《（本科）第1章数据库系统概述ppt课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（本科）第1章数据库系统概述ppt课件.pptx（67页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、课程主讲人：（本科）第1章-数据库系统概述ppt课件中国农业大学 李辉p数据与数据管理技术p数据库系统的特点及组成p数据库系统结构p知识点小结p数据库技术是计算机学科的重要分支，产生于20世纪60年代末70年代初，其主要目的是研究如何对数研究如何对数据资源进行有效管理和存取，提供可共享、安全、据资源进行有效管理和存取，提供可共享、安全、可靠的信息可靠的信息。数据库从概念的提出到现在，已经形成了坚实的理论基础、成熟的商业产品和广泛的应用领域，是计算机领域发展最快的技术之一。p本章主要介绍数据、数据管理、数据库、数据管理数据、数据管理、数据库、数据管理技术的发展、数据库系统的基本概念和系统结构技术
2、的发展、数据库系统的基本概念和系统结构等，为后面各章的学习奠定基础。p数据与数据管理技术数据与数据管理技术p数据库系统的特点及组成p数据库系统结构p知识点小结p数据库的基本概念数据库的基本概念1. 数据与信息2. 数据库3. 数据库管理系统4. 数据库系统p数据管理技术的发展数据管理技术的发展1. 人工管理2. 文件系统管理3. 数据库系统管理p 引入数据库技术的目的就是为了高效地管理及共享大量就是为了高效地管理及共享大量的信息，而信息与数据是分不开的的信息，而信息与数据是分不开的。p 数据： 定义：描述事物的符号记录，也是数据库中存储、用户操纵的基本对象。 类型：数据不仅是数值，而且可以是文
3、字、图形、动画、声音、视频等。 数据是信息的符号表示。数据的特性特性：p 数据是有“型型”和“值值”之分。数据的型是指数据的结构数据的结构，数据的值是指数据的具体取值数据的具体取值。p 数据有定性表示定性表示和定量表示定量表示之分。p 数据受数据类型数据类型和取值范围取值范围的约束。数据类型是针对不同不同的应用场合的应用场合设计的数据约束数据约束。数据类型不同，则数据的表表示形式、存储方式以及能进行的操作运算也是各不相同示形式、存储方式以及能进行的操作运算也是各不相同。p 数据具有载体载体和多种表现形式多种表现形式。信息：p 定义：信息是有一定含义的，经过加工处理的，对决策有一定含义的，经过加
4、工处理的，对决策有价值的数据价值的数据。p 信息是对现实世界中存在的客观实体、现象、联系进行描述的有特定语义的数据特定语义的数据，它是人类共享的一切知识及客观加人类共享的一切知识及客观加工提炼出的各种消息的总和工提炼出的各种消息的总和。p 信息和数据既有联系，又有区别既有联系，又有区别。在数据库领域，通常处理的是像学生记录这样的数据，它是有结构的，称之为结它是有结构的，称之为结构化数据构化数据。正因为如此，通常对数据和信息不作严格区分通常对数据和信息不作严格区分。p 信息与数据的关系可以归纳为：数据是信息的载体，信息数据是信息的载体，信息是数据的内涵。是数据的内涵。即数据是信息的符号表示，而信
5、息通过数据描述，又是数据语义的解释。数据处理数据处理：p 定义：又称为定义：又称为信息处理信息处理，是指对各种形式的数据进行，是指对各种形式的数据进行收集收集、存储存储、传播传播和和加工加工直至直至产生新信息输出产生新信息输出的全过程。的全过程。p 目的：目的： 一是一是借助计算机科学地保存和管理大量复杂的数据，以借助计算机科学地保存和管理大量复杂的数据，以方便而充分地利用这些宝贵的信息资源方便而充分地利用这些宝贵的信息资源； 二是二是从大量已知的表示某些信息的原始数据出发，抽取、从大量已知的表示某些信息的原始数据出发，抽取、导出对人们有价值的、新的信息导出对人们有价值的、新的信息。例如，为了
6、统计每个班的男生和女生的人数，首先要获取所有学生的基本数据，如图1-1左表所示，通过数据处理，产生如图1-1右表所示的汇总信息，从中可以看到，1701和1703两个班的男生人数均为两人，女生人数均为一人。数据管理数据管理：p 是数据处理的中心问题中心问题，是指数据的收集、整理、组织、指数据的收集、整理、组织、存储、查询、维护和传送等各种操作存储、查询、维护和传送等各种操作，也是数据处理的基数据处理的基本环节本环节，是数据处理必有的共性部分数据处理必有的共性部分。p 数据处理和数据管理是相互联系相互联系的，数据管理中各种操作都是数据处理业务必不可少的基本环节，数据管理技术的，数据管理技术的好坏，
