数据库系统基础教程课件

第1章数据库系统世界,1,PPT学习交流,1.1数据库系统的发展,2,PPT学习交流,什么是数据库,本质上，数据库是一个信息集合，要持续相当长一段时间，又称数据基。数据库具有以下特点：数据是按一定方式组织和管理的，这涉及到两个相关的概念：数据模型和数据库模式。大容量且高效的。共享数据：多用户并发访问，且能避免某用户的动作影响其他人；避免意外损坏数据。由一组软件对数据进行集中统一的管理（DBMS）。数据库可被定义为基于某种数据模型而存贮起来的、为某个特定组织的多种应用服务的、具有尽可能小的冗余度和尽可能高的数据独立性的相互关联的数据集合，由数据库管理系统进行集中、统一的控制。,3,PPT学习交流,数据库的地位及作用,现实世界(事物)信息世界(信息)计算机世界(数据)数据处理：对各种形式的数据进行收集、存贮、加工和传播的一系列活动的总和。数据处理的目的：从大量的原始数据中抽取、推导出有价值的信息，以进行决策；借助计算机科学地保存和管理大量数据，使人们能方便而充分地利用资源。数据库技术：研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。,4,PPT学习交流,应用的实例,个人帐务公司客户及业务银行飞机订票,5,PPT学习交流,数据库技术的发展,从文件系统演化而来。文件系统特点：数据以文件形式长期保存；数据的物理结构与逻辑结构有了区别；文件形式多样化；数据的存取以记录为单位。缺点：数据冗余：数据面向应用，无法共享；数据与程序缺乏独立性。,6,PPT学习交流,数据库技术的发展,60年代后期，数据管理规模更为庞大，应用更广泛，数据量剧增，共享要求更强。为了克服文件系统的弊病，对数据进行集中、统一的管理，使数据存储独立于使用数据的程序，提出了数据库技术。数据库不仅反映数据本身的内容，同时也反映数据之间的关联。在数据库中是采用数据模型来对现实世界进行抽象的。早期使用“层次模型”(树型结构)和“网状模型”来描述信息结构。不支持高级查询语言。,7,PPT学习交流,关系数据库系统,1970年，TedCodd在ACM发表了“ARelationalModelforLargeSharedDataBanks”，奠定了关系型数据库的理论基础。主要思想是把数据库中的所有数据组织为“表table”的“关系relation”。可组织复杂数据结构；对大量查询能快速反应；查询可表示为一种高级语言，以提高编程效率。关系代数提供了关系模型的数学基础。从而，使用简单的结构和方法可表示和实现复杂结构和复杂计算。随后，SQL(StructuralQueryLanguage)出现。,8,PPT学习交流,一个简单的关系实例,例1.1，银行账户信息(教材p3)accountNobalancetype123451000.00saveing678902846.92checking,9,PPT学习交流,数据库的研究方向,DBMS研制：扩大功能、提高性能、增强实用性数据库设计：设计方法、设计工具、标准及规范化数据库理论：知识库、演绎数据库、模糊数据库、面向对象数据库、多媒体数据库。,10,PPT学习交流,如何度量数据大小？,1Byte=8bitsByte是最小单位1KiloByte=1000Byte1MegaByte=1000K1GigaByte=1000M1TeraByte=1000G1PetaByte=1000T,11,PPT学习交流,1.2数据库管理系统概述,12,PPT学习交流,数据库管理系统概述,主要指负责数据库存取、管理和维护的软件系统，通常叫做数据库管理系统(DataBaseMenegermentSystem)。数据库系统的各类用户对数据库的各种操作请求，都是由DBMS响应和处理的。,13,PPT学习交流,系统构件划分,查询处理器,存储管理器,事务管理器,查询(select),数据更新(insert/delete/update),模式更新(create/alter/drop),数据元数据,14,PPT学习交流,系统构件划分,单线框为系统成分,双线框为内存中数据结构,实线为控制和数据流,虚线为数据流,15,PPT学习交流,系统构件划分,数据存储器：存储数据和元数据。主要以文件方式。元数据metadata：关于数据的结构信息。数据按元数据规范的格式存储。索引index：一种支持对数据库中数据有效存取的数据结构，以快速查找数据项(item)。