相关的各种业务操作，这一层次的工作通常使用有关程序设计语言的编程来完成。 界面表示层是数据库应用系统提供给用户的可视化操作界面，是用户提出请求和接收回应的地方。 数据库应用架构是指数据库应用系统中数据存储层、业务处理层、界面表示层以及网络通信之间的布局和分布。 根据目前数据库系统的应用和发展，可以把这些应用归为五类，即 单用户数据库应用架构 集中式数据库应用架构 客户机/服务器(Client/Server，C/S)应用架构 多层数据库应用架构 Internet数据库应用架构,第34页,主要内容,1.1 概述 1.2 数据库技术的演变 1.3 数据库系统架构 1.4 数据库管理系统组件 1.5 数据库技术的发展趋势 1.6 本章小结,第35页,1.4 数据库管理系统组件,为了更好地理解DBMS的工作原理，本节以关系型DBMS为例研究DBMS的组成部分或组件。通过研究DBMS的组件，读者将了解到DBMS是如何处理用户的查询和修改等操作的。DBMS的核心组件结构如图1-11所示。 在该图中，可以看到DBMS由数据和元数据存储、存储管理器、查询处理器、事务管理器、模式修改、查询和修改等组件组成。,第36页,关系型数据库管理系统组件结构示意图,第37页,数据和元数据,在图1-11的底部，是一个磁盘形状的图形，用于数据和元数据的存储。此处存储的内容不但包含数据，还包含元数据。 数据是数据库管理系统管理的对象。元数据是有关数据结构的信息，即元数据是描述数据的数据。在关系型数据库管理系统中，数据是用户添加到表中的数据，元数据是描述有关表名、列名和数据类型等数据库对象的数据。,第38页,输入,输入是数据库管理系统的重要组成部分，是用户使用数据库的主要方式。 从图1-11种可以看到，对数据库管理系统的输入操作主要包括 查询 修改 模式修改,第39页,查询处理器,查询处理器不仅负责处理查询，还负责处理修改和模式修改请求。 查询处理器包括编译器、解释器和预编译器。 编译器负责对查询或修改语句进行优化并转换成可以执行的低层命令。 解释器负责编译或解释模式修改，并将它记录在元数据中。 预编译器完成嵌入在宿主语言中的查询语句。,第40页,存储管理器,存储管理器是根据获得的请求信息，从数据存储中获得信息或修改数据存储中的信息。在一个简单的数据库系统中，存储管理器实际上是操作系统的文件系统。然而，为了提高数据库的使用效率，DBMS通常直接控制存储在磁盘上的数据。 存储管理器由两个组件组成：文件管理器和缓冲区管理器。文件管理器负责跟踪磁盘上文件的位置或根据内存管理器中的请求获得数据块。缓冲区管理器负责内存的管理。它通过文件管理器从磁盘上获取数据块，并在内存中选择用于存储这些数据块的内存位置。缓冲区管理器可以把磁盘上的数据块保存一段时间，但是如果内存不足，可以释放这些数据块，然后利用释放出来的空间保存新的数据块。,第41页,事务管理器,事务管理器负责系统的完整性工作。事务管理器必须确保同时运行的查询语句不互相影响，即使是系统由于各种原因突然失败，不会丢失任何数据。 事务管理器与查询处理器互相影响，因为事务管理器必须了解当前查询所操作的数据以避免操作之间的冲突，并且还可以拖延某些查询或操作的执行使得冲突不会发生。 事务管理器还与存储管理器互相影响，因为为了保护数据，模式修改常常涉及存储数据变化的日志的存储。 事务管理器具有ACID属性，A表示原子性(Atomicity)，C表示一致性(Consistency)，I表示独立性(Isol