一数据库的基本概念二数据管理发展的三个段三数

1、 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述一、数据库的基本概念一、数据库的基本概念 二、数据管理发展的三个阶段二、数据管理发展的三个阶段 三、数据库技术发展的三个阶段三、数据库技术发展的三个阶段 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述一、数据库的基本概念一、数据库的基本概念 1. 数据（数据（ data ）2. 信息（信息（information）3. 数据模型（数据模型（data model）4. 数据库数据库 db（data base）5. 数据库管理系统（数据库管理系统（ dbms ）6. 数据库系统数据库系统dbs（data base system）7. 数据库应用程序接口数据库应用

2、程序接口api（application programming interface）8. 数据库应用程序数据库应用程序ap（application program） 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 1. 1.数据数据 （datadata） 反映客观世界的事实，并可以区分其特征的符号：字反映客观世界的事实，并可以区分其特征的符号：字符、数字、文本、声音、图形、图象、图表、图片等，它符、数字、文本、声音、图形、图象、图表、图片等，它们是现实世界中客观存在的，可以输入到计算机中进行存们是现实世界中客观存在的，可以输入到计算机中进行存储和管理的。储和管理的。用数据描述的现实世界中的对象可以是

3、实在的事物，用数据描述的现实世界中的对象可以是实在的事物，如一个学生的情况：学号、姓名、性别、年龄、班级等。如一个学生的情况：学号、姓名、性别、年龄、班级等。数据也可以描述一个抽象的事物；如用文本描述一个想法，数据也可以描述一个抽象的事物；如用文本描述一个想法，用图画描述一个画面等等。这些都是数据，都可以输入到用图画描述一个画面等等。这些都是数据，都可以输入到计算机中，由计算机进行管理和操作。用数据描述客观事计算机中，由计算机进行管理和操作。用数据描述客观事物，是客观事物的特性用数据进行表示的形式，也就是数物，是客观事物的特性用数据进行表示的形式，也就是数据的语义。据的语义。 数数 据据 库库

4、 系系 统统 概概 述述 数据小到可以描述一个具体的数据，大到可以描述一数据小到可以描述一个具体的数据，大到可以描述一架飞机，一部汽车，整个宇宙。架飞机，一部汽车，整个宇宙。 用数据描述客观事物，是客观事物的特性用数据进行用数据描述客观事物，是客观事物的特性用数据进行表示的形式，也就是数据的语义。例如，对于一个学生记表示的形式，也就是数据的语义。例如，对于一个学生记录，计算机只知道某个记录中有学号，姓名，性别，年龄录，计算机只知道某个记录中有学号，姓名，性别，年龄和班级等几项数据，具体的该记录是描述一个学生，还是和班级等几项数据，具体的该记录是描述一个学生，还是描述一个职工甚至一张桌子等，计算

5、机本身并不了解，只描述一个职工甚至一张桌子等，计算机本身并不了解，只有设计人员自己清楚这个语义。有设计人员自己清楚这个语义。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 2. 2. 信息（信息（informationinformation）由原始数据经加工提炼而成的、用于决定行为、计划由原始数据经加工提炼而成的、用于决定行为、计划或具有一定语义的数据称为信息。数据和信息之间的关系或具有一定语义的数据称为信息。数据和信息之间的关系如同原料和成品，同时又具有相对性。如同原料和成品，同时又具有相对性。数据与信息在概念上是有区别的，不是所有数据都能数据与信息在概念上是有区别的，不是所有数据都能成为信息，

6、只有抽取加工之后，具有新的事实知识的数据成为信息，只有抽取加工之后，具有新的事实知识的数据才能成为信息。才能成为信息。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 数据经过加工处理之后成为信息，仍然以数据形式表现，此时数数据经过加工处理之后成为信息，仍然以数据形式表现，此时数据是信息的载体，成为人们能动地认识和改造世界的媒体。例如，某据是信息的载体，成为人们能动地认识和改造世界的媒体。例如，某经销部门看到的某个地区或商店的日销售额或月销售额，是经过累加经销部门看到的某个地区或商店的日销售额或月销售额，是经过累加一天或一个月的销售记录而得到的。这个数据，对于销售总管人员来一天或一个月的销售记录而得

