数据库原理.ppt

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1、数据库原理,数据库管理已经成为现代计算平台的核心成分之一。 本课程从平台对应用的支持出发，讨论DB系统的基本概念、方法、原理和技术，以提高设计、开发和系统分析能力。,(1) 数据库技术是应数据管理的任务的需要而产生的。 数据管理是指如何对数据进行分类、组织、编码、 存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题。 (2) 数据管理经历了三个阶段 .人工管理 .文件系统 .数据库系统,第1章 引论,1.1 数据管理的发展,数据密集型应用（data intensive application）,数据密集型应用的特点 1.设及数据量大（TB），一般内存容纳不下，需放在辅存； 2.数据为持久数据（persi

2、stent data）； 3.数据为多个应用程序所共享,MIS、银行、办公系统、网络数据服务等。,数据管理,文件系统的缺点 1.编写应用程序不方便; 2.数据冗余; 3.文件结构的每一修改 将导致应用程序的修改， 应用程序维护工作量大; 4.文件系统不支持对文件的并发访问； 5.数据的规范化与标准化较难达到。,新书入库,读者增删,图书出纳,催还通知,书目文件,读者文件,出借文件,数据结构化 数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。在描述数据时不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。,数据与单位（enterprise）对应，看成一个单位的 共享资源，由数据库管理系统软件（DataBase M

3、anage ment System，简称DBMS）统一管理。 数据库系统以统一管理和共享数据为主要特征,数据库系统（database system）,DBMS的发展,1964年，IDS（Integrated Data Store）网状，通用电气，Bachman（图灵奖，1973） 60年代末，IMS（Information Management System）层次，IBM 1970 Codd提出了关系模型（relational data model）（图灵奖，1981） 1977 IBM System R和Berkeley分校Ingres运行，关系模型 80年代，商品化关系DBMS成为主流，D

4、B2,Oracle,Sybase,Informix,MS SQL Server,Access等,数据管理将继续发展，应用是动力，新的软硬件技术是基础，数据库是主要形式。,数据库系统一般由数据库、数据库管理系统 (及其开发工具)、应用系统、数据库管理员和用 户构成。下面分别介绍这几个部分的内容。,1.2 数据库系统,DBMS的主要功能,提供高级的用户接口 查询处理和优化 数据目录管理 并发控制 恢复功能 完整性约束检查 访问控制,由于数据库系统数据量都很大，加之DBMS 丰富的功能使得自身的规模也很大，因此，整个 数据库系统对硬件资源提出了较高的要求，这些 要求是：,1硬件平台及数据库,(1)要

5、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 和备份数据。,(3)要求系统有较高的通道能力，以提高数据传送率。,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、软件,(2)支持DBMS运行的操作系统。,(3)具有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。 应用开发工具是系统为应用开发人员和最终用户 提供的高效率、多功能的应用生成器、第四代语言 等各种软件工具。它们为数据库系统的开发和应用 提供了良好的环境。,(5)为

6、特定应用环境开发的数据库应用系统。,开发、管理和使用数据库系统的人员主要是： 数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、 应用程序员和最终用户。不同的人员涉及不同的 数据抽象级别，具有不同的数据视图，有各自的 职责。,3人员,(1)数据库管理员(DataBase Administrator，DBA) 具体职责包括：,1)决定数据库中的信息内容和结构 2)决定数据库的存储结构和存取策略 3)定义数据的安全性要求和完整性约束条件 4)监控数据库的使用和运行,另外，在数据运行过程中，大量数据不断插入、删除、修改，时间一长，会影响系统的性能。因此，DBA要定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能。,当

7、用户的需求增加或者改变时，DBA还要对数据库进行较大的改造，包括修改部分设计，即数据库的重构造。,(2)系统分析员和数据库设计人员 系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，要和用户及DBA相结合，确定系统的软硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。,数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。数据库设计人员必须参加用户需求调查和系统分析，然后进行数据库设计。在很多情况下，数据库设计人员就由数据库管理员担任。,(3)应用程序员 应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块，并进行调试和安装。 (4)用户 这里用户是指最终用户(EndUser)。最终用户通过应用系统的用户接口使用数

8、据库。常用的接口方式有浏览器、菜单驱动、表格操作、图形显示、报表书写等。,模型，特别是具体的实物模型，人们并不陌生。例如，一张地图，一组建筑设计沙盘，一架精致的航模飞机，都是具体的模型。一眼望去，就会使人联想到真实生活中的事物。模型是现实世界特征的模拟和抽象。数据模型(DataModel)也是一种模型，它是现实世界数据特征的抽象。,1.3 数据、数据模型和数据模式,数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理 才能成为有用的信息。,对事物描述的符号记录称为数据。,数据库是某个企业、组织或部门所涉及的数据的综合，它不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。由于计算机不可能直接处理现实世