索引是数据的一部分，而对索引的说明则是元数据的一部分。Hash表是早期建立索引的主要方法，现一般使用B(Balance)树。,16,PPT学习交流,系统构件划分,存储管理器：接受上层的数据请求，提取或更新对应的数据。包括文件管理和缓冲区管理。依赖于特定OS。文件file管理：磁盘文件分块block：1K-16K缓冲区buffer管理：文件到内存的映像。内存分页page：1K-4K查询处理器：接受操作请求，把SQL命令转变为对存储数据的操作序列，主要问题是优化。事务管理器：负责系统数据的完整性。保证并发运行的多个SQL命令相互不冲突；保证系统出现故障时不丢失数据。,17,PPT学习交流,处理三种SQL命令,模式更新：通常由管理员和设计员使用，改变当前数据库模式。查询：对数据的询问。两种接口：通用的交互式接口(InteractiveSQL)和API。数据更新：改变当前数据库中数据的状态。,18,PPT学习交流,什么是事务,一组按顺序执行的操作单元，称为事务Transaction。数据库系统允许许多事务并发地执行，保证这些事务全部正确的执行是DBMS中事务管理程序的任务。,19,PPT学习交流,事务的特性,事务的特性简称为ACID：Atomicity：原子性，一个事务中的一组操作，要么全部执行，要么一点也不执行。Consistency：一致性，保持数据库的正确状态。Isolation：隔离性，多个事务并发运行时，作用效果相互分开。有一定隔离级别。Durability：持久性，事务完成后，即使系统发生故障，事务的结果也不丢失。,20,PPT学习交流,如何保持事务的特性,日志(logging)为保证持久性，数据库的每一个变化都记录在单独的磁盘上。并发控制(concurrencycontrol)事务必须表现为以孤立的方式执行。多个事务的单个动作是按某个顺序来执行。消除死锁(deadlockresolution)通过对正在执行的事务进行干预，以便其他的事务得以顺利的执行。,21,PPT学习交流,系统功能划分,数据库管理系统是为数据库的建立，使用和维护而配置的软件。应包括以下功能：数据库定义功能数据存取功能数据控制功能数据库维护功能数据通信功能,22,PPT学习交流,数据库定义功能,允许用户用数据定义语言(Datadefinitionlanguage)的专用语言建立新的数据库和指定它们的模式(Schema:数据的逻辑结构),23,PPT学习交流,数据存取功能,允许用户根据需要在授权的范围内，能够用适当的语言来查询数据和更新数据(包括数据结构的维护和重新组织、数据的传输等等)，该使用的语言通常称为“查询语言”或“数据操作语言”(Datamanipulationlanguage),24,PPT学习交流,数据控制功能,数据安全控制防止数据库中的数据被未经授权的人访问。防止他人有意或无意中对数据库造成的破坏性改变。完整性控制保证进入数据库中的存储数据定义的正确性和有效性，防止任何操作对数据造成违反其语义的改变。并发控制控制多用户同时访问，使得一个用户的访问不影响其他用户，保证同时访问不会损害数据，其策略包括对封锁单位大小的确定，死锁的防止、检测和解除。,25,PPT学习交流,数据库维护功能,数据装载把正文文件或顺序文件中的数据转换成数据库的格式，并装入到数据库中。数据备份把磁盘中的数据库完整地转储到磁带上，产生一个备份拷贝。文件重组织把数据库中的文件重新组织成其他不同形式的文件，以改善系统的性能。性能监控监控用户使用数据库方式是否合乎要求，收集数据库运行的统计数据。,26,PPT学习交流,数据通信功能,提供与操作系统的联机处理，与分时系统及远程作业输入的相应接口，以及与网络软件的通讯功能。,27,PPT学习交流,1.3数据库模式(Schema)结构,28,PPT学习交流,什么是模式,模式(schema)是对某个数据库的逻辑结构的完整描述，通常用一组DDL来描述。,内模式,模式,外模式1,外模式2,。,子模式、用户模式、视图与应用相关的局部特征。,公共逻辑结构：表(属性、外键、索引、触发器)、过程与函数、用户和组等,物理结构与存储方式的内部表示。如Hash表、B树索引、压缩、加密等,从模式角度看待一个数据库系统,29,PPT学习交流,数据独立性,数据物理独立性由系统提供存储结构和逻辑结构的映射，这样当改动存储结构时，逻辑结构可不改变，从而避免应用程序的“感知”。