第1章 数据库系统概论.ppt

1、数据库系统原理与应用 Data Base Principle and Application,第章 数据库系统概论,第1章 数据库系统基本概念,本章学习目标,掌握数据库系统技术相关的基本概念。 弄清楚什么是数据、信息、数据库、数据管理以及数据模型等。 了解数据管理技术的发展历程以及个发展阶段数据管理的特点。 掌握数据库、数据库系统、数据库管理系统和信息管理系统间的关系。 理解数据库系统的体系结构和功能结构。 掌握数据库系统的三级模式结构。,1.1 数据库的特点及相关概念,1.2 数据库技术发展历程,1.3 数据库系统的结构,第1章 数据库系统基本概念,本章学习内容,第1章 数据库系统基本概念,

2、本章核心知识点,数据库、数据管理、数据模型的概念。 数据管理技术发展的三个阶段的特点。 数据库、数据库系统和数据库管理系统间的关系。 数据库系统的体系结构和功能结构。 数据库系统的三级模式结构。,本章主要学习内容为有关数据库技术的基本概念方面的知识， 为后续章节的学习奠定基础。学习过程中，对比学习和记忆的 方法较为适用。,本章学习方法,“信息”可以告诉我们有用的事实和知识，“数据”可以更有效地表示、存储和抽取信息。 信息（Information）、信息特征及作用 信息就是新的、有用的事实和知识。 信息具有四个基本特征： 信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识； 信息是有用的，它是人们活动的必

3、需知识； 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； 信息需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。,1.1.1 信息与数据,1.1 数据库的特点及相关概念,它可以提高人们对事物的认识，减少人们活动的盲目性； 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； 信息又是管理活动的核心。,数据（Data）、数据和信息的关系及数据的特征,1.1 数据库的特点及相关概念,数据是用于载荷信息的物理符号。 数据的4个特征： 数据有“型”和“值”之分。 数据受数据类型和取值范围的约束。 数据有定性表示和定量

4、表示之分。 数据应具有载体和多种表现形式。,信息的作用：,1.1.2 数据管理与数据库,数据处理（Data Processing）及分类,围绕着数据所做的工作均称为数据处理。数据处理是指对数据的收集、 组织、整理、加工、存储和传播等工作。 在具体操作中，涉及到数据存储和加工两个基本过程。 数据处理分为3类： 数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类别组织保存，在需要 的时候能够提供数据； 数据加工：对数据进行变换、抽取和运算，通过数据加工会得到更有 用的数据，以指导或控制人的行为或事物的变化趋势； 数据传播：在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结 构、性质和内容，使更多的人得到信

5、息。,1.1 数据库的特点及相关概念,数据管理工作包括： 组织和保存数据 进行数据维护 提供数据查询和数据统计功能,数据库（Database）及数据库中数据的性质,1.1 数据库的特点及相关概念,数据库（DB）是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。 数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征： 数据库中的数据具有数据整体性。 数据库中的数据具有数据共享性。 不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据。 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,1.1.3 数据库管理系统与信息管理系统,数据库管理系统（Database Management System）的功能及作用,数据库管理系

6、统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,信息系统（Information System）及分类,凡输入和输出的内容是信息的系统都称为信息系统。 一个信息系统应携带有足够的信息量。 信息系统可以被划分为信息传递系统、信息处理系统和信息管理系统。,1.1 数据库的特点及相关概念,硬件平台,基础软件平台,软件基础构架平台,应用软件平台,应用系统,协同软件 办公软件,中间件 应用服务器,数据库管理系统在计算机系统中的位置,数据库管理系统 操作系统,1.1 数据库的特点及相

7、关概念,信息管理系统是以数据库技术为基础的。 信息管理系统一般采用功能选单方式控制程序。 信息管理系统的功能模块大致相同。,1.1 数据库的特点及相关概念,信息管理系统（Management Information System）及特点,信息管理系统的系统控制方法示意图,信息管理系统的功能模块结构图,1.1 数据库的特点及相关概念,数据库系统（Database System）,使用数据库技术设计的计算机系统称为数据库系统。 数据库系统主要为信息管理系统。一个数据库系统应由计算机硬件、 数据库、数据库管理系统、应用软件和数据库管理员等5部分构成。,当前，数据库市场上有许多数据库产品，常用的有：O