7、到的。这个数据，对于销售总管人员来说是一个原始数据，他需要根据各地区各商店的销售额来规划产品的说是一个原始数据，他需要根据各地区各商店的销售额来规划产品的市场销售计划和策略，从而提高其产品的市场占有率和利润。同样的市场销售计划和策略，从而提高其产品的市场占有率和利润。同样的这个数据，对于本地或本商店的销售人员也可以看作是信息，可用来这个数据，对于本地或本商店的销售人员也可以看作是信息，可用来规划下一步的促销行动。所以数据和信息之间的关系，即是原料和成规划下一步的促销行动。所以数据和信息之间的关系，即是原料和成品之间的关系，又具有相对性。信息是经过加工并对人类社会实践和品之间的关系，又具有相对性

8、。信息是经过加工并对人类社会实践和生产实践活动产生决策作用的数据。生产实践活动产生决策作用的数据。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 3. 3. 数据模型（数据模型（data modeldata model） 数据模型是对现实世界各种事物特征的数字化的模数据模型是对现实世界各种事物特征的数字化的模拟和抽象。为了把现实世界的具体事物转换成计算机能拟和抽象。为了把现实世界的具体事物转换成计算机能处理的数据，必须用某种数据模型来抽象和描述这些数处理的数据，必须用某种数据模型来抽象和描述这些数据。所以，数据模型必须能够真实地模拟现实世界，又据。所以，数据模型必须能够真实地模拟现实世界，又能够方

9、便计算机处理。能够方便计算机处理。 不同的数据模型有不同的数据结构、不同的描述工具、对不同的数据模型有不同的数据结构、不同的描述工具、对应不同的数据库管理系统。所以，不同的数据库和数据库管理应不同的数据库管理系统。所以，不同的数据库和数据库管理系统都与相应的数据模型相关联。系统都与相应的数据模型相关联。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 4. 4. 数据库数据库 dbdb（data basedata base）数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合，也是现实世界中相互关联的大量数共享的数据集合，也是现实世界中相互关联的大量数据

10、及数据间关系的集合。数据库中的数据按一定的数据及数据间关系的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 日常生活中，我们经常提到日常生活中，我们经常提到库库一词。比如，自行车一词。比如，自行车库，汽车库、图书库、粮库和材料库等。我们所说的粮库库，汽车库、图书库、粮库和材料库等。我们所说的粮库是存放粮食的地方，材料库是存放材料的地方。顾名思义，是存放粮食的地方，材料库是存放材料的地方。顾名

11、思义，数据库是存放数据的地方。数据库中的数据必须按照一定数据库是存放数据的地方。数据库中的数据必须按照一定的结构和一定的格式存放在计算机中，更确切的说，是存的结构和一定的格式存放在计算机中，更确切的说，是存放在计算机的硬盘中。放在计算机的硬盘中。 数据库中的数据不仅仅是存放单纯的实体描述数据，数据库中的数据不仅仅是存放单纯的实体描述数据，还要存放数据之间的关系或联系。还要存放数据之间的关系或联系。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述5.5.数据库管理系统数据库管理系统dbmsdbms（data base management systemdata base management syst

12、em） dbmsdbms是对数据库中的数据进行存储和管理的软件系统。是对数据库中的数据进行存储和管理的软件系统。包括存储、管理、检索和控制数据库中数据的各种语言和包括存储、管理、检索和控制数据库中数据的各种语言和工具，是一套系统软件。工具，是一套系统软件。现在世界上已经有了很多已经成熟的现在世界上已经有了很多已经成熟的dbmsdbms软件。例如，软件。例如，大家熟悉的大家熟悉的accessaccess，foxprofoxpro，dbasedbase等小型等小型dbmsdbms软件；大软件；大型的型的dbmsdbms软件如软件如ibmibm的的db2db2，oracleoracle，sql se

13、rversql server，informixinformix等等。等等。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述6. 6. 数据库系统数据库系统dbsdbs（data base systemdata base system） 一个数据库系统，包括数据库应用系统、数据库一个数据库系统，包括数据库应用系统、数据库应用开发接口、数据库管理系统，操作系统、数据库应用开发接口、数据库管理系统，操作系统、数据库和数据库管理员和数据库管理员dbadba。 数据库是为多用户共享的，因此需要有人进行规划，设数据库是为多用户共享的，因此需要有人进行规划，设计，协调，维护和管理，负责这些工作的人员称为计，协调，

