第一章数据库系统概述.ppt

1、数据库原理 主讲教师：刘 闪 计算机基础教学部 电话邮箱：,课程简介： 本门课共54学时，其中38学时上课，16学时上机。 该门课程成绩包括两部分：平时成绩（20%）和考试成绩（80%），其中平时成绩：上课出勤（30分，六次点名）、上机出勤（15分，三次点名）、小测试（55分，sql语句，关系数据库理论，数据库设计）等几部分组成。 教材情况： 数据库系统概论 王珊 萨师煊 第四版，辅助MS SQL SERVER 2005的相关教材进行上机指导。 授课内容： 共涉及八章内容，另外在实验过程中补充MS SQL SERVER 2005的应用知识。,本课程主要学习哪些内容？,

2、1 基础知识：了解一个成型的数据库应具备哪些要素，合理的数据模型、完善有效的数据操作和自身的安全性、完整性约束。 2 提高知识：利用关系数据库理论对数据模型规范化。 3 设计应用知识：了解设计一个高效的数据库的步骤。 【 一句话：掌握如何针对具体应用进行数据库的理论构建。】,第一章：绪论 1.1 数据库系统概述（理解） 1.2 数据模型（掌握） 1.3 数据库系统结构（理解） 1.4 数据库系统的组成（自学） 本章知识点总结,数据库技术中的基本概念 数据（Data ） 数据库（DataBase，DB ） 数据库管理系统（DataBase Management System） 数据库系统（Dat

3、aBase System，DBS ） 1数据 数据是数据库中存储的基本对象。,数据：所谓数据，是指描述事物的符号记录。 P4 这里的符号指：数字、文字，图形，声音等。,例： 有一位同学的基本情况：李明同学，男生，20岁，河北秦皇岛人，2010年9月考入河北科技师范学院数学与信息科技学院1004班，爱好乒乓球。,可以将上述信息存储在一个excel表中，也可在数据库中用一 条记录来保存：,每学期我们都要填写综合测评表，其中包括的各项信息，如果将测评表有数据库中 的表存储起来，则各项信息变成了“数据”。,2数据库 数据库（DataBase ，DB）可以简单的理解为“存放数据的仓库” 。并非堆砌。较为

4、全面的定义是：所谓数据库，是指长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、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。 P4 （冗余度：相同数据的重复次数。 冗余度越小，数据占用空间会越少；数据的更新的一致性问题。）,数据库的三个基本特点： 永久存储、有组织、可共享,3.数据库管理系统 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是一层管理软件。 主要的功能包括： 1. 数据定义功能 2. 数据组织、存储和管理 3. 数据操纵功能 通过数据操纵语言（DML）实现对数据的检索和更新功

5、能。 4.数据库的事务管理和运行管理 数据安全性、完整性、多用户的并发控制机制等。 5.数据库的建立和维护功能 数据的备份，恢复，性能监测等。,4. 数据库系统 数据库系统（DataBase SystemDBS ）是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。P5,数据库,Visual Foxpro access MS sql server2000 Oracle,Delphi Visual basic PowerBuilder Jbuilder ASP JSP,5.数据处理和数据管理：P6 数据处理就是对数据进行收集、存储、加工

6、和传播的 一系列活动的总和。 数据处理的目的有二：从大量原始数据中推导出有 价值信息；利用计算机科学的管理这些数据。 数据管理主要对数据进行分类、组织、编码、存储、 检索和维护，是数据处理的中心问题。 在现阶段主要通过数据库管理系统软件来完成。 数据管理技术的发展经历了以下几个过程：,数据管理技术的发展及建立 数据管理技术主要经历了三个阶段：P6 1.人工管理阶段 2.文件系统阶段 3.数据库系统阶段,人工管理阶段 背景： 时间：50年代中期以前 硬件：磁带，纸带，无磁盘 软件：无操作系统和管理软件 数据处理方式：批处理 特点： 1.数据不保留（指不保留在计算机的存储设备中） 2.无专门管理软

