《数据库技术概论》PPT课件

2020/5/16,1,韩华信息科学与工程系,数据库技术讲义,2009.08,2020/5/16,2,第一章数据库系统概论,数据库技术的发展,数据库和数据库系统,带有数据库的计算机系统硬软件层次,各种人员视图,DBMS的功能,数据模型,数据库系统的体系结构与工作过程,2020/5/16,3,1.1数据管理技术的发展,1,2,3,数据与数据处理,数据管理技术,数据库技术发展简史,2020/5/16,4,1.1.1数据与数据处理,数据,是什么？,载荷信息的载体,表述和传播信息的工具,人们用于记录事物情况的物理符号,信息,是什么？,经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据,数据中所包含的意义,“文字”符号（文字信息）,“音频”符号（声音信息）,“几何”符号（图信息）,数据处理中的两个基本概念,2020/5/16,5,信息不随表示它的信息形式而改变，它反映客观现实世界的知识，而数据则具有任意性，用不同的数据形式可以表示同样的信息。,信息imformation,数据与信息既有区别，又有联系,2020/5/16,6,数据处理,指对数据进行收集、记录、整理、组织、输入、存储、加工、维护、查询、传输、输出等一些列基本操作的总和,客观世界的现象与事物,数据,数据管理,数据处理,客观世界的研究结果,数据,信息处理,信息处理是“收集输入处理输出施用”信息的一个不断往复的过程,抽象,管理,支撑,结果,语义解释,2.数据处理与信息处理,2020/5/16,7,数据的收集和存储,数据的分类和计算,信息,数据的检素和传输,数据的加工与维护,数据处理,2020/5/16,8,计算机信息系统,计算机硬件,信息,相关人员,软件,应用程序,目的是提供信息服务，如：商业营销系统、学校教务管理系统,信息处理,2020/5/16,9,1.1.2数据管理技术,自由管理阶段,文件管理阶段,数据库管理阶段,人工管理（数据项）文件管理（数据集合）数据库管理（数据集合数据关联）,经历了3个重要发展阶段：,数据管理datamanagement,20年代世纪50年代中期以前,20年代世纪50年代后期至60年代后期,20年代世纪60年代后期,2020/5/16,10,“以程序为中心”数据处于辅助地位,1.人工管理阶段,仅内存存储数据,数据和处理它的程序捆绑构成一体，共存共亡,按地址引用,2020/5/16,11,人事文件,科研文件,教学文件,工资文件,教师信息管理系统,文件管理阶段应用程序与数据之间的关系,优点：1）数据可长期保存2）由文件系统管理数据,2.文件管理阶段,2020/5/16,12,在文件处理系统中存储信息的弊端,数据冗余和不一致数据访问困难数据孤立完整性问题原子性问题（不可分割性）并发访问异常安全性问题,2020/5/16,13,数据库管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,3.数据库管理阶段,数据结构化数据的共享性高，冗余度底，易扩充数据独立性高(物理和逻辑的独立性),数据由DBMS统一管理和控制：数据安全性保数据的完整性检查并发控制数据库恢复,2020/5/16,14,人事文件,科研文件,教学文件,工资文件,外模型,概念模型,基本文件,物理模型,项目文件,工资文件,教学文件,自然状态文件,第一层：满足了用户的需求，面向各个具体用户,第二层：面向全局，综合了所有用户的要求，从整体，全局考虑，解决了冗余问题。,第三层：完全面向物理存贮的，在完成存放基本文件的前提下，考虑物理存贮的最佳组织形式。,教师信息管理系统,2020/5/16,15,1.1.3数据库技术发展简史,世界上第一个通用的DBMS诞生于20世纪60年代，由通用电气公司的CharlesBachman设计，称之为IntegratedDataStore，简称IDS。该系统奠定了网状数据模型的基础，极大地影响了数据库系统的发展。1969年IBM公司推出了第一个商品化的数据库管理系统InformationManagementSystem，简称为IMS它基于层次数据模型。,2020/5/16,16,1970年IBM公司SanJose实验室的EdgarFrankCodd提出了关系数据模型，以关系或表作为描述数据的基础。在其后的几年中，Codd又发表了一系列文章，奠定了关系数据库的理论基础。20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代，其中以IBMSanJose实验室开发的SystemR和Berkeley大学研制的INGRES为典型代表。IBM公司在SystemR的基础上先后推出了SQL/DS和DB2两个商品化的关系DBMS。