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1、数据库原理及应用,主讲：方启泉,数据库原理,1,数据库原理,2,使用教材：数据库原理及开发应用（周屹/清华）,熟悉数据库系统的基本概念。掌握关系模型的基本概念及原理。掌握关系数据库查询语言SQL。掌握数据库设计方法。了解数据库应用开发过程。掌握使用SQL SERVER进行数据管理。参考书：SQL SERVER 2005 入门与提高（文龙/清华）,数据库原理,3,课程目标,第1章 数据库概述第2章 数据模型第3章 关系数据库的基本理论第4章 结构化查询语言SQL第5章 关系模式的规范化设计第6章 数据库设计第7章 数据库的安全与保护第8章 SQL SERVER数据库应用,数据库原理,4,上机实验
2、（使用SQL SERVER数据库）,课程讲授,数据库原理,5,信息与数据 数据管理技术发展 数据库技术发展 数据库系统结构 数据库系统术语,1。数据库概述,数据库原理,6,数 据(Data),对客观对象的符号表示，可以是数值数据，也可以是非数值数据。如声音、图像等。数据是数据库中存储的基本对象。数据需要经过解释才有意义，才能成为信息。,例：学生档案中数据记录（李明，男，1988，青岛，计算机系，2006）-记录值（姓名，性别，生日，籍贯，系专业，年级）-记录类型,现实世界在人们头脑中的反映，它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，可以进行传递和处理，为人们的生产、建设、管理提供依据。信
3、息通过数据形式来表示，是数据中蕴含的意义。,信 息(Info),信息与数据,数据是信息的表现，信息是数据的含义,数据库原理,7,数据管理技术,对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的数据中筛选出有意义的信息。,数据管理技术分三个阶段:1.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）2.文件系统阶段（20世纪50年代后期60年代中期）3.数据库系统阶段（20世纪60年代后期今）,硬件和软件的发展，数据管理需求扩大。,数据管理技术的发展,数据库原理,8,人工管理阶段(-50年代中期),计算机主要用于科学计算(处理对象主要是数学公式。)外存为顺序存
4、取设备(磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备。)无操作系统及数据管理软件(机器语言或汇编语言，数据对应具体应用，由编程人员单独设计，数据包含在程序中数据不保存。)数据处理为批处理,数据不单独保存(数据在程序中，与相应程序共存。)应用程序管理数据(在程序中设计数据的逻辑结构和物理存储结构。)数据不共享(数据与程序对应，容易产生冗余。)数据不具有独立性（脱离了程序数据没有任何存在的意义。）,背 景,特 点,数据库原理,9,文件系统阶段（-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。软件出现操作系统和高级软件。批处理，并能联机实时处理。,数据以文件形式可长
5、期保存在外存磁盘。由文件系统管理数据 数据的逻辑结构和物理结构有了一定的区别，用户程序处理的逻辑结构与物理存储结构之间的转换由文件系统存取方式来实现。数据有了一定共享性，缺乏联系。程序只需用文件名就可存取数据，数据之间的联系要程序构造。文件只存储数据记录，不存储结构描述信息。文件数据操作都要程序实现，文件之间是孤立的，不能反映现实世界实体之间的相互联系。,背 景,特 点,数据库原理,10,数据库系统阶段,数据库系统阶段（60年代末期以来）,计算机在商业领域广泛应用，数据管理 量大，共享性要求高。外存有了大容量存储设备。出现专门数据库管理软件。联机实时处理要求更多。,采用数据模型表示复杂的数据结
6、构。(有层次模型、网状模型、关系模型、对象模型等，数据模型可以表示数据本身 及数据之间的联系。)数据共享性好，冗余度低（数据之间建立联系。）数据独立性高（数据库以三级体系结构实现，有较好的物理独立性和逻辑独立性）数据由DBMS统一管理和控制（安全性、完整性、并发控制、故障恢复）,背 景,特 点,数据库原理,11,从上世纪60年代末数据库出现以来，数据库技术的发展经历了3代：第一阶段（60年代末-70年代）以层次模型和网状模型的数据库为主。第二阶段（70年代-80年代）以关系模型数据库为主。第三阶段（80年代后期以来）以对象数据模型为特征，集数据管理、对象管理、知识管理为一体，融合各种新技术，如
7、网络技术、分布处理、并行计算、人工智能、多媒体等，产生了一系列新型的现代数据库技术，如对象数据库，分布式数据库，Web数据库、知识库等。,数据库技术的发展,1968年，IBM发布层次模型IMS。1971年，美国CODASYL数据系统语言协会下DBTG数据库任务组建立网状模型。1970年，IBM Codd提出关系模型。,数据库原理,12,数据库(DB),长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中数据按一定数据模型组织、描述和储存。较小的冗余度 较高的数据独立性 可为各种用户共享,数据库技术基本概念,数据库原理,13,数据库管理系统(DBMS),DBMS是位于用户与操作系统之间的一层
