数据库系统概述 PPT课件

1、2020/7/22,第1页,第1章 数据库系统概述,SQL Server2005数据库应用与开发教程 北京大学出版社,教学目标 教学重点 教学过程,2020/7/22,第2页,教学目标,了解数据库系统应用实例 了解数据库技术发展的三个阶段 领会数据库的基本概念 掌握数据库系统的三级模式结构 掌握数据模型的要素及其特点,2020/7/22,第3页,教学重点及难点,重点： 数据库的基本概念理解 掌握数据库系统的三级模式结构 掌握数据模型的要素及其特点 难点： 数据库的相关概念理解 数据库系统的三级模式结构,2020/7/22,第4页,教学过程,引例 1.1 数据库系统应用实例 1.2 数据库系统的

2、基本概念 1.3 数据库管理技术及发展 1.4 数据库系统结构 1.5 数据模型,2020/7/22,第5页,引例,科信公司是一家专业对外贸易的企业。在80年代创业初期，公司使用C语言编写了一个处理业务信息的销售管理系统，该系统在当时还是热门技术。20年以后，他们已经用该系统处理了公司上万个销售的订单，同时还处理公司每年的大量业务报表。2005年，公司为了在订单上加上一项“地区业务编码”，需要用5个人一年去重新编制程序。 于是公司决定启动了一个新的项目，他们把系统数据转换到SQL关系数据库上，让数据库保存原有系统的数据。通过数据库管理系统，他们在新数据库上成功地加入“地区业务编码”这一数据属性

3、。,什么是： 数据库? 系统数据库? 数据库管理系统?,2020/7/22,第6页,1.1 数据库系统应用实例,学生选课系统,图1-1 选修信息查询窗口,2020/7/22,第7页,1.1 数据库系统应用实例,应用程序：处理数据的程序，它的数据信息是从某个数据源得到的。 数据库：应用程序的数据源；由若干个相互有联系的表组成；是一个数据的仓库，保存着数据库应用程序相关的一些基础数据。 数据库管理系统（DBMS）：DBMS是一个商品化的软件，它管理着企业的数据库，使企业的数据以记录的形式保存在计算机中。,2020/7/22,第8页,1.1 数据库系统应用实例,数据库系统：包含用户、数据库应用、数据

4、库管理系统和数据库。 用户与数据库应用（即应用程序）交互，数据库应用与DBMS交互， DBMS访问数据库中的数据。,2020/7/22,第9页,学习数据库系统需要弄懂的主要问题：,（1）数据模型。 （2）如何设计数据库？ （3）设计数据库的 基本步骤？ （4）如何通过DBMS操纵数据库 （5）如何保证数据的安全性？。 （6）如何开发应用程序?,2020/7/22,第10页,学生选课管理系统,学生选课管理系统，主要实现对院校学生信息、课程信息、选修信息等方面进行综合管理。,学生：学号，姓名，性别，出生日期，所在系，籍贯等属性； 课程：课程号，课程名，先修课，学分等属性； 学生选修课程后应记录相应

5、成绩。,2020/7/22,第11页,1.2 数据库系统的基本概念,1. 信息（Information） 信息就是新的、有用的事实和知识。信息具有实效性、有用性和知识性的特性，它是客观世界的反映。信息具有如下四个特征： （1） 信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识； （2） 信息是有用的，它是人们活动的必需知识； （3） 信息能够在空间和时间上被传递，在空间上传递信息称为信息通信，在时间上传递信息称为信息存储； (4） 信息需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。,2020/7/22,第12页,1.2 数据库系统的基本概念,信息的作用： (1) 它可以提高人们对事物的认识，减少人们活

6、动的盲目性； (2) 信息是社会机体进行活动的纽带，社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作，使整个社会协调发展； (3) 信息又是管理活动的核心。 2. 数据（Data） 描述事物的符号记录称为数据。描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等，数据有多种表现形式，它们都可以经过数字化后存入计算机。数据需要经过解释来表达其语义。,2020/7/22,第13页,1.2 数据库系统的基本概念,3. 数据库（DB） 是指长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的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，并可为各种用户共

7、享。 4. 数据库管理系统（DBMS） 是位于用户与操作系统之间的数据管理软件。它包括4个方面功能： （1）数据定义功能 （2）数据操纵功能 （3）数据库的运行管理 （4）数据库的建立和维护功能,2020/7/22,第14页,1.2 数据库系统的基本概念,5. 数据库系统（DataBase System，简称DBS） 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。由计算机硬件、数据库、数据库管理系统（及开发工具）、应用系统和用户构成。,2020/7/22,第15页,1.3 数据库管理技术及发展,1. 手工管理阶段 手工处理数据有两个缺点： （1）应用程序和数据之间的依赖性太强，不独立； （2

8、）数据和数据组之间可能有许多重复数据，造成数据冗余。 2. 文件系统阶段 应用程序通过文件系统对文件中的数据进行存取和加工。文件系统解决了应用程序和数据之间的一个公共接口问题，使得应用程序采用统一的存取方法来操作数据。但是，不同的应用程序很难共享同一数据文件，也就是说数据独立性仍然较差，数据冗余性较大。,2020/7/22,第16页,1.3 数据库管理技术及发展,3. 数据库系统阶段 数据库系统阶段中，数据库对数据的存储是按照同一结构进行的，应用程序具有高度的独立性。同时，数据库系统对数据的完整性、唯一性和安全性都提供了一套有效的管理手段。数据库系统还提供管理和控制数据的各种简单操作命令，使用

