数据库基础与应用第一章ppt课件

.,数据库基础与应用,.,第1章数据库基础知识,学习目的与要求：随着计算机应用的不断深入，作为一种资源，数据的重要性越来越显现出来。数据库技术是计算机科学技术发展最快的重要分支之一，它已成为信息系统的重要技术支柱。本章将介绍数据库系统的基本概念、数据模型等内容。,.,数据库简介,数据库作为应用系统的核心和管理对象，就是以一定的组织方式将相关的数据组织在一起存放在计算机存储器上形成的，能为多个用户共享的，同时与应用程序彼此独立的一组相关数据的集合。数据库将各种数据以表的形式存储，并利用查询、窗体以及报表等形式为用户提供服务。数据库系统介绍一般说来，数据库系统由计算机软、硬件资源组成，它可以有组织地动态存储大量关联数据，方便多用户访问。数据库系统与文件系统的重要区别在于数据的充分共享、交叉访问以及应用程序的高度独立性。数据库主要解决以下3个问题：(1)有效地组织数据。主要是对数据进行合理设计，以便计算机高效存储。(2)将数据方便地输入计算机中。(3)根据用户的要求将数据从计算机中提取出来。,.,4,四个基本概念,数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS),.,5,数据,数据(Data)是数据库中存储的基本对象数据的定义描述事物的符号记录数据的种类文字、图形、图象、声音数据的特点数据与其语义是不可分的,.,6,数据举例,学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义,.,7,数据（举例）,.,8,数据库,人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息数据库的定义数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合,.,9,数据库,数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展,.,10,数据库管理系统,什么是DBMS数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,.,DBMS的主要功能,数据定义功能提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理分类组织、存储和管理各种数据确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系提供多种存取方法提高存取效率数据操纵功能提供数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改),.,DBMS的主要功能,数据库的事务管理和运行管理数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、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的建立和维护功能(实用程序)数据库初始数据装载转换数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视分析等其它功能DBMS与网络中其它软件系统的通信两个DBMS系统的数据转换异构数据库之间的互访和互操作,.,13,数据库系统,什么是数据库系统数据库系统（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。数据库系统的构成数据库数据库管理系统（及其开发工具）应用系统数据库管理员（和用户）构成。,.,14,数据库系统的组成,数据库系统（DBS）,数据库,计算机软件系统,数据库用户,计算机硬件系统,数据库系统,用户1,用户2,用户n,用户,应用系统,应用开发工具,DBMS,操作系统OS,数据库,数据库管理员,软件系统,.,15,数据库数据库（DB）是存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合用户,集成性，共享性,终端用户,应用程序员,数据库管理员,对数据库进行存储、维护和检索,非计算机专业人员使用数据库,设计和编制应用程序,负责设计、建立、管理和维护数据库以及协调用户对数据库要求的个人或工作团队,.,16,软件（Software）系统硬件（Hardware）系统硬件系统指存储和运行数据库系统的硬件设备。数据库系统在整个计算机系统中的地位如图所示,DBMS,OS,应用系统,软件系统：,核心,DBMS在操作系统支持下工作，应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。,.,17,数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题数据管理技术的发展过程人工管理阶段(40年代中-50年代中)文件系统阶段(50年代末-60年代中)数据库系统阶段(60年代末-现在),.,数据库系统阶段,时期20世纪60年代末以来产生的背景应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列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,.,19,数据库系统(续),特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化：整体结构化数据控制能力：由DBMS统一管理和控制,.,数据库系统概述,四个基本概念数据管理技术的产生和发展数据库系统的特点,.,数据库系统的特点,数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制,.,22,数据结构化,整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。数据库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。数据可以变长。数据的最小存取单位是数据项。,.,文件系统的记录示例,学生文件的记录结构课程文件的记录结构学生选课文件的记录结构文件中记录内部有结构，但记录间无联系,.,数据库整体数据结构化,数据库系统实现整体数据结构化,.,数据的共享性高，冗余度低，易扩充,数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间避免数据之间的不相容性与不一致性使系统易于扩充,.,26,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。数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的,.,27,DBMS对数据的控制功能,数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。,.,28,DBMS对数据的控制功能,并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。,.,29,数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现,.,两大类数据模型,数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。(2)逻辑模型和物理模型逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。,.,两大类数据模型(续),客观对象的抽象过程-两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。,.,两大类数据模型(续),DBMS支持的数据模型,概念模型,认识抽象,信息世界,机器世界,现实世界中客观对象的抽象过程,现实世界,.,数据库系统的三级模式结构,模式（Schema）外模式（ExternalSchema）内模式（InternalSchema）,.,34,数据库系统的三级模式结构,外模式,2,外模式,3,外模式,/,模式映象,模式,模式,/,内模式映象,内模式,数据库,数据库系统的三级模式结构,.,35,模式（Schema）,模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求,.,36,外模式（ExternalSchema）,外模式（也称子模式或用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示,.,37,外模式（续）,外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。,.,38,外模式（续）,外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据,.,39,内模式（InternalSchema）,内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式,.,40,三级模式与二级映象,三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式模式映像模式内模式映像,.,41,数据库系统的三级模式结构,.,42,外模式模式映象,模式：描述的是数据的全局逻辑结构外模式：描述的是数据的局部逻辑结构定义外模式与模式之间的对应关系每一个外模式都对应一个外模式模式映象映象定义通常包含在各自外模式的描述中,.,43,外模式模式映象的用途,保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,.,44,模式内模式映象,模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中,.,45,模式内模式映象的用途,保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,.,模式内模式映象（续）,数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去数据的存取由DBMS管理用户不必考虑存取路径等细节简化了应用程序的编制大大减少了应用程序的维护和修改,.,47,数据库系统的组成,数据库数据库管理系统（及其开发工具）应用系统数据库管理员（用户）,.,48,一、硬件平台及数据库,数据库系统对硬件资源的要求(1)足够大的内存操作系统DBMS的核心模块