数据库系统概述课件.ppt

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1、第1章 数据库系统概述,11.12.2022,2,通讯录：图书馆：,数据库,数据的仓库，即数据存放的地方,小数据库可用手工管理,大型数据库必须由计算机进行管理,计算机三大主要应用领域？,科学计算,过程控制,数据处理,70%,利用数据库系统可科学地组织和存储数据,以便于高效地检索和处理,11.12.2022,3,信息的特征,1.1 信息、数据、数据处理与数据管理,1.1.1 数据与信息,信息,能源,材料,客观世界的三大要素,采集并加工、传递,消息情报指令数据 信号,时间：2008.5.12地点：汶川事件：地震级别：8.0后果：死亡69297人,源于物质和能量,可以感知,可存储、加工、传递和再生,

2、11.12.2022,4,数据 数据是信息的具体表现形式数据的表现形式数据与信息的联系数据是信息的符号表示或载体信息是数据的内涵，是对数据的语义解释,2008-5-12汶川地震8.069297,数字文字图形图象声音等,11.12.2022,5,1.1.2 数据处理与数据管理,信息数据数据处理,将数据转换成信息包括数据的收集、管理、加工利用乃至信息输出,数据的收集、 整理、组织、 编码、存储、 维护、检索、传输等操作,数据处理,数据管理,产出输出结果,原料输入,“数据处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据,11.12.2022,6,常用术语和基本概念,数据（Data）:描述事物的符号记录称

3、为数据。这些符号记录可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等。数据库(DataBase，简称DB):数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库管理系统（ DataBase Management System ,简称DBMS）:DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据库管理软件，它的任务是科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。数据库系统（DBS）：数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。,11.12.2022,7,人工管理阶段（20th50年代以前）特点数据不保存：需要时把数据输入，用完就撤走。数据不保存在计算机中。没有管理数据的软件系统：应用程序

4、中不仅要管理数据的逻辑结构，还要设计其物理结构、存取方法、输入输出方法等。程序高度依赖于数据，即数据和程序不具有独立性。基本上没有文件概念：数据的组织方式及在磁盘中的存储方式由程序员自行设计。数据是面向应用的：一组数据只对应于一个应用程序。即使两个应用程序都涉及到了某些相同数据，也必须各自定义，无法相互利用。,1.2 数据库技术的产生、发展,11.12.2022,8,人工管理阶段：应用程序与数据的关系,程序1,数据缓冲区,数据组1,数据组2,数据组3,外存,程序2,数据缓冲区,程序3,数据缓冲区,内存,11.12.2022,9,文件系统阶段（20th 50年代60年代）特点数据存放在文件中，应

5、用程序通过文件名来逻辑地访问文件。有了管理数据的软件文件系统，文件的物理存储由文件系统管理，文件系统还负责对文件的逻辑结构与存储结构进行转换。程序和数据有了一定的独立性。程序不再负责数据存储的物理细节，因此可大大节省维护程序的工作量，程序员也可不必过多地考虑物理细节，可把精力集中在算法上。数据的存取基本上以记录为单位。按文件名访问，按记录进行存取。,11.12.2022,10,文件系统阶段：应用程序与数据的关系,程序1,数据缓冲区,文件1,文件2,文件3,外存,程序2,数据缓冲区,程序3,数据缓冲区,文件系统,内存,11.12.2022,11,实例：学生基本信息的管理,11.12.2022,1

6、2,文件管理系统的缺点,编写应用程序不方便，应用程序依赖性 存储在文件中的数据如何存放由程序员自己定义，不统一，难于共享。仍然有数据冗余不支持对文件的并发访问 文件间联系弱，必须通过应用程序来实现 难以按最终用户视图表示数据 无安全控制功能,11.12.2022,13,数据库系统阶段（20th 60年代至今）数据库技术的出现是为了克服文件管理系统在管理数据上的缺点而发展起来的。,11.12.2022,14,数据库系统阶段：应用程序与数据的关系,应用程序1,Data Base,应用程序2,应用程序3,DBMS,用户,用户,用户,数据库管理员DBA,用户根据数据的逻辑结构对数据进行操作,数据文件的

7、操作和数据的物理存储细节由DBMS负责,数据文件,11.12.2022,15,数据库系统的优点,将相互关联的数据集成在一起较少的数据冗余程序与数据相互独立能够保证数据的安全可靠最大限度地保证数据的正确性 数据可以共享并能保证数据的一致性,11.12.2022,16,人工管理阶段,文件系统阶段,数据库系统阶段,数据不保存，不共享，无独立性，无专用软件管理数据,数据以文件形式长期保存，由文件系统管理数据 ，程序与数据间有一定独立性,数据结构化 ，共享性高、冗余度低 ，独立性高 ，有统一的数据控制功能,DBMS,数据的安全性控制 数据的完整性控制 并发控制 数据恢复,11.12.2022,17,1.