8、racle、Microsoft SQL Server、Microsoft Access、Visual FoxPro、Sybase和Informix等。,常见的数据库管理系统,1.2.1 数据管理技术技术发展的三个阶段,1.2 数据库技术的发展历程,数据库技术发展经历了三个发展阶段: 手工管理阶段 文件管理阶段 数据库技术阶段 手工管理阶段的特点: 不保存大量的数据 没有软件系统对数据进行管理 基本上没有”文件”的概念 一组数据对应一个程序,1.2 数据库技术的发展历程,文件系统阶段的数据管理特点： 管理的数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中。 文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存

9、取、查询及维护功能。 文件系统中的数据文件已经多样化。 文件系统的数据存取是以记录为单位。 文件系统在数据管理上的主要缺点： 文件系统的数据冗余大。 文件系统中缺乏数据与程序独立性。,1.2 数据库技术的发展历程,数据库系统阶段数据管理的特点： 数据库设计时面向数据模型对象。 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高。 数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性。 数据共享度高的优点： 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。,1.2 数据库技术的发展历程,1.2 数据库技术的发展

10、历程,1.2.2 数据库技术发展阶段的三件大事,其中： DBTG ：Data Base Task Group 数据库任务组 CODASYL ：Conference On Data System Language 美国数据系统语言协会,数据库技术的发展史,数据库技术自20世纪60年代产生到今天，已经经历了3代演变，造就C.W.Bachman、E.F.Codd和James Gray三位图灵奖获得者，带动了一个巨大的软件产业。 数据库技术一直是最活跃、发展速度最快、应用最广的IT技术之一。,C.W.Bachman,E.F.Codd,Jim Gray,第一代数据库系统 20世纪70年代，数据库系统以广

11、为流行的网状模型数据库和层次模型数据库为代表。 第一代数据库系统发展过程中的突出代表有： 1964年，美国通用电气公司的Bachman等人开发成功世界上第一个DBMSIDS（Integrated Data Store）系统，奠定了网状数据库系统的基础。 1969年，美国IBM公司研制成功世界上第一个商品化DBMS产品IMS（Information Management System）系统，这是一个层次数据库系统。 1967-1970年，美国CODASYI(Conference On Data System Language)协商会下属的DBTG(DataBase Task Group)对数据库

12、方法进行了系统的研讨，提出了DBTG报告，建立了以网状数据库模型为基础的数据库系统概念。,数据库技术的发展史,数据库技术的发展史,第二代数据库系统 关系数据库原型中，功能最强、技术上最有代表性的是 1976年IBM公司宣布的System R (19741979)； 美国加州大学Berkeley分校的Ingres关系数据库系统。 这两个数据库原型系统提供了比较成熟的关系数据库技术，为开发商品化的关系数据库软件创造了有利的条件。 1982年IBM公司在System R基础上推出SQL/DS 商品化关系数据库系统。 1985年IBM公司在System R的基础上推出DB2 商品化关系数据库系统。 商

13、品化的Ingres关系数据库软件也于1981年由INGRES公司完成。 1979年美国ORACLE公司推出了用于VAX小型机上的关系数据库软件 Oracle(v2.0)。这被认为是第一次实现了使用SQL语言的商品化关系数 据库软件。,数据库技术的发展史,新一代数据库系统 20世纪80年代后期人们提出了研制新一代数据库的设想。 新一代数据库技术的研究和发展呈现了百花齐放的局面。 主要特征： 面向对象的方法和技术与数据库技术的结合； 数据库技术与多学科技术的有机结合； 面向应用领域的数据库技术的研究。 目前流行的数据库产品主要是关系型数据库。,1.3 数据库系统的结构,1.3.1数据库系统的体系结

14、构,数据库系统的体系由支持系统的计算机硬件设备、数据库及相关的计算机软件系统、开发管理数据库系统的人员三部分组成。,数据库系统的系统结构,1.3 数据库系统的结构,软件中包括操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和数据库。,数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求,支持数据库系统的计算机硬件资源包括CPU、内存、外存及其他外部设备。 计算机内存要尽量大。 计算机外存也要尽量大。 计算机的数据传输速度要快。,数据库系统的软件组成,3. 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责,数据库系统的人员由软件开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件管理人员称为数据库管理

