数据库原理-特点及发展历史 PPT课件

1 数据库系统原理及应用 授课教师 张海辉Telmail zhanghh 2 考核方式 平时40 签到课堂交互作业期末60 3 1 1数据库的特点及概念1 1 1信息与数据1 1 2数据管理与数据库1 1 3数据库管理系统与数据库应用系统1 2数据库系统及发展1 2 1手工管理数据阶段1 2 2文件系统数据管理的特点和缺陷1 2 3数据库系统发展历程和研究方向1 2 4数据库系统管理数据的特点1 3数据库系统的结构1 3 1数据库系统的体系结构1 3 2数据库管理系统的功能结构1 3 3数据库系统的三级数据模式结构 第1章数据库基础知识 4 绪言 原始的数据库 上 古结绳而治 后世圣人易以书契 百官以治 万民以察 易 系辞下 事大 大结其绳 事小 小结其绳 之多少 随物众寡 易九家言 5 仓颉造字 昔者仓颉作书 而天雨粟 鬼夜哭 淮南子 本经 仓颉之初作书 盖依类象形 故谓之文 其后形声相益 即谓之字 说文解字序 6 大数据时代的到来每天谷歌处理的数据量是24PB Petabyte 千万亿字节 相当于2516 58万GB 每天移动互联网收发的数据量是1 3EB 即Exabyte 相当于1 40亿GB 每天推特上发表的微博有5000万条 过去三年数据量多过以往4万年 每秒钟有290万封邮件在发送 7 为什么使用数据库 数据库在现实中的应用企业信息销售 用于存储客户 产品和购买信息 会计 用于存储付款 收据 账户余额 资产和其他会计信息 人力资源 用于存储雇员 工资 所得税和津贴的信息 以及产生工资单 生产制造 用于管理供应链 跟踪工厂中产生的生产情况 仓库和商店中产生的详细清单以及产品的订单联机零售 用于存储销售数据 以及实时的订单跟踪 推荐品清单的生成 还有实时的产品评估的维护 8 数据库在现实中的应用银行和金融银行业 用于存储客户信息 账户 贷款 以及银行的交易记录 信用卡交易 用于记录信用卡消费的情况和产生每月清单 金融业 用于存储股票 债券的信息 大学 用于存储学生信息 课程注册和成绩 航空业 用于存储订票和航班的信息 电信业 用于存储通话记录 产生每月账单 维护预付电话卡的余额和存储通讯网络的信息 铁路业 用于存储订票 售票和火车的信息 为什么使用数据库 9 数据分类简介 结构化数据结构化数据即行数据 存储在数据库里 可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据 如关系型数据库中的数据 10 数据分类简介 半结构化数据介于完全结构化数据和完全无结构的数据 如声音 图像文件等 之间的数据 HTML XML文档就属于半结构化数据 它一般是自描述的 数据的结构和内容混在一起 没有明显的区分 11 数据分类简介 非结构化数据不方便用数据库二维逻辑表来表现的数据即称为非结构化数据 包括所有格式的办公文档 文本 图片 XML HTML 各类报表 图像和音频 视频信息等 12 数字化木材标本馆 数据库系统实例 13 基于WebGIS的水域保护监视预警系统 14 基于SQLServer的无公害蔬菜病虫害查询系统 15 基于SQLserver的中药指纹图谱数据库 16 17 1 1数据库的特点及相关概念1 1 1信息与数据 1 信息 信息特征及作用信息是新的 有用的事实和知识 信息具有四个基本特征 内容是关于客观事物或思想方面的知识 有用的 人们活动的必需知识 能够在空间和时间上传递 需要一定的形式表示 与其表现符号不可分离 信息的作用 提高人们对事物的认识 减少活动的盲目性 社会机体进行活动的纽带 社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作 使整个社会协调发展 管理活动的核心 目的性 18 数据是用于承载信息的物理符号 是信息的最佳表现形式 正确的数据可表达信息 错误的 虚假的数据不是信息 数据的4个特征 1 数据有 型 和 值 之分 如intI 10 2 数据受数据类型和取值范围的约束 如 性别3 数据有定性表示和定量表示之分 如优良中差4 数据应具有载体和多种表现形式 如纸张 硬盘等 2 数据 数据和信息的关系及数据的特征 信息 数据 举例 暗送秋波 19 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 其他数据处理的核心和基础 2 数据加工 对数据变换 抽取和运算 得到更有用的数据 指导或控制人的行为或事物的变化 如 CPI数据 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 数据处理及分类 1 1 2数据管理与数据库 20 1 组织和保存数据将收集到的数据合理地分类组织 将其存储在物理载体上 使数据能够长期地保存 2 进行数据维护根据需要插入新数据 修改原数据和删除失效数据的操作 3 提供数据查询和数据统计功能以便快速地得到需要的正确数据 满足各种使用要求 数据管理是其他数据处理的核心和基础 2 数据管理及内容 21 数据库方法与文件方法相比 具有以下两个特征 1 数据库中的数据具有数据整体性 2 数据库中的数据具有数据共享性 不同的用户可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 数据库 DB 是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统 含义1 数据库是一个实体 仓库 含义2 数据库是数据管理的新方法和新技术 3 数据库及数据库中数据的性质 22 专门用于管理数据库的计算机系统软件 为数据库提供数据的定义 建立 维护 查询和统计等操作功能 并完成对数据完整性 安全性进行控制的功能 2 数据库应用系统 凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统 数据库应用系统应携带有足够的数据量 数据库应用系统可以被划分为 数据传递系统 如电话 数据处理系统 管理信息系统 如文献检索系统 1 数据库管理系统 DBMS 1 1 3数据库管理系统与数据库应用系统 23 4 数据库系统特点 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等5部分构成 1 信息管理系统是以数据库技术为基础的 2 信息管理系统一般采用功能选单方式控制程序 3 