第1章 -1数据库系统概述

PrincipleandApplicationofDatabaseSystemAnQingNormalUniversity

DepartmentofComputer&Information数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDatabaseSystem安庆师范学院计算机与信息学院吴自文Telq:314630610

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库技术的产生

数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。产生到今天仅仅50余年，但取得辉煌成就：经历了三代演变：层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族造就了三位图灵奖turingaward得主：C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray发展了一门计算机基础学科：以数据模型和DBMS核心技术为主，内容丰富、领域宽广形成了一个巨大的软件产业：DBMS及其相关工具产品、应用解决方案PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1973年图灵奖得主：C.W.Bachman（查尔斯·巴赫曼）——网状数据库之父1981年图灵奖得主：E.F.Codd（埃德加·科德）——关系数据库之父1998年图灵奖得主：JamesGray（詹姆斯·格雷）——数据库技术和“事务处理”专家PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库技术的重要性当前，在大、中、小、微型计算机上都有数据库系统在运行。信息资源已成为各部门的重要财富和资源，各行各业均需应用信息系统，而数据库是信息系统的核心。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库技术的重要性数据库是其它很多系统的核心或重要组成部分，如：MIS（ManagementInformationSystem）管理信息系统DSS（DecisionSupportSystem）决策支持系统，知识库，规则库，专家系统，智能数据库计算机辅助设计与制造工程数据库计算机集成制造PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库技术的重要性数据库技术与其他学科相结合，涌现出各种新型的数据库系统，如：分布式数据库系统并行数据库系统面向对象数据库系统知识库系统多媒体数据库系统模糊数据库系统网络数据库系统PrincipleandApplicationofDatabaseSystem学习数据库课程的重要性鉴于数据库技术重要的学术地位和广泛的实际应用范围，我们必须系统地学习和掌握数据库系统的理论、技术和方法。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem国外高等学校较早地在计算机科学系、计算机应用与信息系统系都开设有数据库系统方面的课程。1983年教育部将数据库概论列为高等学校计算机软件专业四年制本科的必修的重要课程。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem教材及参考书萨师煊，王珊著：数据库系统概论(第5版)

，高等教育出版社，20141.叶明全，伍长荣：数据库技术与应用（第一版）

安徽大学出版社，20132.AbrahamSilberschatz,HenryFKorth著,杨冬青李红燕唐世渭等译.数据库系统概念（原书第6版）.机械工业出版社,2012年.3.J.D.Ullman,J.Widom.AFirstCourseInDatabaseSystem.第2版（影印版）.北京：机械工业出版社，2006.

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem教材及参考书4.杨冬青,唐世渭,徐其钧,等译.数据库管理系统实现.北京：机械工业出版社，2006.5.王珊,李盛恩编著.数据库基础与应用（第2版）.北京：人民邮电出版社，2009.6.何玉洁,黄婷儿,等译.数据库设计教程(第2版).北京：机械工业出版社，2005.PrincipleandApplicationofDatabaseSystem

SQLServer2005相关书籍

数据库系统开发相关书籍

上机软件MicrosoftSQLServer2005DeveloperEditionPrincipleandApplicationofDatabaseSystem课程学习方法理论学习掌握基本概念，多看例题，多做习题重视数据库设计实践学习勤思考，重实践，多动手重视上机实践环境坚持自学PrincipleandApplicationofDatabaseSystem考试成绩平时成绩（30%）（考勤、书面作业、上机实验、课堂表现）期末考试（70%）PrincipleandApplicationofDatabaseSystem安庆师范学院

计算机与信息学院

数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDatabaseSystem第1章数据库概述第1章数据库概述1.1四个基本概念1.2数据管理技术的产生和发展1.3数据库系统的结构1.4数据模型组成要素1.5概念模型1.6几种常见的数据模型PrincipleandApplicationofDatabaseSystemPrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.1四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、数据数据(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数据的种类数字、文字、图形、图象、声音PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据与语义数据的形式不能完全表达其内容，必须经过解释，数据的解释即对数据语义的说明数据：（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）李明是个大学生，男，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系思考：给出另外的语义说明？李明是位老师，男，1972年参加工作，江苏人，计算机系，1990年晋升为教授

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、数据库人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。数据库的定义数据库(Database,简称DB)，是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、数据库（举例）PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、数据库数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和存储可为各种用户共享冗余度较小易扩展数据独立性较高PrincipleandApplicationofDatabaseSystem三、数据库管理系统数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能数据定义功能

