数据库PPT第1章 数据库系统概述

数据库系统概论第1章主要内容理解数据库基本概念01了解数据管理技术的产生与发展02了解数据库的体系结构03

1、信息信息（Information）就是对各种事物的存在方式、运动状态和相互联系特征的一种表达和陈述，是自然界、人类社会和人类思维活动普遍存在的一切物质和事物的属性，它存在于人们的周围。§1.1数据库基本概念

2、信号信号（Signal）是信息的物理载体，如电信号、光信号、磁信号等。信息需要以某种信号的形式体现出来。信号可能携带某些信息。

3、数据数据（Data）是信号的符号化表示。如身高数据、薪酬数据、道路畅通指数数据、语音数据、视频数据等等。数据（Data）是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。数据用型和值来表示，数据的型是指数据内容存储在媒体上的具体形式；数据的值是指所描述的客观事物的具体特性。

如一个人的身高可以表示为“1.80”或“1米8”，其中“1.80”和“1米8”是值，但这两个值的型是不一样的，一个用实数来描述，而另一个用字符串来描述。

数据+语义才得到信息数据不仅包括数字、文字形式，而且还包括图形、图像、声音、动画等多媒体数据。§1.1数据库基本概念：数据大数据（BigDate）的4个V特征：Volume、Velocity、Variety、Veracity数据体量大。指大型数据集，从TB级越到PB级数据处理速度快。在数据量非常庞大的情况下，要做到对数据的实时处理数据多样性。数据类型多，既包括传统格式数据，也包括来自互联网的网络日志、视频、图片、地理位置信息等。数据的真实性。追求有价值的数据。§1.1数据库基本概念：大数据数据处理也称信息处理，是指将信息转换成数据的过程。数据处理的内容主要包括数据的采集、组织、整理、存储、加工、维护、查询和传播等一系列活动。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律和它们之间固有的联系，通过分析、归纳、推理等科学手段，提取出有效的信息资源。§1.1数据库基本概念：数据处理数据处理的工作分为以下3个方面。数据管理。主要任务是收集信息，将信息用数据表示并按类别组织保存。数据传播。通过数据传播，信息在空间或时间上以各种形式传递。数据加工。主要任务是对数据进行变换、抽取和运算。数据库（DataBase，DB）是按照一定结构组织并长期存储在计算机内的、可共享的大量数据的集合。其特点：持久性：保证数据能大量地、长期地存储结构化：按照一定的结构（数据模型）来组织数据，数据间有联系有语义可共享：方便为不同的应用服务

它将数据按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、可被各类用户共享等特点。§1.1数据库基本概念：数据库数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）是组织管理数据的软件系统，位于用户与操作系统（OS）之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制，它是数据库系统的核心。§1.1数据库基本概念：数据库管理系统数据库管理系统一般由计算机软件公司提供，目前比较流行的DBMS有Oracle、MySQL、SQLServer、PostgreSQL、MongoDB、Access等。§1.1数据库基本概念：数据库管理系统MySQL排名：来自/en/ranking数据库管理系统的主要功能：数据定义功能：DBMS提供数据定义语言（DataDefinitionLanguage，DDL），用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。数据操纵功能：DBMS还提供数据操纵语言（DataManipulationLanguage，DML），用户可以使用DML操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。数据库的运行管理：数据库在创建、运用和维护时由DBMS统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。数据库的创建和维护功能：数据库的创建和维护功能包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能通常是由一些实用程序完成。§1.1数据库基本概念：数据库管理系统数据库应用系统（DataBaseApplicationSystem）凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据库应用系统。数据库应用系统的应用非常广泛，它可以用于事务管理、计算机辅助设计、人工智能等系统中。§1.1数据库基本概念：数据库应用系统教务管理系统、网络销售系统、工资管理系统、票务系统、银行系统、远程医疗系统、人脸识别系统等等。§1.1数据库基本概念：数据库应用系统在计算机应用系统中加入了数据库系统，就构成了数据库应用系统。主要包括如下组成部分：硬件平台

