数据库课件 第一章 绪论.ppt

1、数据库原理与应用,涉及领域:CAD:计算机辅助设计 CAM:计算机辅助制造 CIMS:计算机集成制造系统 OIS:办公信息系统 GIS:地理信息系统 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,教学内容,数据库基础知识 数据库系统概述、数据模型、关系数据库、SQL语言、存储过程等 数据库设计与应用 关系数据理论、数据库设计及编程 数据库系统篇 数据库安全及保护,学习方法,将理论学习与实践练习相结合； 认真阅读教材，理解数据库系统的相关概念和理论； 做习题和上机练习，掌握SQL语言的使用； 注重上机练习，掌握DBMS基本操作（库表操作）； 通过一个数据库

2、应用系统实例，掌握DBS的分析设计。,考核方式,平时成绩（考勤、上机、作业、 期中考试） 期末考试,第一章 绪 论,数据管理技术的发展,数据库系统结构,DB、DBMS和DBS,数据库技术的发展,数据：描述客观事物的一组文字、数字和符号，它是客观事物的反映和记录。 如：（李明，男，20，1992，江苏，数理学院，信息与计算科学专业，2008）,信息：潜在于数据中的意义，它反映了客观世界中各种事物的状态与特征，它能增长人的知识，影响接受者的行为。,基本概念,1.1 数据管理技术的发展,数据处理：对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。其目的是从大量原始数据中抽取出对用户有价值

3、的信息，以作为行动和决策的依据。 信息=数据+数据处理 数据管理：指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。,数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的,1.1 数据管理技术的发展,人工管理阶段（20世纪50年代中期以前） 文件系统阶段（20世纪50年代后期-60年代中期） 数据库系统阶段（20世纪60年代后期今）,硬件(外存贮器) 和软件的发展 应用需求扩大,数据管理技术经历了三个发展阶段：,人工管理阶段（-50年代中期）, 计算机主要用于科学计算 数据量小、结构简单。 外存为顺序存取设备 磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备。 没有操作系统及数据管理软件 用户

4、用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户操作。, 用户完全负责数据管理工作 数据完全面向特定的应用程序 每个用户使用自己的数据，用完撤走不保存，无共享。 数据与程序没有独立性 程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变。,文件系统阶段（ 50年代后期-60年代中期）, 计算机不但用于科学计算，还用于管理。 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。 有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统。, 数据可以长期保存 数据与程序有一定的独立性 文件的逻辑结构与存储 结构由系统进行转换 ，数据在存储上的改变不一定反映在程序上。 共享性差、冗余度大 （

5、一个文件对应一个程序）,数据库系统阶段（60年代后期-）, 计算机管理的数据量大，关系复杂， 共享性要求强（多种应用、不同语言共享数据） 外存有了大容量磁盘，光盘 软件价格上升，硬件价格下降。, 数据有整体的结构性，面向全组织，面向现实世界 由DBMS统一存取，维护数据语义及结构 数据共享性好 数据与程序完全相互独立,常见DBMS：Oracle, IBM DB2, Informix, Sybase, SQL Server, FoxPro, Access等,例：学生基本信息记录表：,这个表格的缺点：有些同学的奖惩记录很多，但大部分没有，因此“奖惩情况”这一栏该留多大的位置很难确定，而且很难统计奖

6、励的次数,修改后的记录表：将学生基本信息和奖惩情况分开来,奖惩情况表,修改后的学生基本信息记录表,特点：描述数据时不仅描述数据本身，还描述了数据间的联系。,数据库系统的特点,1. 数据结构化-数据库系统与文件系统根本区别 即采用复杂的数据模型表示数据结构 按照某种数据模型,将整个组织的全部数据组织成一个结构化的数据整体，即实现了整体数据的结构化。 数据模型不仅描述数据本身,还描述了数据之间的联系。 数据不再面向应用，而是面向系统，弹性更大。 存取方式更灵活，存取粒度可为数据项。,数据库系统的特点,2. 数据的共享性高、冗余度低，易扩充 共享是指多用户、多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合。

7、数据共享可减少数据冗余，节约存储空间，避免数据之间的不相容性与不一致性。 数据不一致指同一数据不同拷贝的值不同。 数据面向系统结构化数据共享 系统易扩充。,数据库系统的特点,3. 数据独立性高 包括数据的物理独立性和逻辑独立性 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的数据相互独立。 逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。 数据描述、定义从应用程序中分离出来，独立于应用程序而存在，相互独立，互不依赖，大大简化了应用程序的设计维护的工作量。,数据库系统的特点,4. 数据由DBMS统一管理和控制 共享一般是并发的，即多个用户可同时使用数据库中的数据。 DBMS应提供如

8、下功能： 数据安全性保护 数据完整性检查（正确性、有效性、相容性） 并发控制 数据库恢复,数据管理技术三个发展阶段的详细比较,应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理,硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘,软件背景没有操作系统 有文件系统有DBMS,处理方式批处理 实时处理、批处理,数据的管理者 用户（程序员） 文件系统 数据库管理系统,数据面向的对象 某一应用程序 某一应用 现实世界,数据的共享程度无共享，冗余度很大 共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小,独立性差,实时处理、分布处理、批处理,具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性,数据的独立性,不独立，完全依靠于程序,记录内

9、有结构、整体无结构,整体结构化，用数据模型描述,数据控制能力应用程序自己控制文件系统数据库管理系统,1.2 数据库系统结构,数据库管理系统角度：三级模式结构 最终用户角度： 单用户结构 主从式结构 分布式结构,内部,外部,1.2 数据库系统结构,1.2 数据库系统结构,1.2 数据库系统结构,模式：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。 实例：模式的一个具体值。,1.2.1 三级模式结构,三级模式是对数据的三个抽象级别： 模式 （逻辑模式，概念模式） 外模式（子模式，用户模式） 内模式（存储模式）,为了实现三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式中提供了两层映象： 外模式/模式映象