14、维护和管理，负责这些工作的人员称为dbadba。一。一般来说，数据库系统在不同的硬件和不同的操作系统下，般来说，数据库系统在不同的硬件和不同的操作系统下，运行不同的运行不同的dbmsdbms软件版本。软件版本。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述7. 7. 数据库应用程序接口数据库应用程序接口apiapi（application programming application programming interfaceinterface）数据库应用接口是由数据库应用接口是由dbmsdbms厂家为开发应用程序而提厂家为开发应用程序而提供的访问和操纵数据库中数据的接口函数、过程、对象、供的访

15、问和操纵数据库中数据的接口函数、过程、对象、类或语言等。类或语言等。 为了实现同一个应用软件对不同的为了实现同一个应用软件对不同的dbmsdbms的异构访问，出的异构访问，出现了许多通用的现了许多通用的apiapi接口，如接口，如odbcodbc、jdbcjdbc、adoado等等。但这些等等。但这些接口通常与相应的数据库应用程序开发语言相关联。如接口通常与相应的数据库应用程序开发语言相关联。如odbcodbc主要针对主要针对c c和和c+c+语言开发，语言开发，jdbcjdbc针对针对javajava语言的开发等语言的开发等。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述8. 8. 数据库应用程

16、序数据库应用程序apap（application programapplication program） 数据库应用程序是指满足某类用户要求的操纵和访问数据数据库应用程序是指满足某类用户要求的操纵和访问数据库的程序。库的程序。目前，数据库应用程序主要分为两大类：联机事务处理目前，数据库应用程序主要分为两大类：联机事务处理oltpoltp和联机分析处理和联机分析处理olapolap。连机事务处理连机事务处理oltp(onoltp(on line transaction processing) line transaction processing)：对用户的操作命令响应快、每次操作涉及的数据量少

17、。对用户的操作命令响应快、每次操作涉及的数据量少。连机分析处理连机分析处理olap(onolap(on line analytical processing) line analytical processing)：支持决策支持系统。需要在数据仓库的基础上，进行联机分析支持决策支持系统。需要在数据仓库的基础上，进行联机分析处理，每次处理的数据量大，响应时间长。它需要由历史数据、处理，每次处理的数据量大，响应时间长。它需要由历史数据、由多个数据来源的数据得到有指导意义的信息。由多个数据来源的数据得到有指导意义的信息。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 我们日常看到和用到最多的是联机事务处

18、理的应用程序，我们日常看到和用到最多的是联机事务处理的应用程序，如银行存取款系统、飞机火车订票系统、学生选课系统、图书如银行存取款系统、飞机火车订票系统、学生选课系统、图书馆查询管理系统、企业信息管理系统等。对这些系统，通常要馆查询管理系统、企业信息管理系统等。对这些系统，通常要求用户发出命令后，响应速度要快，但每次操作涉及的数据量求用户发出命令后，响应速度要快，但每次操作涉及的数据量少。少。 联机分析处理是支持决策系统的，需要在数据仓库的基础联机分析处理是支持决策系统的，需要在数据仓库的基础上，进行联机分析处理，每次处理的数据量大，响应时间长。上，进行联机分析处理，每次处理的数据量大，响应时

19、间长。它需要由历史数据、由多个数据来源的数据得到有指导意义的它需要由历史数据、由多个数据来源的数据得到有指导意义的信息。例如，分析第一季度北京市电脑销售情况，要对各种型信息。例如，分析第一季度北京市电脑销售情况，要对各种型号的电脑、各个销售点的销售情况进行汇总和处理。可能还要号的电脑、各个销售点的销售情况进行汇总和处理。可能还要与上一季度的销售情况、或上一年同期的销售情况进行比较，与上一季度的销售情况、或上一年同期的销售情况进行比较，查看销售趋势，分析市场的行情等。查看销售趋势，分析市场的行情等。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述二、数据管理发展的三个阶段二、数据管理发展的三个阶段 计

20、算机技术用于数据管理，是指利用计算机的软件、计算机技术用于数据管理，是指利用计算机的软件、硬件对数据进行存储、检查、维护并实现对数据的各种运硬件对数据进行存储、检查、维护并实现对数据的各种运算和操作。算和操作。 利用计算机进行数据管理主要分为三个阶段：利用计算机进行数据管理主要分为三个阶段： 1. 手工管理阶段手工管理阶段 2. 文件系统管理阶段文件系统管理阶段 3. 数据库系统管理阶段。数据库系统管理阶段。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述1 1手工管理阶段手工管理阶段计算机出现的初期，主要用于科学计算，没有大计算机出现的初期，主要用于科学计算，没有大容量的存储设备。人们把程序和要计

