第1章 数据库系统基本概念.ppt

数据库原理及应用 总课时64上机24授课40考查课平时成绩10考试成绩90 数据库技术产生于六十年代末 是数据管理的最新技术 是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础 它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透数据库的建设规模 数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志 概述 第1章数据库系统基本概念 1 1数据库的特点及相关概念基本概念 信息 数据 数据管理 数据库 数据库管理系统 1 1 1信息与数据 1 信息 信息特征及作用 概念 信息是关于客观事实可通迅的知识四个基本特征 1 信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识 2 信息是有用的 它是人们活动的必需知识 3 信息能够在空间和时间上被传递 在空间上传递信息称为信息通信 在时间上传递信息称为信息存储 4 信息需要一定的形式表示 信息与其表现符号不可分离 概念 数据是对客观事物记录下来的 可鉴别的符号 数字 字符 图形 图象等 四个基本特征 1 数据有 型 和 值 之分 数据的型是指数据的结构 数据结构指数据的内部结构和对外联系 内部结构学生数据 学号 姓名 年龄 性别 所在院系 课程数据 课程号 课程名 学分 对外联系选课 学生 课程 信息的作用 1 提高人们对事物的认识 减少人们活动的盲目性2 信息是管理活动的核心 2 数据 学生课程数据 数据的值指数据的具体取值学生数据 学号 姓名 年龄 性别 所在院系 08963 张建 19 男 计算机 2 数据受数据类型和取值范围的约束 数据类型是对不同应用场合设计的数据约束 例如数值型 字符型等 数据的取值范围 数据的值域 3 数据有定性表示和定量表示之分 学生成绩定性 优 良 中 及格 定量 98 82 77 4 数据应具有载体和多种表现形式 数据必须有一定的载体数据记录在纸张上 纸张是载体数据记录在计算机外存上 外存储器是载体 3 数据与信息的关系 信息有多种表现形式 手势 眼神 语言等 数据是信息的一种最佳表现形式 由于数据能够书写 因而能够被记录 存储和处理 从中挖掘出更深层次的信息 但是数据不等于信息 数据经过处理后仍然是数据 只有经过解释数据才有意义 才成为信息 可以说信息是经过加工以后 并对客观世界产生影响的数据 行驶中的汽车仪表盘上显示的数据不一定成为信息 只有当对仪表盘上的数据理解 做出解释 采取响应的操作时 显示的数据成为信息 1 1 2数据管理与数据库 围绕着数据所做的工作均称为数据处理 数据处理是指对数据的收集 组织 整理 加工 存储和传播等工作 数据处理分为3类 1 数据管理 收集信息 将信息用数据表示并按类别组织保存 在需要的时候能够提供数据 2 数据加工 对数据进行变换 抽取和运算 通过数据加工会得到更有用的数据 以指导或控制人的行为或事物的变化趋势 3 数据传播 在空间或时间上以各种形式传播信息 而不改变数据的结构 性质和内容 使更多的人得到信息 1 数据处理 DataProcessing 及分类 数据管理是数据处理的最基本工作工作内容包括 组织和保存数据 即将收集到的数据合理地分类组织 将其存储在物理载体上 使数据能够长期地被保存 数据维护 即根据需要插入新数据 修改原数据和删除失效数据的操作 提供数据查询和数据统计功能 快速地得到需要的正确数据 满足各种使用要求 2 数据管理 DataManagement 及内容 3 数据库 Database 简称DB 及数据库中数据的性质 概念数据库是长期存储在计算机内 有组织的 可共享的大量数据集合 性质1 数据库中的数据具有数据整体性数据结构的建立从全局观点出发 保持数据 事务 自身的完整 强调从全组织的观点设计数据结构2 数据库中的数据具有数据共享性 不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源 概念数据库管理系统 DatabaseManagementSystem 简称DBMS 是位于用户与操作系统之间专门用于管理数据库的计算机系统软件 用途科学地组织和存储数据 高效地获取和维护数据 1 1 3数据库管理系统与数据库系统 1 数据库管理系统 2数据库管理系统的功能结构 1 数据定义功能 2 数据操纵功能 3 数据库的建立和维护功能 4 数据库的运行管理功能 提供数据定义语言 DDL 定义数据库中的数据对象 提供数据操纵语言 DML 操纵数据实现对数据库的基本操作 查询 插入 删除和修改 保证数据的安全性 完整性 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复 数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视等 4 数据库系统 DatabaseSystem 概念数据库系统 DatabaseSystem 简称DBS 是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 使用数据库技术设计的计算机系统称为数据库系统 组成一个数据库系统应由计算机系统 数据库 数据库管理系统 应用软件和数据库管理员等5部分构成 1 2数据库技术及发展 1 2 1手工管理数据阶段的特点 时期40年代中 50年代中产生的背景应用需求科学计算硬件水平无直接存取存储设备软件水平没有操作系统处理方式批处理特点1 手工管理阶段不保存大量的数据 2 手工管理阶段没有软件系统对数据进行管理 3 手工管理阶段基本上没有 文件 概念 4 手工管理阶段一组数据对应一个程序 1 2 2文件系统阶段的数据管理特点和缺陷 时期50年代末 60年代中产生的背景应用需求科学计算 管理硬件水平磁盘软件水平有文件系统处理方式联机实时处理 批处理特点1 管理的数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中 2 文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存取 查询及维护功能 3 文件系统中的数据文件已经具有多样化 4 文件系统的数据存取是以记录为单位的 1 2 2文件系统阶段的数据管理特点和缺陷 续 主要缺点1 文件系统的数据共享性差 