8、数据管理软件。为用户或应用程序提供访问DB的方法。数据定义功能 数据操纵功能 查询、插入、删除、修改等。,硬件,数据库运行管理功能 保证数据的安全性、完整性、并发使用及故障恢复。数据库维护功能 原始数据输入和转换、DB转储、恢复、DB的重组织、性能监视、分析功能等。,数据库原理,14,数据库系统(DBS),指在计算机系统中引入数据库后构成的计算机应用系统。数据库系统是实际可运行的，存储、维护及可以为应用系统提供数据访问服务的集成系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体，是以数据库方式管理大量共享数据的计算机系统。数据库系统通常由数据库、软件（包括OS、数据库管理系统、应用系统、开发管理工具
9、等）、各级人员（包括数据库管理员DBA、开发人员、用户等）组成。,数据库原理,15,数据库系统组成,数据库原理,16,数据库系统结构,数据库,操作系统,DBMS,应用开发系统,应用系统,DBA,数据库原理,17,从DBMS角度,从最终用户角度,外模式(External Schema),模式(Schema),内模式(Internal Schema),单用户结构,分布式结构,客户/服务器结构,主从式结构,数据库系统结构,数据库系统结构两种分类方法：DB管理角度及最终用户角度两种角度。,数据库原理,18,应用程序,应用程序,应用程序,外模式 A,外模式 B,外模式/模式,模 式,模式/内模式,用户级
10、数据库,概念级数据库,物理级数据库,DBMS,内模式,DBMS角度数据库三级模式结构,数据库原理,19,例：用来描述学生学习情况的数据库概念模式可由学生档案、课程情况及学生成绩三个记录类型组成。学生档案（学号，姓名，性别，出生年月，籍贯，所在学院，专业班级）课程情况（课程号，课程名，授课老师，所用教材，作者）学生成绩（学号，姓名，课程号，课程名，课程成绩）,概念模式(Schema),简称模式，是数据库的总框架，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。一个数据库只有一个概念模式。概念模式可由若干个数据库记录类型组成，用数据定义语言DDL来描述，每个记录类型可以生成一张数据表。,数据库结构的基
11、本术语,数据库原理,20,内模式(Internal),也称存储模式。是对数据库物理存储结构的描述，具体说明数据如何存储在存储介质上。譬如：记录的物理存储方式，索引方式，数据是否压缩，是否加密，数据的存储结构有何规定等等。,外模式(External),是概念模式的一个子集，面向用户和应用程序，也称用户视图，用来描述用户所看到的数据库结构。一个数据库可以有多个外模式对应不同的用户应用。为了数据安全，应用程序是根据外模式对数据的描述编写的，不直接访问概念模式。一个外模式可以对应多个应用程序；但一个应用程序只能对应一个外模式。,数据库原理,21,为了实现三个层次模式之间的数据转换，DBMS在三级模式之
12、间提供了两层映象，以实现较高的逻辑独立性和物理独立性。,外模式/模式映象 模式/内模式映象,定义数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应性，模式/内模式映象是唯一的，该映像定义包含在模式的描述中。当DB存储结构改变时，由DBA对模式/内模式的映象作相应改变，可使模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了数据与程序的物理独立性。,模式/内模式映象,数据库的二级映象功能,数据库原理,22,定义外模式和模式之间的对应关系。外模式有多个，对每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象。这些映像定义包含在各自外模式的描述中。当模式改变时，譬如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等，由DBA对各个
13、外模式/模式的映象作相应改变，可使外模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了数据与程序的逻辑独立性。,外模式/模式映象,数据库原理,23,应用程序,应用程序,应用程序,外模式 A,外模式 B,外模式/模式,模 式,模式/内模式,用户级数据库,概念级数据库,物理级数据库,DBMS,内模式,数据库三级模式结构,数据库原理,24,各种人员的数据视图,数据库原理,25,1.5,数据库技术的研究领域,DBMS软件的研制,数据库设计,数据库理论,DBMS本身,以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统（工具软件及中间件）,DB设计方法、工具和理论的研究,数据模型和建模的研究,计算机辅助数据库设计方法及软件系统的研究,DB设计规范和标准的研究,关系的规范化理论,关系数据理论,数据逻辑演绎、知识推理、知识发现,并行算法,