7、件，应用程序员要管理数据 3.数据不共享 一组数据对应一个应用程序，多个程序间涉 及相同数据时，无法相互利用。 4.数据不具有独立性 数据的逻辑结构或物理结构发生变化，应用 程序需做出相应的修改。,文件系统阶段 背景： 时间：20世纪50年代后期到60年代中期 硬件：出现磁盘 软件：有操作系统和专门的数据管理软件（文件） 数据处理方式：批处理、实时处理 特点： 1.数据可以长期保留在外存上进行相应操作。 2.由文件系统管理数据，实现文件内部数据结构化， 但文件间无关联. 3.数据与程序有一定的独立性，但独立性差，不易扩充。 4.文件数据是针对某个应用的，共享性差，冗余大。 存在缺陷： 1.数据

8、冗余度大 2.数据独立性差,数据库系统阶段 背景： 时间：20世纪60年代后期 硬件：有大容量磁盘 软件：软件价格上升，为编制和维护系统软件 及应用程序所需成本增加。 数据处理方式:批处理，实时处理，分布处理 与人工管理和文件系统相比，数据库系统 的特点：P8,与人工管理和文件系统相比，数据库系统的特点：P8 1数据结构化 数据库系统中的数据是有结构的，由DBMS来统一管理。数 据的结构包含物理结构（既存储结构）和逻辑两方面的内容。 2数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据共享是数据库系统的目的。一个数据库内的数据，可以 为同一企业或组织内部的各个部门所共享，也可以为不同组织、 不同地区甚至不

9、同国家的用户共享。各个用户可以在相同时间使 用同一数据库。每个用户使用其中的一部分数据可以相互交叉 和重叠。 在数据库中，由于数据集中使用，从理论上说可以消除冗余， 但实际上处于提高检索速度等考虑，常常允许部分冗余存在。这 种可以由设计者控制的冗余，称为“可控冗余度”。,3数据独立性高（存储与应用） 数据独立性是指用户的应用程序与计算机存储设备中存储在数据的相互独立性。即，数据在计算机存储设备中的存储完全由DBMS来管理，用户应用程序不必了解数据的存储结构（又称为物理结构）；用户应用程序面对的只是数据的逻辑结构，当指数据物理结构的改变时，只要数据的逻辑结构不受影响，则应用程序就不需要改动仍可沿

10、用。 4. 数据由DBMS统一管理和控制 数据库管理系统除了保证数据的共享外，还可以通过本身管理系统的安全性机制、完整性检查机制、数据库恢复、数据库运行管理等功能保证数据库的正常工作和使用。从而减轻了数据库应用人员的工作。,1.1,问题： 通过数据库概念数据有组织的存储在数据库中数据在磁盘上的存储结构 （物理模型） 数据在数据库的角度看待的 存储结构（逻辑模型）,概念模型: 是数据库设计人员根据系统需求分析而建立的 逻辑模型：主要包括网状模型、层次模型、关系模型，按计算 机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。 物理模型：是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的 磁盘或磁带上的存储方式和存

11、取方法。 例：建立计算机科技10级学生本学期的学生选课情况数据库！,三种主要的逻辑数据模型 数据库领域中过去和现在，最常见的逻辑数据模型主要有 三种，它们是： 层次模型（Hierachical Model） 网状模型（Network Model） 关系模型（Relationship Model） 一个逻辑数据模型涉及三部分内容：数据结构、数据操作、完整性规则。 1. 层次模型 若用图来表示,层次模型是一棵倒立的树。在数据库中，满足以下两个条件的数据模型称为层次模型： （1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点称为根结点。 （2）其他结点有且仅有一个双亲。,在层次模型中，结点的层次从根开始定义，根为

12、第一层，根的子结点为第二层；结点相对的被称为其子结点的双亲结点；同一双亲的子女结点互称为兄弟结点。没有子女的结点称叶结点。图1.1给出了层次模型的示意图。R1是根，R2和R3是R1的子女结点，因此是兄弟结点，R2、R4和R5是叶结点。 图1.1 层次模型,层次模型的优缺点：P24,2. 网状模型 若用图来表示， 网状模型是一个网络模型。在数据库中，将满足下列两个条件的数据模型称为网状模型： （1）允许有一个以上的结点双亲结点。 （2）一个结点可以有一个或多个双亲结点。 在网状模型中，由于子结点与双亲结点的联系不是唯一的。因此，网络中的每个联系都要命名以示区别，并指出与该联系有关的双亲结点和子结

