数据库课件第1章 数据库基础知识

数据库技术及应用

——基于SQLServer2016和MongoDB第1章数据库基础知识第1章数据库基础知识1.1数据、信息与数据处理1.2大数据概述1.3数据管理技术的产生与发展1.4数据库系统的组成1.5数据库系统的结构数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB2使用数据库的必要性存储数据的方法第一种方法：用大脑来记住数据第二种方法：写在纸上第三种方法：写在计算机的内存中第四种方法：写成磁盘文件……数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB3使用数据库的必要性“信息爆炸”面临的问题数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB4存储信息爆炸访问共享安全使用数据库的必要性信息时代数据容量海量增长KB,MB,GB,TB,PB,EB,ZB,YB.....对数据进行分析和处理可以产生巨大的经济效益天气预报、电子商务、银行、股市传统的方法不能满足需求数据库可以解决这些问题数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB5使用数据库的必要性数据库可以提供高效存储高效访问数据共享数据安全数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB6使用数据库的必要性数据库技术产生于60年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学与技术的重要分支。数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。著名未来学家阿尔文

托夫勒指出：“谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界”。数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB71.1数据、信息与数据处理数据(Data)是数据库中存储的基本对象；数据的定义：描述事物的符号记录，是信息的符号表示，或称载体；数据的种类：数字、文本、图形、图像、声音、视频、学生的档案记录(40951001,王二小，男，1988，内蒙，tx1201)等。信息：数据的内涵，是数据的语义解释。数据处理：将数据转换成信息的过程，包括对数据收集、存储、分类、加工、检索、维护等一系列活动。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB81.1数据、信息与数据处理数据是信息的载体数据是信息的表述方式信息是从数据而来的知识数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB9信息系统加工处理数据信息1.2大数据概述“超大规模数据库”这个词是20世纪70年代中期出现的，是指数据库中管理的数据集有数百万条记录。“海量数据”则是21世纪初出现的词，用米描述更大的数据集以及更加丰富的数据类型。对于大数据（BigData）的定义，不同的研究机构基于不同的角度给出不同的定义。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB101.2大数据概述大数据的特征：IBM公司归纳为5个VVolume（容量大）Variety（多样性）Velocity（存取速度快）Value（低价值密度）Veracity（真实性）数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB111.2大数据概述大数据与传统数据的对比数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB121.2大数据概述大数据的作用对大数据的分析正成为新一代信息技术融合应用的焦点。大数据是信息产业持续高速增长的新引擎。大数据的利用将成为提高核心竞争力的关键因素。大数据时代科学研究的方法手段将发生重大改变。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB131.3数据管理技术的产生与发展数据管理技术的发展经历了5个阶段：人工管理阶段文件系统管理阶段数据库系统管理阶段高级数据库系统管理阶段新兴数据管理阶段数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB141.3数据管理技术的产生与发展人工管理阶段数据不保存应用程序管理数据数据不具有独立性和共享性数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB15学生管理程序学生数据集合人事管理程序教工数据集合教务管理程序选课数据集合1.3数据管理技术的产生与发展文件系统管理阶段数据可以长期保存在外存储设备上由文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据独立性差数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB16学生管理程序学生数据文件人事管理程序教工数据文件教务管理程序选课数据文件文件管理系统简单、方便、低效率1.3数据管理技术的产生与发展文件系统管理阶段学生记录（学号，姓名，性别，系）教师记录（编号，姓名，系）课程记录（课程号，课程名，学分，教师）成绩记录（学号，姓名，课程名，成绩）查询学生李明的英语学习成绩和学分数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB171.3数据管理技术的产生与发展文件系统管理阶段数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB18外存储器数据输入程序数据输入程序数据文件数据文件1.3数据管理技术的产生与发展文件系统管理阶段数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB19外存储器查询程序王强长沙市五一路10号1300240731-487451901090103查询程序例如：数据查询与报表1.3数据管理技术的产生与发展数据库系统管理阶段数据结构化并与程序分离数据的共享性高，冗余度低，易扩充（集中存储）数据独立性高数据由数据库管理系统统一控制数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB20学生管理程序人事管理程序教务管理程序数据库管理系统数据库1.3数据管理技术的产生与发展数据库系统管理阶段物理独立性用户的应用程序与数据库中数据相互独立。当数据的存储格式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响应用程序。逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序不用改变。数据独立性由DBMS的二级映像功能来保证。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB211.3数据管理技术的产生与发展高级数据库系统管理阶段20世纪70年代，层次型、网状、关系3大数据库系统奠定了数据库技术的概念、原理和方法。从20世纪80年代以来，数据库技术在商业领域的巨大成功刺激了其他领域对数据库技术需求的迅速增长。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB221.3数据管理技术的产生与发展高级数据库系统管理阶段面向对象数据库系统：通过类似面向对象语言的语法操作数据库，通过对象的方式存取数据，比较典型的代表是db4o和Versant。易维护。质量高。效率高。易扩展。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB231.3数据管理技术的产生与发展高级数据库系统管理阶段分布式数据库系统基本思想是将原来集中式数据库中的数据分散存储到多个通过网络连接的数据存储节点上，以获取更大的存储容量和更高的并发访问量。例如，Hadoop的分布式文件系统HDFS，作为开源的分布式平台，为目前流行的诸如HBase等分布式数据库提供了支持。BigTable（谷歌）、Mongodb等。分布式数据库系统的特点：（1）高可扩展性；（2）高并发性；（3）高可用性。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB241.3数据管理技术的产生与发展高级数据库系统管理阶段分布式数据库系统数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB251.3数据管理技术的产生与发展高级数据库系统管理阶段并行数据库：利用并行计算机技术使数个、数十、甚至成百上千台计算机协同工作，实现并行数据管理和并行查询功能，提供一个高性能、高可靠性、高扩展性的数据库管理系统，能够快速查询大数据量并处理大量的事务。