INGRES也由INGRES公司商品化。,2020/5/16,17,数据库技术的新发展,层次数据库,第一个里程碑,第二个里程碑,第三个里程碑,网状数据库,关系数据库,4.新一代数据库时期,1.传统数据库时期,2.关系数据库时期,数据仓库Web数据库系统等,3.专用数据库时期,工程数据库系统图形数据库系统等,2020/5/16,18,1.2.1数据库系统的组成1.2.2数据库的三级模式1.2.3三种记录1.2.4数据独立性,1.2数据库和数据库系统,2020/5/16,19,1.2.1数据库系统的组成,1、数据库（DB）以一定的组织方式存贮在计算机中相互有关的数据的集合，它能以最佳的方式、最少的冗余（数据重复）、最大的数据独立性，为多种应用（多方面人员）提供服务。2、数据库管理系统（DataBaseManagementSystem(DBMS)）支持人们创建、使用、修改、维护数据库中的数据的软件。（如INFORMIX，SYBASE，ORACLE等）。,2020/5/16,20,数据库,数据库管理系统,计算机硬件系统,数据库,用户（联机）,用户（程序）,数据,3.数据库系统,通常所说的数据库，专业地应当称做数据库系统(DataBaseSystem,缩写为DBS),什么是数据库系统？,设计、实现、控制和维护数据库相关人员(如DBA),计算机软件系统（操作系统、网络软件等）,2020/5/16,21,口语中常说的“数据库系统”在大多数时候都是指DBMS(DataBaseManagementSystem)。但是严格地来说，数据库系统DBS（DataBaseSystem)是指在计算机系统中引入数据库之后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA-DatabaseAdministrator）和用户（USER）构成。即：DBS=DB+DBMS+APPLICATION+DBA+USER,数据库系统,是什么？,2020/5/16,22,数据库应用软件包,数,其他应用软件,各种高级语言,硬件设备,据,库,应用软件,DBMS,OS,数据库系统的环境,2020/5/16,23,数据库系统的构成,2020/5/16,24,硬件平台,数据库,软件平台,数据库管理系统,应用程序系统,用户操作界面,选择操作,选择程序,选择数据,请求传输,执行传输,2020/5/16,25,1.2.2数据库的三级模式,操作数据,存储数据,不同层次的数据视图不同,2020/5/16,26,数据存储,视图只以其结构定义出现,2020/5/16,27,人事文件,科研文件,教学文件,工资文件,外模型,概念模型,基本文件,物理模型,项目文件,工资文件,教学文件,自然状态文件,第一层：满足了用户的需求，面向各个具体用户,第二层：面向全局，综合了所有用户的要求，从整体，全局考虑，解决了冗余问题。,第三层：完全面向物理存贮的，在完成存放基本文件的前提下，考虑物理存贮的最佳组织形式。,教师信息管理系统,2020/5/16,28,外模式,数据库的本质：变换（外模式-模式、模式-内模式）,外模式：子模式，用户局部逻辑结构。,模式：DB全局逻辑结构，子模式的并集，以某种数据模型为基础。,内模式：物理模式,2020/5/16,29,1.逻辑记录,2.存储记录,3.物理记录,是外模式定义的用户数据库记录，是DBMS和应用程序之间交换数据的单位,又称块，是数据库在存储设备上存储的基本单位，也是内存与外存之间进行数据交换的基本单位。,是存储模式定义的基本数据存储单位；是DBMS与操作系统之间进行数据交换的数据单位。,1.2.3三种记录,2020/5/16,30,1.2.4数据独立性,内模式,外模式_1,概念模式,外模式_2,外模式_3,逻辑独立性,物理独立性,应用程序与数据的无关性,2020/5/16,31,1.3数据模型,1、数据抽象的过程-四个世界现实世界概念世界逻辑世界物理世界,存储,2020/5/16,32,组织,对象(个体集合),个体或事物,规则,处理,现实世界,2020/5/16,33,活动,组织,活动,要表示的对象,对对象的约束,对象间的关系,现实世界,2020/5/16,34,活动,组织,活动,对象的特征,对象应符合的条件,对象间的关联,组织模型,现实世界,2020/5/16,35,例子,约束：学生所学课程都必须是本校开设的课程只有本校学生才能获得本校课程的成绩教师参加工作的年龄必须在20以上学生或教师的性别必须为男性或女性,特征：表示对象学生有学号、姓名、性别、出生日期、等课程有课程代号、名称、学分、学时等,活动：对象间相互关系学生“学习”一门课程，教师“教”一门课程,组织模型：是一个组织中所有对象，在规定规则的指导和控制下，相互协调运动而构成的一个有机整体。