8、3 数据库系统的组成,数据库系统（DBS）,数据库,计算机软件系统,数据库用户,计算机硬件系统,图1-6 数据库系统,用户1,用户2,用户n,用户,应用系统,应用开发工具,DBMS,操作系统OS,数据库,数据库管理员,软件系统,11.12.2022,18,数据库系统结构简图,应用程序1,Data Base,应用程序2,应用程序3,DBMS,用户User,数据库管理员DBA,OS,11.12.2022,19,数据库 数据库（DB）是存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合 用户,集成性 ，共享性,终端用户,应用程序员,数据库管理员,对数据库进行存储、维护和检索,非计算机专业人员使用数据库,设计

9、和编制应用程序,负责设计、建立、管理和维护数据库以及协调用户对数据库要求的个人或工作团队,11.12.2022,20,软件（Software）系统 硬件（Hardware）系统 硬件系统指存储和运行数据库系统的硬件设备。数据库系统在整个计算机系统中的地位如图所示,DBMS,OS,应用系统,软件系统：,核心,编译系统,OS,硬件,应用系统,应用开发工具,DBMS,DBMS在操作系统支持下工作，应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。,11.12.2022,21,1.4 数据库系统的模式结构,1.4.1 数据库系统的三级模式结构 数据库系统内部的体系结构从逻辑上分为三级,型,值,模式,实例,外模式

10、,模式,内模式,11.12.2022,22,数据库的三级模式结构,11.12.2022,23,内模式是整个数据库实际存储的表示模式是整个数据库实际存储的抽象表示外模式是概念模式的某一部分的抽象表示,外模式,模式,内模式,数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构和特征的描述,它是对数据库存储结构的描述，是数据在数据库内部的表示方式,可有多个,只有一个,11.12.2022,24,980001,用户数据库,概念数据库,物理数据库,奖学金发放,学籍管理,应用程序,模式内模式映射,外模式模式映射,数据在数据文件中的实际存储方式,二级映射示意图,11.

11、12.2022,25,1.4.2 数据库系统的二级映象与数据独立性,DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能，保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性。,外模式/模式映象,模式/内模式映象,保证了数据与程序间的逻辑独立性,确保了数据的物理独立性,11.12.2022,26,1.5 数据库系统的外部体系结构,单用户结构的数据库系统,主从式结构的数据库系统,分布式结构的数据库系统,客户/服务器结构的数据库系统,浏览器/服务器结构的数据库系统,一台计算机，不能共享数据,大型主机带多个终端；主机处理，终端输出,是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数据库的集合,把DBMS的功能与应用

12、程序分开；管理数据的节点称为服务器应用DBMS的节点称为客户机,将客户端运行的应用程序转移到应用服务器上 ，充当了客户机和数据库服务器的中介,11.12.2022,27,DBS,1.6 数据库管理系统（DBMS）,1.6.1 DBMS的主要功能数据定义功能 （DDL）定义数据的模式、外模式和内模式三级模式结构 定义模式/内模式和外模式/模式二级映象 定义有关的约束条件,DBMS,核心,数据定义查询更新各种控制,11.12.2022,28,数据操纵功能（DML） 数据库的基本操作：检索、更新（包括插入、修改、删除）等。 数据库运行管理功能 对数据库运行的管理是DBMS运行的核心部分。 DBMS对

13、数据库的控制主要通过四个方面实现：数据的安全性控制、数据的完整性控制、多用户环境下的并发控制和数据库的恢复。,11.12.2022,29,数据库的建立和维护功能 数据库的建立包括数据库的初始数据的装入与数据转换等。数据库的维护包括数据库的转储、恢复、重组织与重构造、系统性能监视与分析等。 数据通信接口 数据组织、存储和管理,11.12.2022,30,1.6.2 DBMS的组成,语言编译处理程序,系统运行控制程序,系统建立、维护程序,数据字典,数据定义语言DDL编译程序,数据操纵语言DML编译程序,系统总控程序 安全性控制程序 完整性控制程序 并发控制程序 数据存取和更新程序 通信控制程序,装

14、配程序 重组程序 系统恢复程序,描述数据库中有关信息的数据目录,11.12.2022,31,1.7 数据模型,1.7.1 数据模型的概念数据模型是对现实世界特征的模拟和抽象数据模型是数据库系统的核心和基础1.7.2 三个世界的划分及其有关概念三个世界的划分 首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型 然后再抽象成计算机世界的数据模型 数据加工经历了现实世界、信息世界和计算机世界三个不同的世界，经历了两级抽象和转换,11.12.2022,32,现实世界,概念模型,认识抽象,DBMS支持的数据模型,信息世界,计算机世界,现实世界,数据处理的抽象和转换过程,数据化,11.12.2022,33