信息管理系统的功能模块大致相同 3 管理信息系统及特点 24 1 2数据库技术及发展 数据库起源于20世纪50年代 当时是美国为了战争的需要 把各种情报集中到一起 存储在计算机里 称为InformationBase或Database 1963年IDS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时代 网状系统和层次系统占据了整个数据库的商用市场 20世纪80年代 关系数据库逐渐取代网状系统和层次系统占据了市场 20世纪90年代 关系数据库成为数据库技术的主流 人工管理阶段 50年代中期以前 文件系统阶段 50年代后期 60年代中期 数据库系统阶段 60年代后期开始 25 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 1手工管理数据阶段 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 曲线拟合等 数据不保存在计算机内部 而是存储在磁带 卡片 纸带 没有磁盘等直接存取设备 没有专用数据管理软件 数据和程序之间不独立 对程序的要求高 程序设计和维护困难 如Fortran语言 数据是面向程序的 每一组数据对应一个程序 两个程序之间不能共享数据 26 1 文件管理阶段的数据管理特点 数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中 有专门的数据管理软件提供数据存取 查询及维护功能 文件系统中的数据文件已经具有多样化 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 计算机不但用于科学计算 还用于管理 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 一般称为文件系统 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 27 1 文件系统的数据冗余度 Redundancy 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 2 文件系统在数据管理上的主要缺点 28 1 数据库设计时面向数据模型对象2 数据库系统的数据冗余度小 数据共享度高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 1 2 4数据库系统管理数据特点 29 1 数据的物理独立性 PhysicalDataIndependence 应用程序对数据存储结构 也称物理结构 的依赖程度 数据物理独立性高是指当数据的物理结构发生变化时 应用程序不需要修改也可以正常工作 2 数据的逻辑独立性 LogicalDataIndependence 应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度 数据逻辑独立性高是指当数据库系统的数据全局逻辑结构改变时 它们对应的应用程序不需要改变仍可以正常运行 3 数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性 30 5 数据库中数据的最小存取单位是数据项 数据的安全性控制指保护数据库 以防止不合法的使用造成的数据泄漏 破坏和更改 数据的完整性控制指为保证数据的正确性 有效性和相容性 防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制 数据的并发控制指排除由于数据共享 即用户并行使用数据库中的数据时 所造成的数据不完整和系统运行错误问题 数据恢复通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份 保证数据在受到破坏时 能够及时使数据库恢复到正确状态 4 数据库系统通过DBMS进行数据控制 张三 男 1990年生 电信10级 汉族 31 1 数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求 1 计算机内存要尽量大 2 计算机外存也要尽量大 3 计算机的数据传输速度要快 2 数据库系统的软件组成 操作系统 OS 数据库管理系统 DBMS 主语言系统 应用程序软件和数据库 1 3数据库系统的结构 32 数据库系统的人员由开发人员 软件使用人员及软件管理人员组成 职责为 1 参与数据库和应用系统的设计 2 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 3 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责 33 2 数据库系统的软件组成 操作系统 所有计算机软件的基础 数据库管理系统 有关数据库管理的系统软件 数据库应用开发软件 为数据库开发提供环境支持 数据库应用系统 实现用户对数据库的相关操作 34 1 数据定义功能 能够提供数据定义语言 简称DDL 和相应的建库机制 用户利用DDL可以方便地建立数据库 2 数据操纵功能 实现数据的插入 修改 删除 查询 统计等数据存取操作的功能 数据库管理系统通过提供数据操纵语言 DML 实现其数据操纵功能 1 宿主型DML 只能嵌入到其他高级语言中使用 不能单独使用 2 自主型DML 即可嵌入其他主语言使用 也可独立使用 3 数据库的建立和维护功能 指数据的载入 转储 重组织功能及数据库的恢复功能 指数据库结构的修改 变更及扩充功能 4 数据库的运行管理功能 包括并发控制 数据的存取控制 数据完整性条件的检查和执行 数据库内部的维护等 1 3 2数据库管理系统的功能结构 35 数据库系统的三级模式结构 数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式 数据库的模式由外模式 模式和内模式三级模式组成 1 3 3数据库系统的三级数据模式结构 36 1 逻辑模式 Schema 及概念数据库对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述 一个数据库系统只能有一个逻辑模式 2 外模式 ExternalSchema 及用户数据库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