：系统搭建所需的物理设备，包括计算机设备、存储设备和网络通信设备等；软件平台：运行在硬件平台上的系统软件；数据库：存储在存储设备中的所有数据的集合；数据库管理系统：进行数据组织、维护等管理的系统；数据库管理员：构建、运行、维护数据库的维护的运行管理人员；计算机应用系统：运行在数据库上的特定应用软件；用户：数据库的使用者。§1.2数据管理技术的产生与发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段20世纪50年代前期，计算机主要用于科学计算，数据处理都是通过手工方式进行的。当时的计算机上没有专门管理数据的软件，也没有像磁盘这样可以随机存取的外部存储设备。数据由计算或处理它的程序自行携带，数据和应用程序一一对应。因此，这一时期计算机数据管理的特点是：数据的独立性差，数据不能被长期保存，数据的冗余度大等。人工管理阶段应用程序与数据之间的关系如下图所示：§1.2数据管理技术的产生与发展：人工管理阶段20世纪50年代后期至60年代中后期，磁盘成为计算机的主要外存储器。在软件方面，出现了高级语言和操作系统。在此阶段，数据以文件的形式进行组织，并能长期保留在外存储器上，用户能对数据文件进行查询、修改、插入和删除等操作。程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储，然而依旧存在数据的冗余度大及数据的不一致性等缺点。文件系统阶段应用程序与数据之间的关系如下图所示：§1.2数据管理技术的产生与发展：文件系统阶段§1.2数据管理技术的产生与发展：文件系统阶段文件系统管理数据的主要不足：数据独立性差：应用程序与数据文件的耦合性强，特定格式的数据文件只能有特定的程序才能操作。数据文件的冗余性高：数据文件数据有很高的冗余度，不可避免有大量重复，造成存储资源的浪费。数据共享性弱：难以在不同应用程序之间传输和共享。数据的安全性低：数据难以实现按授权分别访问的需求，在安全性方面有很大的缺陷。维护成本高：数据文件和应用程序的强耦合性对于系统的维护也带来了极大的不便。20世纪60年代后期，计算机的硬件和软件都有了进一步的发展，信息量的爆炸式膨胀带来了数据量的急剧增长，为了解决日益增长的数据量带来的数据管理上的严重问题，数据库技术逐渐发展和成熟起来。文件系统阶段应用程序与数据之间的关系如下图所示：

数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据进行统一、集中、独立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整和安全，提高了数据管理效率。在应用程序和数据库之间有数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，DBMS)。数据库管理系统对数据的处理方式与文件系统不同，它把所有应用程序中使用的数据汇集在一起，并以记录为单位存储起来，便于应用程序使用。§1.2数据管理技术的产生与发展：数据库系统阶段§1.2数据管理技术的产生与发展：数据库系统阶段数据库系统管理数据的特点：数据独立性强：数据管理可以独立完成，不需要再依赖应用程序来直接管理数据。数据冗余度低：从整体上组织和设计数据的逻辑模式和存储模式，使得数据中的各个实体与属性可以独立存在，降低存储的冗余度。数据一致性高：使用数据库统一管理数据，保证数据在数据库中的一致性。数据共享性好：数据面向所有外部调用，不再服务于某一程序，数据的共享得以实现。数据的安全性强：有完善的权限管理，没有经过授权的数据访问是不被接受的。管理效率高：把数据管理任务从应用系统中分离出来，由专门人员管理，效率高。模式的概念§1.3数据库系统的体系结构数据的“型”和“值”：“型”主要指的是对各种数据的属性和结构的定义与描述。它是各种具体数据的抽象与提炼，描述出具体数据共有的特征。“值”则是具体数据实例的描述，是刻画事物各方面属性的定性或定量的具体值。

型：客户（编号，姓名，性别，注册日期，电话）

值：（'101’，‘薛为民’，‘男’，‘2012-01-09’，‘16800001111’）数据库的模式：数据库的所有型的集合，称为该数据库的模式（Schema）。模式是数据库中全体数据结构和特征的描述。构造数据库模式（数据建模）：三个世界的映射现实世界中客观对象的抽象过程如下图所示：§1.3数据库系统的体系结构§1.3数据库系统的体系结构数据库的三级模式结构是数据3个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS去处理，用户只要抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储，这样就减轻了用户使用系统的负担。三级结构之间差别往往很大，为了实现这3个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级结构之间提供了两级映像(Mapping)：外模式-模式映像、模式-内模式映像。正是这两级映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。外模式处于用户级，也称为用户视图（VIEW），它最接近用户，是单个用户看到并获准使用的那部分数据的逻辑结构；模式又叫概念模式，是对数据库所有用户的数据的整体逻辑描述，是所有外模式的全体；内模式处于物理级，又称为存储模式。§1.3数据库系统的体系结构三级模式，两级映射外模式处于用户级，也称为用户视图（VIEW），它最接近用户，是单个用户看到并获准使用的那部分数据的逻辑结构；模式又叫概念模式，是对数据库所有用户的数据的整体逻辑描述，是所有外模式的全体；内模式处于物理级，又称为存储模式。§1.3数据库系统的体系结构三级模式，两级映射模式实际上是数据库数据在概念级上的完整抽象，一个数据库只有一个模式。§1.3数据库系统的体系结构：模式模式（Schema）也称概念模式（ConceptualSchema）或逻辑模式，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也不涉及具体的应用程序及所使用的应用开发工具和高级程序设计语言。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，例如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名称、类型、取值范围等，而且还要定义数据项之间的联系，定义不同记录之间的联系，以及定义与数据有关的完整性、安全性等要求。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。§1.3数据库系统的体系结构：外模式外模式（ExternalSchema）也称子模式（Subschema）或用户模式，它是对数据库用户（包括程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，即个别用户涉及的数据的逻辑结构。

外模式是保证数据库安全性的一个有效措施，每个用户只能看见或访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的。§1.3数据库系统的体系结构：内模式内模式（InternalSchema）也称存储模式（StorageSchema）或物理模式，一个数据库只有一个内模式。内模式是对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。例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定等。

内模式的设计目标是将系统的模式（全局逻辑结构）组织成最优的物理模式，以提高数据的存取效率，改善系统的性能指标。模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构，对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映像是