15、,从现实世界到数据世界,现实世界（事物，事物性质）,信息世界（实体，实体属性）,数据世界（记录，数据项）,抽象化,数据化,概念模型描述,数据模型描述,校长, 教师,门卫, 干部,教工(编号,姓名,岗位, ),01 张三 教师26 李四 处长,例如：学校的职工,11.12.2022,34,现实世界 现实世界即客观存在的世界 人们总是选用感兴趣的最能表征该事物的若干特征来描述该事物 信息世界及其有关基本概念 实体 客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体 实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的事件 属性 实体所具有的某一特性称为属性,型,值,属性名,具体值,11.12.2022,35,实体型

16、 (Entity type)具有相同属性的实体必然具有共同的特征 实体集(Entity set)同型实体的集合称为实体集 键 (码) (Key)能惟一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键 域(Domain)属性的取值范围称为该属性的域,学生（学号，姓名，年龄，性别，系）,11.12.2022,36,联系(Relationship) 实体型内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系 实体型之间的联系通常是指不同实体集之间的联系 两个实体型之间的联系有如下三种类型 ：一对一(1:1)、一对多(1:n)、多对多(m:n) 例：学校校长，班级学生，学生课程,11.12.2022,37,1.7.3

17、数据模型的分类,概念模型 它是按用户的观点对数据和信息建模 用来描述某个特定组织所关心的信息结构 概念模型属于信息世界中的模型 逻辑模型（或称数据模型）和物理模型 逻辑模型是属于计算机世界中的模型逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等物理模型描述数据在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法,E-R模型,11.12.2022,38,1.7.4 概念模型及E-R图,E-R图的基本成分 ：,学生,学号,选修,（a）实体,（b）属性,（c）联系,1:11:nm:n,常用的概念模型是实体联系模型（E-R模型），其描述方法称为E-R方法,11.12.2022,39,例：“学生”实体、属性的

18、表示方法,11.12.2022,40,E-R图的几种基本形式： 两个实体之间的联系,系主任,成绩,领导,系,学生,属于,系,学生,选修,课程,1,1,1,n,n,m,11.12.2022,41,两个以上实体间的联系,数量,供应商,供应,零件,n,m,项目,n,11.12.2022,42,数据模型是对现实世界的进一步抽象。数据模型用某种数据结构来表示对象以及对象之间的联系，即系统的静态特性。数据模型规定了对数据的操作及操作规则，即系统的动态特性。数据模型提供了定义数据完整性约束条件的手段。,1.7.5 数据模型的三要素,11.12.2022,43,1.7.5 数据模型的三要素,数据结构,数据操作

19、,数据的完整性约束,层次结构,网状结构,关系结构,查询,插入,删除,修改,更新,正确,有效,相容,11.12.2022,44,1.8 四种数据模型,1.8.1 层次模型 层次模型的数据结构,无双亲，根节点,根以外的其他结点有且仅有一个双亲结点；父子结点之间的联系是一对多（1:n）的联系 。,11.12.2022,45,具有四个记录型：D，R，S，TS与T是叶结点，它们没有子女结点 由D到R，R到T，由D到S均是一对多的关系,11.12.2022,46,1.8.2 网状模型,网状模型的数据结构 网状模型是采用有向图结构表示记录型与记录型之间联系的数据模型 。,网状模型的特点：有一个以上的结点没有

20、双亲结点。允许结点有多个双亲结点。允许两个结点之间有多种联系（复合联系） 。,11.12.2022,47,1.8.3 关系模型,小型数据库系统：Foxpro、Access,大型数据库系统：Oracle、SQL Server、Informix、Sybase,关系,二维表,元组,属性,域：属性的取值范围，（男，女）,11.12.2022,48,公共属性,表名：研究生 表名：导师,关系型数据库是通过公共属性实现联系的。,GO,11.12.2022,49,能完整地描述现实世界的数据结构,具有丰富的表达能力,优点,模型相对比较复杂,缺点,涉及的知识比较多,因此，面向对象数据库尚未达到关系数据库的普及程度！,1.8.4 面向对象模型,11.12.2022,50,本章小结,信息、数据、数据处理与数据管理的基本概念；数据管理技术发展的三个阶段及各自的优缺点；整个数据库系统主要包括数据库、数据库用户、计算机硬件系统和计算机软件系统等几部分；数据库系统内部的体系结构：三级模式结构；数据库系统的三级抽象和二级映象保证了数据库系统的逻辑独立性和物理独立性；DBMS 的主要功能:数据定义、数据操纵、管理控制；模型：概念模型E-R模型 数据模型层次模型 网状模型 关系模型 面向对象模型。数据模型三要素：数据的结构、数据的操作、数据完整 性约束条件,