数据组织与管理

数据组织与管理第1页/共31页计算机科学导论9-数据组织与管理第2页/共31页数据组织与管理3第3页/共31页4数据组织与管理数据管理基础数据管理即运用计算机对大量数据进行组织、管理及利用，是现代信息科学与技术的重要组成部分。数据管理技术研究如何组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。第4页/共31页数据管理基础数据管理技术的发展5第5页/共31页数据管理基础数据库（database）从20世纪60年代中期产生到现在，经历了三代演变，发展成为以数据建模和数据库管理系统核心技术为主、内容丰富的一门学科，带动了一个巨大的软件产业——DBMS产品及其相关工具和解决方案。数据库技术取得了巨大的成功：第一代层次与网络数据库系统第二代关系数据库系统第三代以面向对象数据模型为主要特征的新一代数据库系统。6数据库技术的发展第6页/共31页数据模型数据模型是对事物及其特征的模拟和抽象。包括静态的属性描述和动态的行为描述。7数据模型的要素数据结构：描述系统的静态特性。数据操作：描述系统的动态特性。约束条件：数据及其联系所具有的制约和依存规则，以保证数据的正确性、有效性和相容性。数据管理基础第7页/共31页为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型，人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。数据库建模的步骤为：概念模型→逻辑模型→物理模型。8数据管理基础数据模型第8页/共31页（1）概念模型把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，与具体的数据库管理系统无关，是概念级的模型，称为概念模型。用户与数据库设计人员之间进行交流的语言，应有较强的语义表达能力又要简单、清晰、易于用户理解。最常用的表示方法是P.P.S.Chen于1976年提出的实体-联系方法，用E-R图来描述实体（客观存在并可相互区别的事物）、属性（描述实体或联系的特性）和联系的方法。9数据管理基础第9页/共31页E-R图10数据管理基础第10页/共31页（2）逻辑模型逻辑模型是数据库系统的核心和基础。各种DBMS都是基于某种数据模型的。层次模型网状模型关系模型面向对象模型11数据管理基础第11页/共31页层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体之间的联系。每个结点表示一个记录类型。每个记录类型可以包含若干个字段，字段描述实体的属性。箭头表示父结点-子结点关系，只能描述一对多关系。12数据管理基础第12页/共31页网状模型网状模型可以表示现实世界中实体之间多对多的联系。每个结点表示一个记录类型，每个记录类型可包含若干个字段。在具体实现上，只支持一对多的联系，对于记录间的多对多联系，可以将其转换为一对多联系。13数据管理基础第13页/共31页关系模型关系模型的逻辑结构就是一张二维表。表中的一行称为一个元组（记录），表中的一列称为一个属性（字段）。学号姓名性别系别年级0909101张明男计算机系20090909102王梦月女计算机系20090808204李丽女外语系20080809219关珊女外语系200814数据管理基础第14页/共31页面向对象模型在面向对象数据模型中，基本结构是对象而不是记录，一切事物、概念都可以看作对象。一个对象不仅包括描述它的数据，而且还包括对其进行操作的方法的定义。15数据管理基础第15页/共31页16数据组织与管理数据库系统数据库系统（DataBaseSystem，DBS）是一个采用了数据库技术，有组织地、动态地存储大量相关数据，方便用户访问的计算机系统。第16页/共31页数据库系统

计算机系统数据库（DataBase，DB）数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）相关人员：系统分析员和数据库设计人员，应用程序员，最终用户，数据库管理员。17数据库系统的构成第17页/共31页数据库系统

数据结构化。

数据共享性高、冗余度低、易扩充。

数据独立性高。

数据由数据库管理系统统一管理和控制。18数据库系统的特点第18页/共31页从最终用户角度看，数据库系统分为*集中式数据库系统、*客户机/服务器（Client/Server，C/S）体系结构、*并行数据库系统*分布式数据库系统19数据库系统

数据库系统体系结构第19页/共31页三级模式：外模式、模式、内模式。两层映像：外模式/模式映像，模式/内模式映像，由数据库管理系统来实现。内模式与数据库物理存储之间的转换则由操作系统来完成。20数据库系统

数据库系统模式结构第20页/共31页随着Internet技术的发展，越来越多的数据库应用软件运行在Internet环境下，出现了浏览器/服务器（B/S）结构与多层结构。1）客户机/服务器结构。客户机/服务器结构是非常流行的数据库系统结构，主要有二层C/S结构和三层C/S结构。2）浏览器/服务器结构。基于浏览器/服务器结构的典型应用通常采用三层结构，即“浏览器-Web服务器-数据库服务器”。21数据库系统

网络数据库第21页/共31页22数据组织与管理数据库管理系统数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）是一种操纵和管理数据库的系统软件，它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过数据库管理系统访问数据库中的数据，数据库管理员也通过数据库管理系统进行数据库的维护工作。第22页/共31页数据库管理系统数据库管理系统位于操作系统与用户应用之间，用户或应用程序各种操作数据库中数据的命令，都要通过数据库管理系统来执行。DBMS工作模式23数据库管理系统第23页/共31页数据库管理系统数据定义功能：定义数据库的结构、各模式之间的映像和完整性约束等。数据操纵功能：提供查询、插入、更新或删除数据等功能。数据库运行管理功能：数据的安全性、完整性和并发控制等，以确保数据正确有效。数据库的建立和维护功能：初始数据的装入，数据库的转储、恢复，系统性能监视、分析等功能。数据通信的功能：与操作系统协调完成数据的传输功能。24数据库管理系统的功能第24页/共31页数据库管理系统数据定义语言(DDL)及其翻译处理程序数据操纵语言(DML)及其编译(或解释)程序数据库运行控制程序实用程序25数据库管理系统的组成第25页/共31页数据库管理系统数据库管理系统要根据实际需求和技术要求进行选择。一般可考虑如下原则：（1）构造数据库的难易程度。（2）支持程序开发的难易程度。（3）数据库管理系统的性能分析。（4）扩展支持能力与安全性。（5）支持多种文字处理能力。（6）数据恢复能力。26数据库管理系统的选择第26页/共31页数据库管理系统数据库系统作为信息的聚集体，其数据安全相关问题成为人们高度关注的重点。每种数据库管理系统都会提供一些安全性控制方法供数据库管理员选用。主要安全策略包括：用户标识与鉴别，授权机制，视图机制，数据加密和安全审计等。27数据库管理系统的安全策略第27页/共31页分布式数据库一组数据集，逻辑上它们属于同一个系统，而物理上它们分散在用计算机网络连接的多个场地上，并统一管理。28数据库管理系统特殊数据库管理系统并行数据库并行系统通过并行地使用多个CPU和磁盘来提高处理速度和I/O速度多媒体数据库指能够存储和管理相互关联的多媒体数据的集合。空间数据库指地理信息系统在计算机上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般以特定结构的文件的形式组织在存储介质之上。第28页/共31页常见的数据库管理系统数据库管理系统产品众多，如Oracle、DB2、Sybase、SQLServer、MySQL、Access等，这些产品各以自己特有的功能，在数据库市场