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第1章数据库系统概述 本章主要内容 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 1 数据库技术的产生与发展人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段等阶段 2 数据库系统基本概念DB DBMS和DBS的定义 3 数据库系统的特点 1 1数据库技术的产生与发展 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 1 1 1数据与数据管理技术 1 数据 1 数据的含义 是载荷信息的媒体对现实世界中客观事物的符号表示可以是数值数据 也可以是非数值数据 如声音 图像等计算机中数据能输入计算机 并能为其处理的符号序列 2 数据与信息区别与联系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 2 数据管理技术 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 3 数据管理技术的发展 数据管理技术的发展 与计算机硬件 系统软件及计算机应用的范围有着密切的联系 数据管理技术的发展经历了人工管理 文件系统 数据库阶段等阶段 1 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 数据管理处于人工管理阶段 数据处理的方式基本上是批处理 背景计算机主要用于科学计算数据量小 结构简单 如高阶方程 曲线拟和等 外存为顺序存取设备磁带 卡片 纸带 没有磁盘等直接存取设备 没有操作系统 没有数据管理软件用户用机器指令编码 通过纸带机输入程序和数据 程序运行完毕后 由用户取走纸带和运算结果 再让下一用户上机操作 1 人工管理阶段 续 特点 没有专用的软件对数据进行管理 由应用程序管理数据 数据面向应用程序 即一组数据对应一个应用程序 数据不能共享 应用程序完全依赖于数据 数据与程序没有独立性 数据不保存在计算机内 2 文件系统阶段 20世纪50年代后期至60年代中期 数据管理进入文件系统阶段 这里将数据组织成若干个相互独立的文件 用户通过操作系统对文件进行打开 读写 关闭等操作 背景计算机不但用于科学计算 还用于信息管理外存有了磁盘 磁鼓等直接存取设备有了专门管理数据的软件 即文件系统文件存储空间的管理目录管理文件读写管理文件保护向用户提供操作接口 2 文件系统阶段 续 特点 数据以 文件 形式可长期保存在外部存储器的磁盘上 数据的逻辑结构与物理结构有了区别 但比较简单 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 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 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 数据冗余 redundancy 数据不一致 inconsistency 数据联系弱 poordatarelationship 3 数据库阶段 背景计算机管理的数据量大 关系复杂 共享性要求强外存有了大容量磁盘 光盘软件价格上升 硬件价格下降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 1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统 1969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 1970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 3 数据库阶段 续 特点 采用数据模型表示复杂的数据结构 有较高的数据独立性 数据库系统为用户提供了方便的用户接口 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 增加了系统的灵活性 1 2 2数据库系统三个发展阶段 1 第一代数据库系统20世纪70年代 以层次型数据库和网状型数据库第一代数据库系统得到广泛应用 它们基本实现了数据管理中的 集中控制与数据共享 这一目标2 第二代数据库系统20世纪80年代出现了以关系型数据库为代表的第二代数据库系统 如Oracle Sybase Informix Ingres等关系数据库系统已广泛用于大型信息管理系统 1 2 2数据库系统三个发展阶段 3 第三代数据库系统20世纪80年代末 90年代初 新一代数据库技术的研究和开发已成为数据库领域学术界和工业界的研究热点 如 多媒体数据库 时态数据库 空间数据库 面向对象数据库 分布式数据库 并行数据库系统 数据仓库 移动数据库 XML数据管理技术等 几个典型的高级数据库技术 分布式数据库系统数据库的数据物理上分布在各个场地 但逻辑上是一个整体 每个场地既可以执行局部应用 访问本地DB 也可以执行全局应用 访问异地DB 各地的计算机由数据通信网络相联系 本地计算机单独不能胜任的处理任务 可以通过通信网络取得其它DB和计算机的支持 面向对象数据库系统对象数据模型能完整地描述现实世界的数据结构 能表达数据间嵌套 递归的联系 具有面向对象技术的封装性和继承性的特点 提高了软件的可重用性 并行数据库系统数据仓库XML数据管理技术 1 2数据库系统基本概念 1 数据库 Database 简记为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 2 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 它是采用数据库技术的计算机系统 其结构如下图 图1 1数据库系统结构 3 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 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 DBMS的基本功能 现代DBMS一般必须具备以下基本功能 提供高级的用户接口查询处理和优化数据目录管理并发控制恢复功能完整性约束功能访问控制 1 3数据库系统的特点 1 实现数据的集中化控制2 数据的冗余度小 易扩充3 采用一定的数据模型实现数据结构化4 避免了数据的不一致性5 实现数据共享6 提供数据库保护7 数据独立性数据逻辑独立性 数据物理独立性8 数据由DBMS统一管理和控制数据的安全性保护 完整性保护 并发控制 数据库恢复 数据库