,2020/5/16,36,组织模型,对象,个体,特征,事物（或个体）及其联系,事物的集合（即对象）,事物（即个体）,表现事物,现实世界,2020/5/16,37,又称信息世界或观念世界，是对现实世界的第1层次抽象，是现实世界在头脑中的反映,概念模型（信息模型）,实体集合,实体,属性,把各种复杂的联系抽象化为简单的“1对1”、“1对多”和“多对多”3种基本联系,概念世界,2020/5/16,38,也称数据世界，是概念世界的一种数据表示也可以看成是对现实世界的第2层次的抽象逻辑世界直接与数据库相关，即通过逻辑世界把现实世界映射到数据库中数据的结构分为4级,数据项、记录、文件和数据库,逻辑世界,2020/5/16,39,表示和存储信息,数据模型,文件,记录,字段,表示和存储信息,数据模型,文件,记录,字段,逻辑世界,2020/5/16,40,也称计算机世界或存储世界是数据的物理存储，或者说是在计算机存储设备（如磁盘）上的存储是现实世界的第3层次的抽象,物理世界,2020/5/16,41,4个世界的关系,2020/5/16,42,现实世界,DBMS,概念模型,数据模型,现实世界的抽象化,现实世界的数据表示,转换,模式,DBMS表达,2、数据模型的定义对现实世界进行抽象的工具，是数据库系统中用以提供信息表示和操作的形式构架。,2020/5/16,43,*3、数据模型的三要素()数据库结构的基础就是数据模型。数据模型是描述数据(数据结构)、数据之间的联系、数据语义即数据操作，以及一致性(完整性)约束的概念工具的集合。,2020/5/16,44,4、数据模型的层次,2020/5/16,45,5、基于对象的数据模型基于对象的数据模型用于在概念层上描述数据。其特点是，提供灵活的结构组织能力，允许显式定义数据约束。比较著名的有实体联系模型和面向对象模型。,2020/5/16,46,实体联系模型（E-R模型）,E-R模型是这样认识现实世界的：现实世界是由一组称作实体的基本对象以及这些对象间的联系构成的。实体是现实世界中可区别于其他对象的一个“事件”或一个“物体”。例如每个人是一个实体，每个银行帐户也是一个实体。数据库中实体通过属性集合来描述。例如，客户帐户号account-number和余额balance属性描述了银行的某个特定帐户。联系是实体间的相互关联。例如存款者联系将一个客户和他的帐户关联。同一类型的所有实体的集合称作实体集，同一类型的所有联系的集合称作联系集。,2020/5/16,47,一对一联系,一对多联系,多对多联系,2020/5/16,48,例如:教师信息管理系统数学模型,2020/5/16,49,2020/5/16,50,6、基于记录的数据模型基于记录的数据模型主要用于在逻辑层上描述数据。基于记录的模型主要用来定义数据库的全局逻辑结构，而基于对象的数据模型中的E-R模型主要用来描述数据库的概念结构。基于记录的数据模型名称的由来是由于它用一些固定格式的记录来描述数据库结构。每个记录类型定义了固定数目的字段（或属性），通常每个字段的长度也是固定的。基于记录的数据模型主要有：关系模型、网状模型和层次模型。,2020/5/16,51,1）网状模型网状模型中的数据用记录（与Pascal语言中的记录含义相同）的集合来表示，数据间的联系用链接（可看作指针）来表示。数据库中的记录可被组织成任意图的集合。,图1-3-4,2020/5/16,52,2）层次模型：层次模型与网状模型类似，分别用记录和链接来表示数据和数据间的联系。与网状模型不同的是：层次模型中的记录只能组织成树的集合而不能是任意图的集合。,图1-3-5,2020/5/16,53,3）关系模型：关系模型用表的集合来表示数据和数据间的联系。每个表有多个列，每列有唯一的列名。,图1-3-3,2020/5/16,54,4）基于记录的三种模型的差别关系模型与网状模型及层次模型的不同的地方在于关系模型不使用指针或链接，而通过记录所包含的值把数据联系起来。这样做的好处是可以使关系模型具有严格规范的数学基础，而集合理论又给关系模型以巨大的理论支持。,2020/5/16,55,1.4带有数据库的计算机系统硬软件层次,应用系统,应用开发工具软件,DBMS,操作系统,硬件,OS,编译系统,1)硬件及数据库2)软件,Delphi,VBPowerBulider,SQLServer2000Oracle,sybase.,2020/5/16,56,1.5各种人员视图,数据抽象级别,终端,应用系统,DBMS,DB,OS,模式,外模式,内模式,系统分析员,DBA,用户,软件系统层次,应用程序员,2020/5/16,57,应用程序员:应用程序的设计系统分析员:应用系统的需求分析和规范说明(各级模式的概要设计)DBA(数据库管理员):1、决定数据库的信息内容和结构2、决定DB的存储结构和存取策3、决定DB安全性要求和完整性