提供数据定义语言(DDL)

定义数据库中的数据对象数据操纵功能:

提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能数据组织、存储和管理功能

DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，如数据字典，元数据、用户数据、数据存储路径、索引数据等；要确定以何种文件结构和存取方法来组织和存储这些数据。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能数据库的运行管理

安全性控制完整性控制 多用户对数据的并发使用时的并发控制

PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能数据库的建立和维护功能(实用程序)

数据库数据批量装载 数据库转储 故障恢复 数据库的重组织 性能监视、分析等PrincipleandApplicationofDatabaseSystem四、数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）构成。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库系统构成图数据库应用开发工具数据库管理系统 应用系统

操作系统用户

用户

用户

数据库管理员

图1.1数据库系统

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库系统在计算机系统中的地位

硬件

操作系统DBMS编译系统

应用开发工具 应用系统图1.2数据库系统在计算机系统中的地位 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.2

数据管理技术的产生和发展什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护数据管理技术的发展过程

在应用需求的推动下，在计算机硬件、软件发展的基础上，数据管理技术经历了下面三个阶段：人工管理阶段(40年代中--50年代中)文件系统阶段(50年代末--60年代中)数据库系统阶段(60年代末--现在)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、人工管理时期40年代中--50年代中产生的背景应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备 软件水平 没有操作系统 数据处理方式 批处理 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem人工管理特点数据不保存应用程序管理数据数据无共享、冗余度极大数据不独立，完全依赖于程序PrincipleandApplicationofDatabaseSystem应用程序与数据的对应关系(人工管理)

应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、文件系统时期50年代末--60年代中产生的背景应用需求 科学计算、数据处理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem文件系统特点数据可长期保存数据由文件系统管理数据的共享性差、冗余度大文件（一组数据记录集合）内有结构，整体无结构数据独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序PrincipleandApplicationofDatabaseSystem应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem三、数据库系统时期60年代末以来产生的背景应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理、分布处理 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。在文件系统中每个文件内部是有结构的，即文件由记录构成，每个记录由若干个属性组成。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem学号姓名性别年龄系别学生文件Student课程号课程名学分学时先行课课程文件Course学号课程号学期成绩学生选课成绩文件SCPrincipleandApplicationofDatabaseSystem文件系统中，文件记录之间没有联系。如Student文件、Course文件和SC文件是独立的3个文件，文件记录之间没有联系。但实际上，这3个文件的记录之间是有联系的，SC的学号必须是Student文件中某个学生的学号，课程号必须是Course文件中某门课程的课程号。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据的共享性高，冗余度小，易扩充降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据独立性高物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。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，用户程序也可以不变。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS对数据统一管理与控制数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS对数据的控制功能并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果或破坏数据库的完整性数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.3数据库系统结构数据库系统内部的模式结构从数据库管理系统角度看数据库系统外部的体系结构从数据库最终用户角度看PrincipleandApplicationofDatabaseSystem

数据库系统的模式结构数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、数据库系统的三级模式结构

应用A

应用B

应用C

应用D

应用E

外模式1

外模式2

外模式3

外模式/模式映象

模式

模式/内模式映象

内模式

数据库

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1.模式（Schema）模式（也称逻辑模式、数据库模式、概念模式）数据库中全体数据的逻辑结构的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求模式的地位：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一个数据库只有一个模式PrincipleandApplicationofDatabaseSystem模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系有关数据的安全性、完整性要求PrincipleandApplicationofDatabaseSystem2.外模式（ExternalSchema）外模式（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PrincipleandApplicationofDatabaseSystem外模式（续）外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多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、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的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。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem外模式（续）外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据PrincipleandApplicationofDatabaseSystem3．内模式（InternalSchema）内模式（也称存储模式）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？升（降）序存储？聚簇存储？B+树结构存储？按hash方法存储？）索引的组织方式（B+树索引？hash索引？）数据是否加数据密是否压缩存储一个数据库只有一个内模式PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、三级模式与二级映象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PrincipleandApplicationofDatabaseSystem数据库系统的三级模式结构

应用A

应用B

应用C

应用D

应用E

外模式1

外模式2

外模式3

外模式/模式映象

模式

模式/内模式映象

内模式

数据库PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1．外模式／模式映象定义外模式与模式之间的对应关系每一