数据库原理及应用数据库系统概论PPT课件

精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统与应用,电子科技大学通信学院蒋体钢jtg,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,教材及参考书,教材：数据库系统及应用，魏祖宽，电子工业出版社，2008参考书：DatabaseSystemConcepts,Thefourthedition,Abrahamsiberschatz,Henryf.Korthetc,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,内容安排,基础篇,第一章：数据库系统概论第二章：关系数据模型第八章：数据库设计理论,系统篇,应用篇,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,基础篇,第四章：数据库完整性第五章：数据库安全第六章：数据库恢复技术第七章：并发控制,系统篇,应用篇,内容安排,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,基础篇,第三章：结构化查询语言SQL基础第九章：数据库应用设计方法第十章：数据库开发技术,系统篇,应用篇,内容安排,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,6,第1章数据库系统概论,1.1数据库的基本概念和相关术语1.2数据库技术的产生和发展1.3数据库的体系结构与组成,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,7,学习目标,了解数据存储技术的发展过程；掌握数据库的基本概念和相关术语；了解数据库技术的产生与发展；掌握数据库管理技术发展的三个阶段；了解数据库系统的一般构成；理解数据库系统模式结构,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,8,概述,数据库是数据管理的最新技术，是计算机学科的重要分支。十余年来，数据库管理系统已从专业的应用程序包发展成为通用的系统软件。由于数据库系统具有数据结构化、最低冗余度、较高的程序与数据独立性等优点，较大的信息管理系统都是以数据库作为基础的。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,9,概述,第1章数据库系统概论,数据管理技术的发展经历了3个阶段：人工管理阶段；文件系统阶段；数据库系统阶段。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,10,概述,数据库作为数据管理技术发展的最新阶段其体系结构由3级模式构成：模式外模式内模式,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,11,1.1数据库的基本概念和相关术语,1.1.1数据、数据管理与数据处理1.1.2数据库基本概念1.1.3关系列表和关系数据库,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,12,1.1.1数据、数据管理与数据处理,第1章数据库系统概论,数据（Data）数据是一种符号序列，它的内容是事物特性的反映。数据是对现实世界的事物采用计算机能够识别、存储和处理的方式进行的描述，或者说是计算机化的信息。数据的概念在数据处理领域中得到不断的发展，目前数据不仅包括数字、字母、文字和其他特殊字符，而且还包括图形、图像、声音等多媒体数据。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,13,1.1.1数据、数据管理与数据处理,第1章数据库系统概论,数据（Data）在计算机中，为了存储和处理现实世界中的事物，就要抽出对这些事物感兴趣的特征组成一个纪录来描述。例如：（余颖，女，20，四川，销售部，2008，3000）,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,14,第1章数据库系统概论,这里的员工纪录就是数据。对于上面这条员工纪录，了解其含义的人会得到如下信息：余颖是公司职员，女，20岁，四川人，2008年进入公司，月薪3000元；而不了解其语意的人则无法理解其含义。,1.1.1数据、数据管理与数据处理,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,15,1.1.1数据、数据管理与数据处理,第1章数据库系统概论,数据处理数据处理是指将数据转换成信息的过程。广义地讲，它包括对数据的收集、存储、加工、分类、检索、传播等一系列活动。基本目的是从大量、已知数据出发、根据事物之间的固有联系和规律，通过分析归纳、演绎推导等手段，提出对人们有价值、有意义的信息，作为决策的依据。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,16,数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)实体与表,1.1.2数据库基本概念,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,17,第1章数据库系统概论,数据库（Database）数据库是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并为各种用户共享。,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,18,第1章数据库系统概论,数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）作为数据库系统的核心软件，主要目标是使数据成为方便各种用户使用的资源，并提高数据的安全性、完整性和可用性。DBMS一般具有下面几个方面的功能：（1）数据库定义功能提供数据定义语言（DDL，DataDefinitionLanguage）对各级数据模式进行精确定义。,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,19,第1章数据库系统概论,（2）数据操纵功能数据库管理系统提供数据操纵语言（DML，DataManipulationLanguage），可以对数据库中的数据进行追加、插入、修改、删除、检索等操作。不同的DBMS语言的语法格式不相同以其实现方式可分为自主型语言和宿主语言,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,20,第1章数据库系统概论,（3）数据库运行控制功能DBMS必须提供以下数据控制功能：并发控制功能数据的安全性控制数据的完整性控制数据库管理系统是数据库系统的一个重要组成部分。,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,21,第1章数据库系统概论,数据库系统数据库系统通常由5部分组成：硬件系统、数据库集合、数据库管理系统及相关软件、数据库管理员（DBA）和用户。,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,22,第1章数据库系统概论,实体与表在数据库系统中，一个实体就是一个人、一个地方、一个事件或一个我们将要为其收集数据的物体。即：客观存在的对象。例如，在学校中，实体可能是学生、教师员工、课程等。,1.1.2数据库基本概念,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,23,学生可以组成一个实体集，一个实体集就是实体的一个特定集合，每个实体都有某些称为属性的特征。