21、算的数据通过打容量的存储设备。人们把程序和要计算的数据通过打孔的纸带送入计算机中，计算的结果由用户自己手工孔的纸带送入计算机中，计算的结果由用户自己手工保存。处理方式只能是批处理保存。处理方式只能是批处理, , 数据不共享，不同程数据不共享，不同程序不能交换数据。序不能交换数据。 应用程序中用到的数据都要由程序员规定好数据的存应用程序中用到的数据都要由程序员规定好数据的存储结构和存取方式等。一组数据只能面向一个应用程序，储结构和存取方式等。一组数据只能面向一个应用程序，不能实现多个程序的共享数据。不同程序不能直接交换数不能实现多个程序的共享数据。不同程序不能直接交换数据，数据没有任何独立性。据

22、，数据没有任何独立性。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述2 文件管理阶段文件管理阶段到了到了20世纪世纪60年代，计算机硬件的发展出现了磁年代，计算机硬件的发展出现了磁带、磁鼓等直接存取设备。软件的发展是操作系统提带、磁鼓等直接存取设备。软件的发展是操作系统提供了文件管理系统。数据的处理方式不仅由批处理，供了文件管理系统。数据的处理方式不仅由批处理，也能够进行联机实时处理。用文件系统管理数据具有也能够进行联机实时处理。用文件系统管理数据具有如下特点：如下特点：（1） 一个应用程序对应一组文件，不同的应用一个应用程序对应一组文件，不同的应用系统之间可以经过转化程序共享数据，多个应用程序系

23、统之间可以经过转化程序共享数据，多个应用程序可以设计成共享一组文件，但多个应用程序不能同时可以设计成共享一组文件，但多个应用程序不能同时访问共享文件组访问共享文件组, 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 （2） 大量的应用数据以记录为单位可以长期保留在数据文件中，大量的应用数据以记录为单位可以长期保留在数据文件中，可以对文件中的数据进行反复地查询、增加、删除和修改等操作。可以对文件中的数据进行反复地查询、增加、删除和修改等操作。这些操作是由操作系统提供的文件存取接口来实现。这些操作是由操作系统提供的文件存取接口来实现。（3） 数据的独立性差：由于文件的逻辑结构和物理结构是由操数据的独立性

24、差：由于文件的逻辑结构和物理结构是由操作系统的文件管理软件实现，应用程序和数据之间由文件系统提作系统的文件管理软件实现，应用程序和数据之间由文件系统提供的存取方法进行数据交换。所以，应用程序和数据之间有一定供的存取方法进行数据交换。所以，应用程序和数据之间有一定的独立性。的独立性。但是，因为文件仍然是面向特定应用程序，一旦文件的逻辑但是，因为文件仍然是面向特定应用程序，一旦文件的逻辑结构改变，应用程序也要改变。同理，当应用程序改变时，也会结构改变，应用程序也要改变。同理，当应用程序改变时，也会引起文件结构的改变。引起文件结构的改变。（4） 数据的共享性差，冗余大：由于文件之间是孤立的，无联数据

25、的共享性差，冗余大：由于文件之间是孤立的，无联系的，每个文件又是面向特定应用的，应用程序之间的不同数据系的，每个文件又是面向特定应用的，应用程序之间的不同数据仍要各自建立自己的文件，无法实现数据的共享，就会造成数据仍要各自建立自己的文件，无法实现数据的共享，就会造成数据的冗余。的冗余。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述3 3 数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段 （1 1） 数据库具有面向各种应用的数据组织和结构。数据库具有面向各种应用的数据组织和结构。 文件系统中，每个文件面向一个应用程序。而现实生文件系统中，每个文件面向一个应用程序。而现实生活中，一个事物或实体，含有多方面的应用数

26、据。例如，活中，一个事物或实体，含有多方面的应用数据。例如，一个学生的全部信息，包括学生的人事信息，学生的学籍一个学生的全部信息，包括学生的人事信息，学生的学籍和成绩信息，还有学生健康方面的信息。这些不同的数据和成绩信息，还有学生健康方面的信息。这些不同的数据对应人事部门的应用，教务部门的应用和健康部门的应用。对应人事部门的应用，教务部门的应用和健康部门的应用。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 对学生的全部信息，如果采用文件系统，至少要建立三对学生的全部信息，如果采用文件系统，至少要建立三个独立的文件，都要存储学生的姓名、学号、年龄、性别等个独立的文件，都要存储学生的姓名、学号、年龄