10、 模式/内模式映象,数据库系统的三级模式结构图,具体实例,逻辑独立性,物理独立性,外模式 (子模式) 面向用户,人事登记表,科研登记表,工资卡片,基本文件,职工信息表,项目表,工资表,第一层,第二层,第三层,（概念）模式 (面向系统整体),内模式 (物理模式) (面向计算机存储),主数据文件 扩展名为.mdf,物理组织最佳的形式,1.2.1 三级模式结构,1. 模式（逻辑模式、概念模式） 数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。 一个数据库只有一个模式。 模式不仅要描述数据的逻辑结构，还要描述数据之间的联系，操作及数据的完整性。,1.2.1 三级模式结构,2. 外模式

11、（子模式、用户模式） 数据库用户看到和使用的局部数据视图，即与某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式通常是模式的子集，一个数据库可有多个外模式。 同一外模式可以为某一用户的多个应用所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。每个用户只能看见和访问所对应外模式中的数据，提高了安全保密性。,1.2.1 三级模式结构,3. 内模式（存储模式） 数据库在物理存储方面的描述，即对数据的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。 一个数据库只有一个内模式。,1.2.2 二级映象与数据独立性,1. 外模式/模式映象 定义某一个外模式和模式之间的对应关系。当模式改变时，外模式/模式的映象也要相应改

12、变，以使外模式保持不变-保证了数据的逻辑独立性,2.模式/内模式映象 唯一的定义数据库全局逻辑结构和存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构改变时，模式/内模式映象也须作相应修改，以使模式保持不变-保证了数据的物理独立性,1.2.2 二级映象与数据独立性,数据库系统的三级模式结构在数据的三个抽象级上提供了两个层次的映象: 模式/内模式映象 提供数据的物理独立性。 外模式/模式映象 提供数据的逻辑独立性。 把用户看到和使用的逻辑数据和实际存储的物理数据完全分开了，使应用程序开发时摆脱了物理存储细节。,电院数据库,教务处： 教务管理系统,学生处： 学生信息管理系统,现代化教学中心： 一卡通管理系

13、统,。,数据库的物理存储模式,外模式,模式,内模式,逻辑独立性,物理独立性,电院数据库,教务处： 教务管理系统,学生处： 学生信息管理系统,现代化教学中心： 一卡通管理系统,。,数据库的物理存储模式,学生（学号，姓名，性别，专业班级，出生年月，籍贯，家庭地址，联系方式） 课程（课程号，课程名，学分，开课单位） 奖惩信息（学号，奖惩记录） 选课（学号，课程号，成绩） 一卡通（。）,学生（学号，姓名，性别，专业班级） 课程（课程号，课程名，学分，开课单位） 选课（学号，课程号，成绩）,学生（学号，姓名） 一卡通（。）,学生（学号，姓名，性别，专业班级，出生年月，籍贯，家庭地址，联系方式） 奖惩信息

14、（学号，奖惩记录）,数据库文件的存储形式，如文件名，是否索引等。,思考：1、学生表中增加一个字段，对3个系统有影响吗？ 2、将字段名“专业班级”改名为“班级”，对3个系统有影响吗？,一.数据库,（存放数据的仓库）:长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。,（1）数据的共享性 不同用户可按各自需求使用数据库中的数据； 多个用户可同时共享数据库中的数据资源。 （2）数据的组织性和独立性 （3）数据的完整性和易扩展性 （4）数据库中的数据冗余少,1.3 数据库、数据库管理系统和数据库系统,二.数据库管理系统(DBMS) 位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。,主要功能如下： 数据定义（

15、数据定义语言DDL） 数据操纵（数据操纵语言DML） 数据组织、存储 数据库运行管理 数据库的建立和维护,1.3 数据库、数据库管理系统和数据库系统,三.数据库系统(DBS) 一般由数据库、硬件、软件（操作系统、数据管理系统及其开发工具、应用系统）、数据库管理员构成。,1.3 数据库、数据库管理系统和数据库系统,1.3 数据库、数据库管理系统和数据库系统,1.4 数据库技术的发展,第一代数据库: 代表是1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管理系统IMS和70年代美国数据库系统语言协商CODASYL下属数据库任务组DBTG提议的网状模型。 层次数据库的数据模型是有根的定向有序树，网状模型对

16、应的是有向图。这两种数据库奠定了现代数据库发展的基础。这两种数据库具有如下共同点：1.支持三级模式（外模式、模式、内模式）。保证数据库系统具有数据与程序的物理独立性和一定的逻辑独立性；2.用存取路径来表示数据之间的联系；3.有独立的数据定义语言；4.导航式的数据操纵语言.,第二代数据库: 支持关系数据模型,20世纪70年代由时任IBM研究员的E.F.Codd博士提出。关系数据库系统管理的数据，其结构较为简单，数据本身以二维表的形式存储；表之间的数据联系是通过一个表的码与另一个表的码的连接来实现。关系数据库系统为其管理的数据提供并发控制、应急恢复和可伸缩性等功能。值得注意的是关系数据库最重要的特征不是其存储和读取数据的能力，而是关系数据库系统提供的强大的查询功能以及提供的十分方便、易于使用的非过程化查询语言SQL，这些优点使得关系型数据库得到广泛的应用。,1.4 数据库技术的发展,第三代数据库: 以面向对