例如：STUDENT(stu_name,stu_sex,stu_age,stu_dept),1.1.2数据库基本概念,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,24,第1章数据库系统概论,表是二维结构，它包括行和列。一个表包括一组相关的实体实体集。因此，术语实体集和表经常互换使用。表1-1列出了一个表的特征。表1-1一个表的特征,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,25,1.1.2数据库基本概念,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,26,1.1.3关系列表和关系数据库,第1章数据库系统概论,关系列表关系数据库使用表来组织数据元素，每一个表对应于一个应用实体，而每行则代表实体的一个事例。如医院管理系统中医生实体对应数据库中的表Doctor，该表中的每一行则代表不同的医生。表1-2医生数据表的属性构成,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,27,第1章数据库系统概论,表1-3诊断数据表的属性构成这种表之间通过属性进行联系，构成了关系列表，是关系数据库的一个基础。,1.1.3关系列表和关系数据库,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,28,第1章数据库系统概论,关系数据库1970年，IBM研究室的TedCodd发表了一篇具有很大影响的关于关系数据库模型的论文，数据库系统发生了显著的变化。,1.1.3关系列表和关系数据库,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,29,第1章数据库系统概论,下面我们先对关系做一下简单介绍，增进读者对关系模型的了解，同时，我们给出一个SQL的例子，以便读者了解关系模型如何支持高级语言的查询。【例1-1】表1-4是一个名为Doctor（医生）的关系，记录的是医生的信息。表1-4医生数据表,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,30,第1章数据库系统概论,假设我们希望查询李红的工资，SQL的查询语句如下：SELECT工资FROMDoctorWHERE医生姓名=李红；,1.1.3关系列表和关系数据库,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,31,1.2数据库技术的产生与发展,1.2.1数据管理的发展1.2.2数据和数据管理技术1.2.3数据管理技术的3个发展阶段,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,32,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.2.1数据管理的发展,第1章数据库系统概论,20世纪60年代，由于计算机的主要应用领域从科学计算转移到数据事务处理，促使数据管理应运而生，使数据管理技术出现一次飞跃。E.F.科德提出关系数据库模型，在数据管理和理论方面产生了深远的影响。大批数据库专家十余年的不懈努力，数据库领域在理论和时间上取得令人瞩目的成就，使数据管理技术出现了又一次飞跃。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,33,数据管理技术面临挑战,信息爆炸可能产生大量垃圾数据类型的多样化和一体化要求当前的数据管理还不能处理不确定或不精确的模糊信息数据库安全对数据库理解和知识获取的要求,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,34,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据管理的研究方向,分布式数据库系统面向对象的数据库管理系统多媒体数据库数据库中的知识发现专用数据库系统,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,35,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统结构的发展,第1章数据库系统概论,主机式系统文件共享式系统C/S结构系统分布式处理,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,36,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库的并行处理技术,多线程并行技术数据库中的多线程虚拟服务器结构（VSA）,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,37,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.2.2数据和数据管理技术,第1章数据库系统概论,数据管理技术经历了3个阶段人工管理文件系统数据库系统,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,38,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,人工管理,第1章数据库系统概论,20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。外部存储器:磁带、卡片和纸带等,还没有磁盘软件:只有汇编语言，无数据管理方面的软件，数据处理方式:批处理。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,39,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统概论,这个阶段有如下几个特点：计算机系统不提供对用户数据的管理功能。数据不能共享。不单独保存数据。在人工管理阶段，程序与数据之间的对应关系如图1-1所示。图1-1人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,人工管理,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,40,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统概论,20世纪50年代后期至60年代中期外部存储器:磁盘、磁鼓。软件:操作系统和高级软件。数据处理方式:批处理，联机实时处理。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,41,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统概论,这个阶段有如下几个特点: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。程序与数据之间具有“设备独立性”，即程序只需用文件名就可与数据打交道，不必关心数据的物理位置。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,42,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统概论,随着数据管理规模的扩大，数据量急剧增加，文件系统显露出一些缺陷如下:数据冗余。由于文件之间缺乏联系，造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储。不一致性。