27、、性别等学生的基本信息。如果采用数据库系统管理，在数据库设计学生的基本信息。如果采用数据库系统管理，在数据库设计的时候，就要考虑学生的各种应用信息，设计面向各种应用的时候，就要考虑学生的各种应用信息，设计面向各种应用的数据结构。如学生的人事数据、学生的学籍数据、学生的的数据结构。如学生的人事数据、学生的学籍数据、学生的健康数据等。使整个实体的多方应用的数据具有整体的结构健康数据等。使整个实体的多方应用的数据具有整体的结构化描述。也为数据针对不同应用的存取方式提供各种灵活性。化描述。也为数据针对不同应用的存取方式提供各种灵活性。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 （2 2） 具有高度的数

28、据独立性。具有高度的数据独立性。 数据结构可分为数据的物理存储结构和数据的逻辑结构。数据结构可分为数据的物理存储结构和数据的逻辑结构。数据的物理存储结构是指数据在计算机物理存储设备数据的物理存储结构是指数据在计算机物理存储设备（硬盘）上的存储结构。在数据库中，数据在磁盘上的存（硬盘）上的存储结构。在数据库中，数据在磁盘上的存储结构是由储结构是由dbmsdbms来管理和实现的，用户或应用程序不必关来管理和实现的，用户或应用程序不必关心。应用程序直接与数据的逻辑结构相关。心。应用程序直接与数据的逻辑结构相关。 数据的逻辑结构又分为局部逻辑结构和全局逻辑结构。数据的逻辑结构又分为局部逻辑结构和全局逻

29、辑结构。而不同的应用程序只与自己局部数据的逻辑结构相关。例而不同的应用程序只与自己局部数据的逻辑结构相关。例如，学生的人事部门的应用程序与学生的人事数据相关，如，学生的人事部门的应用程序与学生的人事数据相关，健康部门只关心学生的健康数据，教务部门只关心学生的健康部门只关心学生的健康数据，教务部门只关心学生的学习成绩和选课数据。学习成绩和选课数据。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 （3） 实现数据的高度共享并保证数据的完整性和安全性实现数据的高度共享并保证数据的完整性和安全性由数据库管理系统管理的数据可以提供多个用户或应由数据库管理系统管理的数据可以提供多个用户或应用程序同时并发访问同

30、一个数据库中的数据记录或同一个用程序同时并发访问同一个数据库中的数据记录或同一个数据项，并要保证数据的安全性、完整性和永久的数据存数据项，并要保证数据的安全性、完整性和永久的数据存储，因此，储，因此，dbms要提供以下的四种控制机制：要提供以下的四种控制机制： 多用户并发多用户并发(concurrency) dbms提供并发机制和协调机制，保证在多个应用程提供并发机制和协调机制，保证在多个应用程序同时并发访问、存取和操作数据库数据时，不产生任何序同时并发访问、存取和操作数据库数据时，不产生任何冲突，数据不遭到破坏。冲突，数据不遭到破坏。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述 数据完整性数据

31、完整性(integrity) dbms提供数据完整性的检查机制，避免不合法的提供数据完整性的检查机制，避免不合法的数据进入数据库中，确保数据库数据的正确性、有效性数据进入数据库中，确保数据库数据的正确性、有效性和相容性。和相容性。 数据安全性数据安全性(security) dbms提供安全保密机制，防止没有授权的用户不提供安全保密机制，防止没有授权的用户不能进入系统或不能更改数据或不能访问数据等。能进入系统或不能更改数据或不能访问数据等。 数据库恢复（数据库恢复（recovery）机制）机制当软件、硬件或系统运行出现各种故障时，要确保当软件、硬件或系统运行出现各种故障时，要确保存储在数据库的数据不被丢失和破坏。使数据库中存储存储在数据库的数据不被丢失和破坏。使数据库中存储的数据是永久性的数据。的数据是永久性的数据。 数数 据据 库库 系系 统统 概概 述述三、数据库技术发展的三个阶段三、数据库技术发展的三个阶段1. 1. 第一代：层次和网状数据库第一代：层次和网状数据库