15、员（Data Base Administrator，简称DBA）， 职责为： DBA应参与数据库和应用系统的设计。 DBA应参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作。 DBA要负责定义数据的安全性要求和完整性条件。 DBA负责监视和控制数据库系统运行，负责系统维护和数据恢复工作。 DBA负责数据库的改进和重组。,1.3 数据库系统的结构,1.数据定义功能 2.数据操纵功能 3.数据库的建立和维护功能 4.数据库的建立和维护功能,1.3 数据库系统的结构,1.3.2 数据库管理系统的功能结构,数据定义功能 用户利用数据库管理系统提供的数据定义语言(Data Description Languag

16、e,简称DDL)建立数据库。 数据操纵功能 实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据村区操作的功能成为数据操纵功能。 数据库的建立和维护功能 数据库的建立功能是指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能。数据库维护功能指数据库结构的修改、变更及扩充功能。 数据库的建立和维护功能 数据库的运行管理功能是数据库管理系统的核心功能，它包括并发控制、数据存取控制、数据完整性条件检查和执行、数据库内部维护等。,1.3 数据库系统的结构,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。 数据库的数据模式由外模式、逻辑模式和内模式三级模式构成。,1.3 数据库系统的结构,1.3.3 数据库系统的

17、三级数据模式结构,图1-4 数据库系统的三级模式结构,1.3 数据库系统的结构,数据库的三级模式是指逻辑模式、外模式(子模式)、内模式(物理模式)。 逻辑模式（Schema）及概念数据库 逻辑模式是对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。 以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。 外模式（External Schema）及用户数据库 外模式也称子模式（Subschema），它是对各个用户或程序所涉及 到 的数据的逻辑结构和数据特征的描述。 以子模式为框架的数据库为用户数据库。,数据库的三级模式结构,外模式/模式的映象：定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。 模式/内模式的映象及作用：定义

18、并保证了数据的逻辑模式与内模 式之间的对应关系。,1.3 数据库系统的结构,数据库系统的二级映象技术及作用,内模式（Internal Schema）及物理数据库 内模式也叫存储模式（Access Schema）或物理模式 （Physical Schema），它是数据的内部表示或底层描述。 以物理模式为框架的数据库为物理数据库。,保证数据的独立性。 将模式和内模式分开，保证了数据的物理独立性； 将外模式和模式分开，保证了数据的逻辑独立性。 简化了用户接口。 按照外模式编写应用程序或敲入命令，而不需了解数据库内部的存储 结构，方便用户使用系统。 有利于数据共享。 在不同的外模式下可有多个用户共享系

19、统中数据，减少数据冗余。 利于数据的安全保密。 在外模式下根据要求进行操作，不能对限定的数据操作，保证了其他 数据的安全。,1.3 数据库系统的结构,三级结构的优点,单用户结构 主从式结构 分布式结构 客户/服务器结构 浏览器/应用服务器/数据库服务器结构,1.3.4 数据库系统外部的体系结构,1.3 数据库系统的结构,前面所述的数据库系统内部的模式结构是从数据库管理系统角度看 下面学习的数据库系统外部的体系结构是从数据库最终用户角度看,一个主机带多个终端的多用户结构 数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成 各个用户通过主机的终端并发地存取数据

20、库，共享数据资源,主从式结构的数据库系统,单用户数据库系统 整个数据库系统(应用程序、DBMS、数据)装在一台计算机上， 为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据。 它是早期的最简单的数据库系统。,1.3 数据库系统的结构,优点 易于管理、控制与维护。 缺点 当终端用户数目增加到一定程度后，主机的任务会过分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能下降。 系统的可靠性依赖主机,当主机出现故障时，整个系统都不能使用。,主从式结构的数据库系统优缺点,1.3 数据库系统的结构,优点 适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用需求。 缺点 数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。 当用户需要经常访问

21、远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约。,分布式结构的数据库系统,1.3 数据库系统的结构,客户服务器结构的数据库系统,把DBMS功能和应用分开 网络中某个(些)结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器 其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为客户机,1.3 数据库系统的结构,客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传输量 数据库更加开放 客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行 可以使用不同厂商的数据库应用开发工具,客户服务器结构的优点,1.3 数据库系统的结构,“胖客户”问题： 系统安装复杂，工作量大。 应用维护困难，难于保密，造成安全性差。 相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源。 系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、操作系统又常常 不同，要为