数据库系统基本概念论述(ppt 83页).ppt

DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统原理,电子科技大学计算机学院郑莉华cd_zhenglh,教材及参考书,教材：数据库系统原理，丁宝康，经济科学出版社，2007参考书：DatabaseSystemConcepts,Thefourthedition,Abrahamsiberschatz,Henryf.Korthetc,内容安排,基础篇,第一章：数据库系统基本概念第三章：关系模式设计理论第四章：关系运算,系统篇,应用篇,基础篇,第六章：数据库管理,系统篇,应用篇,内容安排,基础篇,第二章：数据库设计和ER模型第五章：SQL语言第七章：SQLSERVER2000简介及应用第八章：PowerBuilder9.0简介及应用第九章：数据库技术的发展,系统篇,应用篇,内容安排,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统基本概念,1.1数据管理技术的发展1.2数据描述1.3数据抽象的级别1.4数据库管理系统1.5数据库系统,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,学习目标,掌握数据管理技术发展的四个阶段；掌握数据描述的术语；理解数据库管理系统的主要功能；理解数据库系统的组成；理解数据库系统模式结构,第1章数据库系统概论,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,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章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.1数据管理技术的发展,1.1.1数据管理的发展1.1.2数据和数据管理技术1.1.3数据管理技术的四个发展阶段,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.1.1数据管理的发展,第1章数据库系统基本概念,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。,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,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章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.1.2数据和数据管理技术,第1章数据库系统基本概念,数据管理技术经历了4个阶段人工管理文件系统数据库系统高级数据库阶段,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。,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统基本概念,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。数据不保存在计算机内。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。,人工管理,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统基本概念,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。,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统基本概念,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。数据面向应用文件组织多样化，但文件之间缺乏联系。对数据的操作以记录为单位,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统基本概念,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。,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,文件系统,第1章数据库系统基本概念,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,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统,第1章数据库系统基本概念,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,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据库系统,第1章数据库系统基本概念,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。(5)对数据的操作以数据项为单位,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统基本概念,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。,数据库系统,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统基本概念,数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，是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。,数据库系统,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,第1章数据库系统基本概念,数据库系统采用数据库技术的计算机系统。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。,数据库系统,分布式数据库系统对象数据库系统WEB数据库系统,第1章数据库系统基本概念,高级数据库阶段,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.2数据描述,1.2.1概念设计中的数据描述1.2.2逻辑设计中的数据描述1.2.3物理设计中的数据描述1.2.4数据联系的描述,第1章数据库系统基本概念,实体客观存在的对象。例如，在学校中，实体可能是学生、教师员工、课程等。,第1章数据库系统基本概念,1.2.1概念设计中数据描述,实体集性质相同的同类实体的集合。例如：所有的学生,第1章数据库系统基本概念,1.2.1概念设计中数据描述,属性实体的特性。例如：STUDENT(stu_id,stu_name,stu_age,stu_sex,stu_dept)每个属性有一个值域。,第1章数据库系统基本概念,1.2.1概念设计中数据描述,实体标识符能唯一标识实体的属性或属性集。例如：学生的学号stu_id,第1章数据库系统基本概念,1.2.1概念设计中数据描述,字段（数据项）标识实体属性的命名单位。是可以命名的最小信息单位；命名通常与属性名相同例如，学生有学号、姓名、年龄、性别等字段。,第1章数据库系统基本概念,1.2.2逻辑设计中数据描述,记录字段的有序集合。一般，用一个记录描述一个实体。,第1章数据库系统基本概念,1.2.2逻辑设计中数据描述,文件同一类记录的集合。文件用来描述实体集。例如：所有的学生记录组成一个学生文件。,第1章数据库系统基本概念,1.2.2逻辑设计中数据描述,关键码能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集。例如：学生的学号stu_id,第1章数据库系统基本概念,1.2.2逻辑设计中数据描述,物理存储介质层次物理存储中的数据描述,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理设计中数据描述,高速缓存内存快闪存储器磁盘存储器光存储器磁带存储器,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储介质层次,位（Bit，比特）一个二进制位称为“位”。取0或1,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,字节（Byte）8个比特为一个字节。可以存放一个字符所对应的ASCii码。,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,字（Word）若干个字节组成一个字。一个字所含的二进制位的位数称为字长例如：8位、16位、32位,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,块（Block）内存和外存交换信息的最小单位。