数据库原理及应用教程-第一章 PPT课件

1,第1章数据库系统基本概念,本章介绍数据库的基本概念及发展历,2,3,4,5,1.1数据库的特点及相关概念,学习重点1数据的概念及特点、信息与数据的联系2数据处理的分类、数据管理的内容及数据库（DB）的概念及组成或特点3数据库管理系统（DBMS）概念、功能及作用；数据库系统（DBS）的概念,学习难点信息、数据、数据处理、数据管理、数据库、数据库管理系统（DBMS）、数据库系统（DBS）概念的理解信息与数据的区别、数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）及数据库系统（DBS）的区别,6,1.1.1信息与数据“信息”可以告诉我们有用的事实和知识，“数据”可以更有效地表示、存储和抽取信息。1.信息（Information）、信息特征及作用,信息就是新的、有用的事实和知识。,信息具有四个基本特征：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。,7,数据是用于载荷信息的物理符号，是信息的一种表现形式。,2.数据（Data）、数据和信息的关系及数据的特征,数据的4个特征：1)数据有“型”和“值”之分。2)数据受数据类型和取值范围的约束。3)数据有定性表示和定量表示之分。4)数据应具有载体和多种表现形式。,8,1.1.2数据管理与数据库,数据处理（DataProcessing）及分类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。,9,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。,10,数据管理工作包括：(1)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；(2)进行数据维护，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；(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。,2.数据管理及内容,11,3.数据库（Database）及数据库中数据的性质,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。数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。数据库中的数据具有数据整体性。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。,12,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够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.信息系统（InformationSystem）及分类,凡输入和输出的内容是信息的系统都称为信息系统。一个信息系统应携带有足够的信息量。信息系统可以被划分为信息传递系统、信息处理系统和信息管理系统。,1.数据库管理系统（DBMS）的功能及作用,1.1.3数据库管理系统与信息管理系统,13,4.数据库系统（DBS）,使用数据库技术设计的计算机系统称为数据库系统。数据库系统主要为信息管理系统。一个数据库系统（DBS）应由计算机硬件、数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）、应用软件和数据库管理员（DBA）等5部分构成。,3.信息管理系统（MIS）及特点,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。,14,1.2数据库技术及发展,15,计算机硬件技术的发展使得计算机的应用领域不断扩展，数据管理技术也不断更新磁盘容量的发展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（和高级数据库阶段）。,16,1)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手工管理数据阶段的特点,17,1.2.2文件系统阶段的数据管理特点和缺陷,1.文件管理阶段的数据管理特点,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。,18,2.文件系统在数据管理上的主要缺点,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。应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变。,19,20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。,1.2.3数据库系统阶段的到来和发展,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。,1969年IBM公司研发IMS层次数据库管理系统，是第一个成功的DBMS商品软件。,20世纪70年代初美国数据系统语言协会下属的DBTG提出了许多关于数据库系统（网状结构）的概念、方法与技术。,1970年IBM公司的E.F.Codd提出了关系数据库模型。,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,当代数据库研究的范围和方向：1.数据库管理系统（DBMS）软件的研制2.数据库设计技术的研究3.数据库理论的研究,21,1.2.4数据库系统阶段的数据管理特点,数据库系统和文件系统相比具有以下主要特点:,1.数据库系统以数据模型为基础(整体数据的结构化),2.数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高,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。,22,3.数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性,(1)数据的物理独立性（PhysicalDataIndependence）:应用程序对数据存储结构(物理结构)的依赖程度。当数据的物理结构(如存储位置)发生改变时应用程序不需改变也能正常工作，则称数据的物理独立性高。DB中的数据物理独立性高是因为DBMS提供了数据的逻辑结构和物理结构之间的映像（转换）功能。,(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。当DB中的数据的全局逻辑结构发生改变时，应用程序可以不需改变，则称数据的逻辑独立性高。DB中的数据逻辑独立性高是因为DBMS提供了数据的局部逻辑结构和全局逻辑结构之间的映像（转换）功能。,23,4.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,5.数据库中数据的最小存取单位是数据项,安全性控制：保护数据库，防止不合法的使用造成的数据的泄漏、破坏和更改。（非法用户和合法用户的破坏）,完整性控制：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输出。(定义、检查),并发控制：使多个用户能同时正确地访问数据库。,数据恢复：发生故障时，使数据库从一个错误状态恢复到一个正确状态。,数据项,24,1.3数据库系统的结构,25,1.3.1数据库系统的体系结构由硬件、软件和人员组成。即计算机硬件设备、数据库及相应的软件、开发管理DBS的人员三大部分。,1.数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求,支持数据库系统的计算机硬件资源包括CPU、内存、外存及其他外部设备。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。,软件中包括操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、开发工具、应用系统和数据库。,2.数据库系统的软件组成,26,3.数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责,数据库系统的人员由软件开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。,软件管理人员称为数据库管理员（DataBaseAdministrator，简称DBA），职责为：,1)DBA应参与数据库和应用系统的设计。,2)DBA应参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作。,3)DBA要负责定义数据的安全性要求和完整性条件。,4)DBA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)DBA负责数据库的改进和重组。,27,1.3.2数据库管理系统的功能结构,1.数据定义功能:提供数据定义语言（DDL）以便用户可方便创建数据库、定义基本表、视图的结构等。,2.数据操纵功能：提供数据操纵语言（DML）供用户实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等操作。1）宿主型DML：只能嵌入在其它高级语言中使用，不能单独使用。2）自主型DML：可单独使用，也可嵌入高级语言中使用。,3.数据库的建立和维护功能：数据的载入、转储、重组、恢复功能和库结构修改、变更、扩充功能。,4.数据库的运行管理功能：并发控制、数据存取控制、数据完整性检查和执行等（由DCL语言实现）。,28,数据模式是数据模型的精确描述，是数据库的框架结构。DB的数据模式由外模式、逻辑模式和内模式三级模式构成。,1.3.3数据库系统的三级数据模式结构,29,数据库的三级模式是指外模式（子模式）、逻辑模式（模式）、内模式（物理模式）。,1.数据库的三级模式结构,(1)逻辑模式（Schema）及概念数据库,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。由DDL定义。一个DB只有一个逻辑模式。以逻辑模式为框架的数据库称为概念数据库。,(2)外模式（ExternalSchema）及用户数据库,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。是模式的一个逻辑子集，一个逻辑模式常对应多个子模式。由DDL语言定义。以子模式为框架的数据库为用户数据库。,30,使用子模式的好处：1）简化用户操作；2）有利于数据的安全和保密；3）有利于数据的独立性和共享性。,31,(3)内模式（InternalSchema）及物理数据库,内模式也叫存储模式（AccessSchema）或物理模式（PhysicalSchema），它是数据的内部表示或底层描述。用DDL定义。以物理模式为框架的数据库为物理数据库。,物理数据库是存放在外存的实际数据文件，是真正存在的。用户数据库和概念数据库在计算机外存上是不存在的。三者关系是概念数据库是物理数据库的逻辑抽象形式；物理数据库是概念数据库的具体实现；用户