9、界中的具体事物，所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。,现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。因此，了解数据模型的基本概念是学习数据库的基础。 数据模型应满足三方面要求： 一是能比较真实地模拟现实世界； 二是容易为人所理解； 三是便于在计算机上实现。 一种数据模型要很好地满足这三方面的要求在目前还很困难。在数据库系统中针对不同的使用对象和 应用目的，采用不同的数据模型。,不同的数据模型实际上是提供给我们模型化数据和信息的不同工具。,数据模型是数据库系统的核心和基础。各种机

10、器上实现的DBMS软件都是基于某种数据模型的。,为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某 一DBMS支持的数据模型，人们常常首先将现实世 界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世 界。,也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽 象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于 具体的计算机系统，不是某一个DBMS支持的数据 模型，而是概念级的模型；然后再把概念模型转 换为计算机上某一DBMS支持的数据模型。,数据模型的组成要素,一般地讲，数据模型是严格定义的一组概念的集合。这些概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。,数

11、据结构是所研究的对象类型的集合。这些对 象是数据库的组成成分，它们包括两类:,1数据结构,一类是与数据类型、内容、性质有关的对象， 例如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、 属性、关系等；,一类是与数据之间联系有关的对象，例如网状模型 中的系型(Set type)。,数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面，是对系统静态特性的描述。因此，在数据库系统中，通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。例如层次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。,数据操作是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。 数据库主要有检

12、索和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则(如优先级)以及实现操作的语言。 数据操作是对系统动态特性的描述。,2. 数据操作,数据的约束条件是一组完整性规则的集合。 完整性规则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，用以限定符合数据模型 的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正 确、有效、相容。,3数据的约束条件,数据模型是用来描述现实世界的，因此， 越自然越好（易于理解）。,在数据库中，针对不同的使用对象和应用目的，采用多级数据模型，一般可分为三级：,1. 概念数据模型（与DBMS无关） 主要用来描述一个单位的概念化结

13、构，面向用 户、面向现实世界，是一种语义模型，常用E-R图 表示，接近人的思维，容易理解。,2逻辑数据模型（与DBMS有关） 用概念数据模型表示的数据必须转化为逻辑数 据模型表示的数据，才能在DBMS中实现，因此， 逻辑模型既要面向用户，也要面向实现。,3.物理数据模型（与DBMS、OS硬件有关） 它反映数据的存储结构，如物理块、指针、索引等。物理数据模型不但与DBMS有关，还与OS和硬件有关。,什么叫数据模式？ 以一定的数据模型对一个单位的类型、结构 及其相互间的关系所进行的描述。,型:,一个值:, 数据模型和数据模式区别： 数据模型是描述现实世界数据的手段、工具。 数据模式是利用这个手段和

14、工具对具体对象 相互间的关系所进行的描述。是关于型的描述。 它与DBMS和OS硬件无关。,例：C语言和用C语言编写的程序的区别。, 数据模式通常分为三级： 1概念模式 是用逻辑数据模型对一个单位的数据的描述。 是一个单位的全局模式，是整个数据库的逻辑 结构。,2外模式 是用逻辑数据模型，对用户所用到的那部分 数据的描述。它是概念模式的一部分或由前 者推导而来的。（这是每一个用户看到的模式。 每一个用户的外模式不一定相同，外模式是一种局部 模式）,3内模式 是用物理数据模型对数据的描述。表示数据库存储结构，即物理结构。,概念模式、外模式和内模式都存于数据目录中, 是数据目录的最基本内容。DBMS

15、通过数据目录,管 理和访问数据模式。,1.4 数据库应用,数据库的应用就是选择合适的DBMS，设计、建立维护和管理数据库系统，为用户服务。,1.数据库系统的规划,2.数据库设计,数据库设计,信息需求,处理需求,DBMS特性,硬件、操作系统特性,数据模式,典型应用程序,图 1-5 数据库设计的基本任务,3.数据库的建立,4.数据库的运行、管理和维护,5.数据库的扩充和维护,数据库技术的发展*,第一代数据库系统 20世纪70年代 层次和网状数据库系统 第二代数据库系统 关系数据库系统 第三代数据库系统 面向对象数据模型 数据库技术和其他学科内容相结合（分布式数据库、工程数据库、演绎数据库、知识数据库、时态数据库、空间数据库）,Internet时代的数据库技术 Internet技术的发展促进新的数据库应用，诸如支持高层决策的数据仓库、OLAP分析、数据挖掘、电子商务等。 出现了Web信息检索技术与系统、Web数据集成与共享技术与系统、数据流技术与系统等具有Internet时代特征的数据库技术和数据库管理系统。,