冗余度大 2 文件系统中缺乏数据与程序独立性 文件系统中的数据文件是为某一特定应用服务的 数据文件的可重复利用率非常低 当数据的逻辑结构改变时 必须修改它的应用程序 同时也要修改文件结构的定义 3 应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变 1 2 3数据库系统阶段的数据管理特点 时期60年代末至今产生的背景应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘软件背景有数据库管理系统处理方式联机实时处理 分布处理 批处理特点数据库设计时面向数据模型对象数据库系统的数据冗余度小 数据共享度高数据和程序之间具有较高的独立性数据库系统通过DBMS进行数据安全性 完整性 并发控制和数据恢复控制数据库中数据的最小存取单位是数据项 文件系统与数据库系统数据管理比较 文件方法 人事管理职工 职工编号 姓名 性别 出生日期 职务 职称 工资管理职工 职工编号 姓名 基本工资 附加工资 数据库方法 职工 职工编号 姓名 性别 出生日期 职务 职称 基本工资 附加工资 职工文件设计 1 3数据库系统的结构 1 3 1数据库系统的组成 由于数据库系统的数据量都很大 而且DBMS丰富的功能使得自身的规模也很大 因此整个数据库系统对硬件资源提出了较高的要求 1 内存要足够大 存放操作系统 DBMS的核心模块 数据缓冲区和应用程序 2 有足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库以及数据备份 3 要求系统有较高的通道能力 以提高数据传送率 1 数据库系统对硬件的要求 2 数据库系统的软件组成 软件主要包括 1 数据库管理系统 DBMS 为数据库的建立 使用和维护配置的软件 2 支持DBMS运行的操作系统 3 具有与数据库借口的高级语言及其编译程序 便于应用程序的开发 4 以DBMS为核心的开发工具 5 为特定应用环境开发的数据库应用系统 3 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责 人员数据库管理员 DataBaseAdministrator 简称DBA 系统分析员和数据库设计人员应用程序员用户 3 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责 DBA职责为1 应参与数据库和应用系统的设计 2 应参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作 3 负责定义数据的安全性要求和完整性条件 4 负责监视和控制数据库系统的运行 负责系统的维护和数据恢复工作 5 负责数据库的改进和重组 DB数据库是长期存储在计算机内 有组织的 可共享的大量数据集合 数据库系统的组成 DBMS 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间专门用于管理数据库的计算机系统软件 科学地组织和存储数据 高效地获取和维护数据 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 使用数据库技术设计的计算机系统称为数据库系统 一个数据库系统应由计算机硬件 数据库 数据库管理系统 应用软件和数据库管理员构成 1 3 3数据库系统的三级数据模式结构 数据库的体系结构是数据库的一个总体框架 大多数数据库系统在总的体系结构上都具有三级结构的特征 既外部模式 逻辑模式和内部模式 数据库的三级模式结构 逻辑模式 映像 映像 物理数据库 概念数据库 用户数据库 2 数据库系统的二级映象技术及作用 数据库系统的三级模式是对数据进行三个级别的抽象 使用户能逻辑地抽象地处理数据 而不必关心数据在机器中的具体表示方式和存储方式 而三级结构之间差别很大 为了实现这三个抽象级别的联系和转换 DBMS在三级之间提供两个层次的映像 所谓映像使一种对应规则 它指出了双方是如何进行转换的 2 DBS的二级映象技术及作用 1 外模式 逻辑模式的映象 定义并保证了外模式与逻辑模式之间的对应关系 对于一个逻辑模式可以有多个外模式 对于每一个外模式数据库系统都有一个外模式 逻辑模式映像 它定义了该外模式与逻辑模式之间的对应关系 其映像定义通常在各自的外模式中加以描述 定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系 说明数据的记录 数据项在计算机内部是如何组织和表示的 逻辑记录和内部记录之间的对应关系性 当数据存储结构改变时 DBA可以通过修改逻辑模式 内模式之间映像使数据模式不变化 2 逻辑模式 内模式的映像 小结 数据库的特点及相关概念数据管理的发展过程数据库系统的组成DBMS的作用与功能数据库系统的三级数据模式结构 作业 P181 2 4 5 6 7 10 14 15 17 18 19 数据冗余度小 数据冗余度小是指重复的数据少 减少冗余数据可以节约存储空间 避免数据的不一致问题 避免数据统计错误 数据共享度高的优点 1 系统现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据 2 当系统需要扩充时 新用户或新程序还可以共享原有的数据资源 3 多用户或多程序可以在同一时刻共同使用同一数据 数据独立性 物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的 当数据的物理存储改变了 应用程序不用改变 逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的 数据的逻辑结构改变了 用户程序也可以不变 逻辑模式 逻辑模式是对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述 是一个统一的全局的数据视图 以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库 逻辑模式用模式DDL定义 包括 记录型 数据类型 记录之间联系 数据安全定义 完整性等一个数据库系统只有一个逻辑模式 外模式 外模式也称子模式 Subschema 它是对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述 以子模式为框架的数据库为用户数据库外模式用子模式DDL定义 包括 数据结构