13、点。图1.2给出了一个抽象的网状模型。 图1.2 网状模型,网状模型的优缺点：P28,3. 关系模型 关系模型是关系数据库的基础，这一模 型的三个基本组成部分为： (1)数据结构 即数据逻辑组织形式，关系模型的结构非常简单，在用户看来，一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,在数据库中，二维表满足下列条件的数据模型称为关系模型。 （1）同一列中的分量的类型相同，且分量是不可再分的； （2） 列的顺序可以是任意的； （3） 表的每一行是一个记录；表中的任意两行不能完全相同； （4） 行的顺序可以是任意的；,（2）数据操作 关系模型中常用的数据操作有两类，一类是查询操作,包括选择(S

14、elect) 、连接(Join)、除(Divide)、并(Union)、交(Intersection)、差(Difference)等；另一类是更新操作，是对数据库中的数据作增添新记录，删除和作废错误记录，修改变化了的记录等数据维护操作，简称为增、删、改操作。,（3） 数据的完整性约束条件 数据的完整性约束条件就是一组完整性规则。 关系模型中可以有三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。 各类完整性规则的具体内容将在第五章进行详 细介绍。,1.2,一、数据库系统的三级模式结构及两级映像： 数据库的模式是对数据的不同视图（用户从不同角度看数据），包括三级模式：外模式，逻辑模式(模

15、式)，内模式。其对应结构图为：,主语言+DML,主语言+DML,主语言+DML,主语言+DML,用户应用1,用户应用2,用户应用3,用户应用4,外模式A,外模式N,外模式/模式映像A,外模式/模式映像B,逻辑模式,模式/内模式映像,内模式,数据库,DBMS,OS,数据库系统（DataBase SystemDBS ）一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。P5,数据库,数据库系统三级结构的介绍： 外模式：也称子模式或用户模式，是数据库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，是数据库用户的数据视图。 例如：学生查询期末成绩；教师登录成绩，只能给自

16、己课程的学生录入数据。 使用外模式有如下三个优点： 1）用户不必考虑与用户无关的数据，也无需了解数 据的存储结构，使用户使用数据的工作简化。 2）用户只能对自己的数据进行操作，无法知道数据 库的其他数据，这样有利于数据的安全性。 3）可以派生出多个外模式（即数据库的应用端口），有利于数据的共享性。,模式：也称逻辑模式，他是数据库中全部数据的整体 逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共视图。 模式是数据库在逻辑结构上的视图。数据库DBA. 例如：打开数据库管理系统看到的一张张二维表。 内模式：也叫存储模式，一个数据库只有一个内模式，是数据库在物理结构和存储方面的描述，是数据在数据库内部的表示方式

17、。内模式表示的是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。内模式是数据库在物理结构上的视图。,两级映像的介绍： 1）模式/内模式映像：定义模式与内模式之间的对应 关系，一般在内模式中定义。如果内模式变化，如： 数据的内部存储结构变化，那么此级映像需要发生变 化，但尽量保证模式不发生变化，这样外模式和应用 程序的影响将很小，体现了数据的物理独立性。 2）外模式/模式映像：定义外模式与模式之间的 对应关系，一般在外模式中定义。如果数据库的逻辑 模式发生变化，那么此级映像要发生变化，但使外模式 和应用程序尽量不受影响，这样数据

18、达到了逻辑独立性。 总之：如果数据库系统的内模式或模式修改，通过修 改相应的映像尽量不影响到外模式和应用程序，这就 体现了数据库系统的物理独立性和逻辑独立性。,1.3, 数据库系统的组成 数据库系统（DataBase SystemDBS ）一般包括数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员等几部分。 整个数据库系统的开发过程可简述为：在DBMS的支持下，利用快速开发工具连接数据库开发数据库应用系统。 涉及到的相关软硬件内容：,数据库系统（DataBase SystemDBS ）一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。P5,数据库,Vi

19、sual Foxpro access MS sql server2000 Oracle,Delphi Visual basic PowerBuilder Jbuilder ASP JSP,（1）硬件平台及数据库 数据库系统对计算机的硬件资源提出较高的要求： 要有足够大的内存，以存放操作系统、DBMS核心模块、数据缓冲区和用户应用程序。 要有足够大的磁盘或磁盘阵列等设备存放数据库，有足够的设备做数据备份。 计算机要有较高的数据传输能力，以提高数据的传送效率。 （2）软件 数据库系统的软件主要包括： 数据库系统的核心软件DBMS。用于实现数据库的建立、使用和维护。 支持DBMS运行的操作系统-OS。 与数据库接口的高级语言