并行数据库的目标是通过多个处理结点并行执行数据库任务，以提高整个数据库系统的性能和可用性。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB261.3数据管理技术的产生与发展新兴数据管理阶段NoSQL数据库：其改变了关系数据库中以元组和关系为单位进行数据建模的方法，开始支持数据对象的多样性和复杂性。与关系数据库相比，NoSQL数据库高度关注数据高并发读写和海量数据的存储，在架构和模型方面做了简化，且在扩展性和并发等方面进行了增强。虽然NoSQL数据库有很多，但其采用的主要数据模型只有4种，分别是关键字-值模型（Key-Value）、列存储模型（Column-oriented）、文档模型（Document）和图存储模型。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB271.3数据管理技术的产生与发展新兴数据管理阶段NoSQL数据库当前主流的NoSQL数据库数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB281.3数据管理技术的产生与发展新兴数据管理阶段云数据库：目前主要有如下3种形式的云计算。IaaS（Infrastructure-as-a-Service，基础设施即服务）。消费者通过互联网可以从完善的计算机基础设施获得服务，例如硬件服务器租用。SaaS（Software-as-a-Service，软件即服务）。它是一种通过互联网提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动。PaaS（Platform-as-a-Service，平台即服务）。PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB291.3数据管理技术的产生与发展新兴数据管理阶段云数据库：典型的云数据库产品数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB301.4数据库系统的组成数据库系统（DatabaseSystem，DBS）数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB311.4数据库系统的组成数据库数据库（Database）是存放数据的仓库。数据库是指长期存储在计算机内大量的、有结构、可共享的数据集合。数据库的基本特征如下：数据库中的数据按一定的数据模型（结构）进行组织、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（多个用户同时使用同一个数据库中的数据），数据库本身不是独立存在的，它是组成数据库系统的一部分。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB321.4数据库系统的组成数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）DBMS是管理数据库的系统软件，是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它是数据库系统的核心组成部分。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB331.4数据库系统的组成数据库管理系统数据库管理系统的主要功能：数据定义功能：用于科学地组织和存储数据。数据操纵功能：用于高效地维护数据，对数据库中的数据进行插入、修改、删除操作。数据查询功能：用于高效地获取数据。数据控制功能：数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理、统一控制。数据库的建立和维护功能。数据通信。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB341.4数据库系统的组成数据库管理系统数据库管理系统的工作模式数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB351.4数据库系统的组成数据库管理系统常用的数据库管理系统数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB361.4数据库系统的组成数据库管理系统人员主要是指开发、设计、管理和使用数据库的人员，包括数据库管理员、系统分析人员、数据库设计人员、应用程序开发人员和最终用户。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB371.5数据库系统的结构可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。数据库系统内部结构：从DBMS的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，即外模式、模式和内模式。数据库系统外部结构从数据库最终用户的角度看，数据库系统的结构分为集中式数据库系统、客户/服务器数据库系统、分布式数据库系统、浏览器/服务器数据库系统。数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB381.5数据库系统的结构数据库系统的三级模式结构为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，即外模式、模式和内模式。根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图分为三种对应于用户的外部视图对应于应用程序员的概念视图对应于系统程序员的内部视图数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB391.5数据库系统的结构数据库系统的三级模式结构数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB40外模式模式（概念模式或逻辑模式）内模式1.5数据库系统的结构数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB41图书信息出版社名称字符型20书名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型

作者著书信息作者姓名字符型20书名字符型30出版社出书类型出版社名称字符型20书名字符型30类型字符型1

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外模式模式内模式1.5数据库系统的结构模式（Schema，也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB421.5数据库系统的结构外模式（ExternalSchema）也称子模式或用户模式数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB431.5数据库系统的结构外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求外模式与应用的关系：同一外模式也可以为多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB441.5数据库系统的结构内模式（InternalSchema）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式

记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储）

索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密一个数据库只有一个内模式数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB451.5数据库系统的结构数据库的两级映像三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式\模式映像模式\内模式映像数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB461.5数据库系统的结构外模式／模式映象保证数据的逻辑独立性同一个模式可以有任意多个外模式，外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系；当模式改变时，外模式／模式映象使外模式保持不变；应用程序是依据数据的外模式编写的，从而不必修改应用程序，保证了数据与程序的逻辑独立性数据库技术及应用——基于SQLServer2016和M