9、户编写程序时更容易掌握。 与文件系统相比，数据库系统具有以下主要特点： （1） 数据库设计时面向数据模型对象,2020/7/22,第17页,1.3 数据库管理技术及发展,（2） 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高 数据共享度高具有以下优点： 系统现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据。 当系统需要扩充时，新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。 多用户或多程序可以在同一时刻共同使用同一数据。 （3）数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性 数据的物理独立性（Physical Data Independence） 数据的逻辑独立性（Logical Data Independence）,2

10、020/7/22,第18页,1.3 数据库管理技术及发展,（4） 数据库系统通过DBMS进行数据安全性、完整性、并发控制和数据恢复控制 （5） 数据库中数据的最小存取单位是数据项,2020/7/22,第19页,1.4.1 数据库体系结构,1. 数据库系统的三级模式结构,2020/7/22,第20页,数据库系统的三级模式结构,数据库的三级模式是指内模式、逻辑模式和外模式。 （1）逻辑模式 逻辑模式简称模式，是对数据库的整体逻辑结构和特征的描述。模式表示了概念级数据库，体现了对数据库的总体观。 （2）内模式 内模式又称存储模式或物理模式，它是数据的内部表示或底层描述。内模式表示了物理级数据库，体现

11、了对数据库的存储观。,2020/7/22,第21页,数据库系统的三级模式结构,（3）外模式 外模式通常是模式的一个子集，故又称外模式为子模式。数据库的外模式面向具体的应用程序。外模式用来表示用户级数据库，体现了对数据库的用户观。 模式是内模式的逻辑表示，内模式是模式的物理实现，外模式则是模式的部分抽取。3个模式反映了对数据库的3种不同观点。总体观和存储观只有一个，而用户观可能有多个，有一个应用，就有一个用户观。,2020/7/22,第22页,三个模式之间的映象,2. 三个模式之间的映象 （1）外模式模式映象 定义了外模式与模式之间的对应关系。保证了数据与程序的逻辑独立性。 （2）模式内模式映象

12、 定义了数据库全局逻辑结构（逻辑模式）与存储结构（内模式）之间的对应关系。保证了数据与程序的物理独立性。,2020/7/22,第23页,1.4.2 数据库系统的组成,1. 硬件平台及数据库 数据库系统对硬件资源的要求： （1）要有足够大的内存，存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序； （2）有足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库，有足够的磁带作数据备份； （3）要求系统有较高的通道能力，以提高数据数据传送率。,2020/7/22,第24页,1.4.2 数据库系统的组成,2. 软件 数据库系统的软件主要包括： （1）DBMS。DBMS是为数据库的建立、使用和维护配置的软件； （2

13、）支持DBMS运行的操作系统； （3）具有与数据库接口的高级语言及其编译系统，便于开发应用程序； （4）以DBMS为核心的应用开发工具。 （5）为特定应用环境开发的数据库应用系统。,2020/7/22,第25页,1.4.2 数据库系统的组成,3. 人员 包括数据库管理员（DBA）和用户（包括系统用户和最终用户）。 数据库管理员：负责数据库系统的建立、维护和管理工作，承担该任务的人员称为。 系统用户：侧重设计数据库、开发应用系统程序，为最终用户提供友好的用户界面。 最终用户：侧重对数据库的使用，主要是通过数据库进行联机查询，或者通过数据库应用系统提供的界面使用数据库。,2020/7/22,第26

14、页,1.5 数据模型,数据库是根据数据模型建立的，因而数据模型是数据库系统的基础。 1. 数据模型的三要素 (1) 数据结构：所研究的对象类型（Object Type）的集合。这些对象是数据库的组成成分。 (2) 数据操作：数据操作是指对数据库中各种对象（型）和实例（值）允许执行的操作的集合。包括操作及有关的操作规则。 (3) 数据约束条件：是一组完整性规则的集合。是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则。,2020/7/22,第27页,1.5 数据模型,2. 常见的数据模型 （1）层次模型（Hierarchical Model） （2）网状模型（Network Model） （3

15、）关系模型（Relational Model）,2020/7/22,第28页,1.5.1 层次模型,层次模型是指用树型结构来表示数据间联系的模型。这个组织结构图象一棵树。 层次模型的特点： （1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。 （2）根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。 按照层次模型建立的数据库系统称为层次模型数据库系统。1969年美国IBM公司研制的IMS就是层次模型的典型代表。,2020/7/22,第29页,1.5.1 层次模型,高等学校组织结构,2020/7/22,第30页,1.5.2 网状模型,网状模型是指用网络结构来表示数据间联系的模型。 网状模型的特点： （1

16、）允许有一个以上的结点无双亲。 （2）一个结点可以有多于一个以上的双亲。 （3）允许两个结点之间有两种或两种以上的联系。 按照网状数据结构建立的数据库系统称为网状数据库系统，其典型代表是DBTG系统，亦称CODASYL系统。,2020/7/22,第31页,1.5.2 网状模型,学生/选修/课程的网状模型,2020/7/22,第32页,1.5.3 关系模型,关系模型指的是用二维表格来表示数据间联系的模型 1. 关系模型中的基本概念 （1）字段（属性） 二维表格的每一列称为一个字段（即属性）。其中字段名（属性名称）相当于标题栏中的标题。 （2）记录（元组） 二维表格中的每行称为条记录（元组）。记录是若干个相关属性组成的。 （3）二维表（关系） 一个二维表格就是一个关系。它是由相关记录组成的。,2020/7/22,第33页,1.5.3 关系模型,表1-1 学生基本信息表（Students）,2020/7/22,第34页,1.5.3 关系模型,2. 关系模型的特点 （1）每列必须是基本数据项（不可再分解）。 （2）表中每一列必须具有相同的数据类型（如：字符型或数值型）