数据逻辑独立性一个数据库有它的总体结构，而某个应用的需要有各种局部的逻辑结构，数据库系统同样提供映射，实现局部逻辑与总体逻辑之间的转换，允许局部逻辑有独立于总体逻辑的表示方法。数据库的数据独立性依靠模式分级及模式之间的映像实现。,30,PPT学习交流,什么是视图view,在关系数据库中的一个子模式或外模式，对相同数据以不同方式/格式进行处理。虚表，在一个或多个关系中的多个属性上定义的“虚关系”。无实际存储数据，最终通过“实表”导出。关系数据库的一个组成部分。,31,PPT学习交流,1.4数据库系统,32,PPT学习交流,数据库系统,指使用了数据库技术的计算机系统。应包含：计算机基本系统数据库管理系统数据库数据库管理员文档及说明书,33,PPT学习交流,计算机基本系统,包括中央处理机、主存储器、外部存储设备、数据通道等各种存储、处理和传输数据的硬件设备。操作系统、支撑软件和各种实用程序等必要的软件。它们构成数据库系统必不可少的软硬环境。,34,PPT学习交流,数据库管理系统,基于某种数据模型对数据进行管理的软件系统。,35,PPT学习交流,数据库,与一个特定组织的各种应用相关的全部数据的汇集。通常分为两部分：有关应用所需要的工作数据的集合。称为物理数据库，它是数据库的主体。关于各级数据结构的描述数据，称为描述数据库，通常由一个数据词典系统管理。,36,PPT学习交流,数据库管理员,数据库管理员(DataBaseAdministrator，简记为DBA)：一组熟悉计算机数据处理业务、负责设计和维护数据库的技术人员。,37,PPT学习交流,文档及说明书,系统运行所必需的各类文档和说明书。,38,PPT学习交流,数据库应用体系结构,客户/服务器(Client/Server,C/S)结构。,MSAccessSybaseASAMSSQLServerOracleIBMDB2,JavaC/C+PowerBuilderDelphiVB,DBClient,DBClient,DBServer,sqlrequest,reply,sqlrequest,reply,客户端Client：请求SQL服务的软件进程。服务器Server：提供SQL服务的软件进程。一个服务器可支持多个数据库；一个数据库包含多个关系。,39,PPT学习交流,1.5本课程内容,40,PPT学习交流,本课程内容,设计design：如何建立一个有用的数据库。包括需求分析，数据建模，关系设计。编程progrmming：在数据库设计的基础上，如何进行各种查询和计算操作。,41,PPT学习交流,一个数据库应用实例,商品销售公司销售业务数据库系统，该系统至少应管理以下内容：公司分为多个下属部门(Department)，如“江苏销售部”，“上海销售部”等。每个部门有若干销售员(Salesman)，每个销售员有唯一的员工号(如“S0025”)和身份证号，也包含姓名、性别、出生日期、电话等信息。一个销售员仅属于一个部门，且每个部门有一个销售员担任部门经理。系统应管理一组客户(Customer)：名称、省、市、单位名称、电话等。系统应管理所有销售的商品(Product)：制造商(如“春兰”、“海尔”等)、种类(如“摩托车”、“空调机”等)、规格(如“MT125”型摩托车、“RE1500”型空调等)、价格、功能及性能描述。系统用销售订单(Salesorder)表示销售业务。每个订单有一个订单号和签订日期，且对应一个客户和一个销售员。一个订单至少销售一种产品，并可销售多种产品，每种产品应确定其销售数量和单价，以计算销售金额。,42,PPT学习交流,数据库建模,43,PPT学习交流,关系模型,Customer(custid,name,prov,city,phone,unit),Salesman(empid,idno,name,gender,phone,deptid),Product(prodid,factory,type,spec,price,desc),Department(deptid,name,headerid),Salesitem(orderno,lineno,prodid,singlecost,quantity),Salesorder(orderno,signdate,empid,custid),44,PPT学习交流,关系代数表示查询,1计算名为“张三”的销售员的员工号及其电话号码。empid,phone(name=张三(Salesman)2计算员工号为“E0056”的销售员所经办的客户的姓名及其