这往往是由数据冗余造成的，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样。数据联系弱。这是由于文件之间相互独立，缺乏联系造成的。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,43,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统概论,在文件系统阶段，程序与数据之间的对应关系如图1-2所示。图1-2文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,44,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统,第1章数据库系统概论,这一阶段（20世纪60年代后期），数据管理技术进入数据库系统阶段。数据库系统克服了文件系统的缺陷，提供了对数据更高级、更有效的管理。这个阶段的程序和数据的联系通过数据库管理系统来实现（DBMS），如图1-3所示。图1-3数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,45,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统,第1章数据库系统概论,数据库系统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）数据库系统提供了数据控制功能。,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,46,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3数据库系统的体系结构与组成,1.3.1数据库系统的一般构成1.3.2数据库系统的模式构成,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,47,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3.1数据库系统的一般构成,硬件系统数据库集合数据库管理系统及相关软件数据库管理员用户,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,48,1.3.1数据库系统的一般构成,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,49,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,硬件系统,运行数据库系统的计算机需要有足够大的内存、足够大容量的磁盘等联机直接存取设备和较高的通道能力，以及支持对外存的频繁访问，还需要足够数量的脱机存储介质，如软盘、光盘、磁带等存放数据库的备份。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,50,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库集合,系统包括若干个设计合理、满足应用需要的数据库。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,51,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,系统软件,数据库管理系统（DBMS）是为数据库建立、使用和维护而配置的软件，是数据库系统的核心组成部分。为满足自描述的需求，DBMS还要存储元数据，也就是关于数据的数据。因为DBMS是一种通用软件，用于支持一个广泛的数据库应用程序，因此它需要对通用的存储结构（如表）的副本进行定制以反映应用程序的具体需求。此外支持数据库管理系统运行的操作系统、系统开发软件都是系统软件的组成。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,52,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库管理员,数据库管理系统一般需要专人来对数据库进行管理，这个人称为数据库管理员DBA。数据库管理员的职责包括：定义并存储数据库的内容决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,53,监督和控制数据库的使用周期性转储数据库故障恢复监视审计文件负责数据库的日常维护性能监控和调优必要时重组或改进数据库数据重组,数据库管理员,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,54,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,用户,数据库系统必然涉及不同的用户。数据库的用户分为两类：一类是最终用户，主要对数据库进行联机查询或通过数据库应用系统提供的界面来使用数据库，这些界面包括菜单、表格、图形和报表；另一类是专业用户，即应用程序员，他们负责设计应用系统的程序模块，对数据库进行操作。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,55,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3.2数据库系统的模式构成,第1章数据库系统概论,描述数据的3个不同层次外部层概念层内部层,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,56,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,模式的组成,3层模式体系结构：内模式（InternalShcema）概念模式（ConceptualSchema）外模式（ExternalSchema）,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,57,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,模式的组成,如图1-4所示，3层模式体系结构的目的是将用户与物理数据库分离开来。在这个体系结构中，可以将模式在如下3个层次。图1-43层模式体系结构,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,58,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,内模式,内部层有一个内模式（InternalShcema），它描述的是数据库的物理存储结构。内模式使用一个物理数据模型，全面描述了数据库中数据存储的全部细节和存取路径。它与操作系统接口，以便将数据存放到存储设备上，建立索引、检索数据等。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,59,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,概念模式,概念层有一个概念模式（ConceptualSchema），它为用户群体描述了整个数据库的结构。概念模式隐藏了物理存储结构的细节，并重点描述实体、数据类型、关系、用户操作和约束。通常，实现了一个数据库系统之后，会使用表示数据模型来描述概念模式。这种概念模式通常以高级数据模型中的一个概念模式设计为基础。,第1章数据库系统概论,精品课件UESTC电子科技大学计算机科学数据库,60,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,外模式,每个外模式描述的是一个特定用户组所感兴趣的那部份数据库，而对该用户组隐藏了数据库的其他部份。,