块的大小通常为2的10次方至2的14次方字节,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,桶（Bucket）外存的逻辑单位。一个桶可以包含一个物理块或多个在空间上不连续的物理块,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,卷（Volume）一个输入输出设备所能装载的全部有用信息,第1章数据库系统基本概念,1.2.3物理存储中数据描述,联系实体之间的相互关系。联系有一对一（1：1）、一对多（1：n)、多对多（n:m)三种基本类型,第1章数据库系统基本概念,1.2.4数据联系的描述,第1章数据库系统基本概念,1.2.4数据联系的描述,一对一联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。实例班级与班长之间的联系：任职一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职,1.2.4数据联系的描述,第1章数据库系统基本概念,一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系记为1:n实例班级与学生之间的联系：组成一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习,第1章数据库系统基本概念,1.2.4数据联系的描述,多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n实例课程与学生之间的联系：选课一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程,1.2.4数据联系的描述,第1章数据库系统基本概念,多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。,第1章数据库系统基本概念,1.2.4数据联系的描述,多个实体型之间的联系,多个实体型间的一对多联系多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系,第1章数据库系统基本概念,同一实体集内各实体之间的联系,一对一联系；一对多联系；多对多联系,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3数据抽象的级别,1.3.1数据抽象的过程1.3.2概念模型1.3.3逻辑模型1.3.4外部模型1.3.5内部模型1.3.6三级模式结构,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3.1数据抽象的过程,根据用户需求，设计数据库的概念模型根据转换规则，将概念模型转换为数据库的逻辑模型根据用户的应用特点，设计不同的外部模型数据库实施时，根据逻辑模型设计其内部模型见P11页图1.11,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3.2概念模型,第1章数据库系统基本概念,需求分析人员和用户共同完成需求分析后，系统的开发者需要将现实世界中存在的具体要求，抽象成信息结构的表达方式，以方便选择具体的DBMS进行实现。这一转换过程称为概念设计,概念设计的目标是生成能够准确反映用户组织和使用信息需求的抽象信息结构，即概念模式前有很多可供概念结构设计使用的概念模式，其中最常用的模式就是实体-关系模型（E-R）,1.3.2概念模型,第1章数据库系统基本概念,1.3.2概念模型,第1章数据库系统基本概念,1.3.3逻辑模型,第1章数据库系统基本概念,层次模型(自学）网状模型(自学）关系模型面向对象模型(自学）,关系模型,第1章数据库系统基本概念,Doctor(Dno,Dname,Dsex,Dage,Ddeptno,Dlevel,Dsalary)Patient(Pno,Pname,Page,Pino,Pid)Diagnosisi(DGno,Pno,Dno,Symptom,Diagnosis,DGtime,Rfee),1.3.3逻辑模型,第1章数据库系统基本概念,医生关系的实例,1.3.3逻辑模型,第1章数据库系统基本概念,患者关系的实例,1.3.3逻辑模型,第1章数据库系统基本概念,就诊关系的实例,1.3.4外部模型,第1章数据库系统基本概念,外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集外部模型独立于硬件，依赖于软件反映用户使用数据库的观点,1.3.5内部模型,第1章数据库系统基本概念,又称为物理模型描述数据的存储方式、存取方法,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.3.6三级模式结构,3层模式体系结构：内模式（InternalShcema）概念模式（逻辑模式）（ConceptualSchema）外模式（ExternalSchema）,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,模式的组成,如图所示，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。图1-43层模式体系结构,第1章数据库系统基本概念,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章数据库系统基本概念,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章数据库系统基本概念,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。,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,模式间的映射,数据库管理系统负责三类模式之间的映射，同时检查模式以确保一致性。DBMS必须检查每个外部模式都由概念模式导出，并且它必须使用概念模式中的信息，以完成内、外模式的映射。概念模式通过概念层到内部层的映射与内部模式相联系。,第1章数据库系统基本概念,外模式/逻辑模式映像逻辑模式/内模式映像,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,模式间的映射,3个层次的不同之处如图所示StructDoctorcharDno10;charDname15;charDsex2;intDage;charDdeptno10;charDlevel50;intDsalsry;StructDoctor*next;indexDno;indexDdeptno;,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,数据的独立性,逻辑数据独立性物理数据独立性,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,逻辑数据独立性,逻辑数据独立性是指外部模式不受概念模式变化影响。对概念模式的修改，如新实体、属性或联系的添加或删除，应该不影响已存在的外部模式，也不需要重新编写应用程序。显然，重要的修改只应由相关的用户知道，其他的用户不必知道。,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,物理数据独立性,物理数据独立性指概念模式不受内部模式变化的影响。对内部模式的修改，如使用不同的文件组织方式或存储结构、使用不同的存储设备、修改索引或散列算法，应该不影响概念模式和外部模式。对用户来讲，唯一要注意的是对性能的影响。实际上，性能变坏是改变内部模式最常见的原因。,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.4数据库管理系统,对数据进行管理的软件系统,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.4.1数据库管理系统的工作模式,第1章数据库系统基本概念,应用程序,DBMS,DB,数据请求,低层指令,数据（处理结果）,数据（查询结果）,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.4.2数据库管理系统的主要功能,数据库的定义功能数据库的操纵功能数据库的保护功能数据库的恢复数据库的并发控制数据完整性控制数据安全性控制数据库的维护功能数据字典,第1章数据库系统基本概念,DataBaseUESTC电子科技大学计算机科学数据库,1.5.1数据库系统的组成,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用户,第1章数据库系统基本概念,1.5.1数据库系统的构成,第1章数据库系统基本概念,DataB