7、直接影响到数据处理的效率好坏，直接影响到数据处理的效率。数据库：p 起源：起源于20世纪中叶，当时美军为作战指挥需要建立起了一个高级军事情报基地，把收集到的各种情报存储在计算机中，并称之为“数据库”。p 定义：数据库(DataBase，DB)是按照一定结构组织一定结构组织并长期长期存储存储在计算机内计算机内的、可共享可共享的大量数据大量数据的集合。概括起来说，数据库具有永久存储永久存储、有组织有组织和可共享可共享三个基本特点。(1)数据库中的数据是按照一定的结构按照一定的结构数据模型来进行数据模型来进行组织的，即数据间有一定的联系以及数据有语义解释。数组织的，即数据间有一定的联系以及数据有语义
8、解释。数据与对数据的解释是密不可分的。据与对数据的解释是密不可分的。例如，2017，若描述一个学生的入学日期，表示2017年；若描述山的高度则表示2017米。(2)数据库的存储介质通常是硬盘，其他介质：光盘、U盘等，可大量地、长期地存储及高效地使用可大量地、长期地存储及高效地使用。(3)数据库中的数据能为众多用户所共享共享，能方便地为不同的应用服务。比如资讯平台。(4)数据库是一个有机的数据集成体有机的数据集成体，它由多种应用的数据集成而来，故具有较少的较少的冗余冗余、较高的数据独立性较高的数据独立性。(5)数据库由用户数据库用户数据库和系统数据库系统数据库（即数据字典，对数据库结构的描述）两
9、大部分组成。数据独立性数据独立性：数据与程序间的互不依赖性。包括物理独立性物理独立性和逻辑独立性逻辑独立性。数据字典数据字典：对数据库结构的描述，是关于系统数据的数据库，通过它能有效地控制和管理用户数据库。数据库管理系统(Database Management System，DBMS) :p 定义：位于用户用户和操作系统操作系统之间的一层数据管理软件一层数据管理软件，是数据库数据库和用户用户之间的一个接口一个接口。p 属性：数据库管理系统和操作系统一样都属于计算机的基础软件，也是一个大型复杂的软件系统。p 作用：主要作用是在数据库建立、运行和维护时对数据在数据库建立、运行和维护时对数据库进行统
10、一的管理控制和提供数据服务库进行统一的管理控制和提供数据服务。p 是数据库系统的一个重要组成部分(1)从操作系统操作系统角度。DBMS是使用者使用者，它建立在操作系统的基础之上，需要操作系统提供底层服务，如创建进程、读写磁盘文件、CPU和内存管理等。(2)从数据库数据库角度。DBMS是管理者管理者，是数据库系统的核心核心，是为数据库的建立、使用和维护而配置的系统软件建立、使用和维护而配置的系统软件，负责对数据库进行统一的管理和控制统一的管理和控制。(3)从用户用户角度。DBMS是工具或桥梁工具或桥梁，是位于操作系统与用是位于操作系统与用户之间的一层数据管理软件户之间的一层数据管理软件。用户发出
11、的或应用程序中的各种操作数据库的命令，都要通过它来执行。(4)产业化的产业化的DBMS称为数据库产品数据库产品，常用的数据库产品有Oracle、MySQL、SQL Server、DB2等。(1)数据定义数据定义功能。p DBMS提供数据定义语言数据定义语言(Data Definition Language，简称DDL)，用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义，比如数据库表结构的定义。(2)数据操纵数据操纵功能。p DBMS还提供数据操纵语言数据操纵语言(Data Manipulation Language，简称DML)，用户可以使用DML操纵以数据以实现对数据库的基本操作，如查询、插
12、入、删除和修改等。(3)数据库的运行管理运行管理。p 数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管数据库管理系统统一管理、统一控制理、统一控制，以保证数据的安全性安全性、完整性完整性、多用户多用户对数据的并发使用对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复。(4)数据库的建立建立和维护维护功能。p 数据库的建立是指对数据库各种数据的组织组织、存储存储、输输入入、转换转换等，包括以何种文件结构和存储方式组织数据，如何实现数据之间的联系等。p 数据库的维护是指通过对数据的并发控制并发控制、完整性控制完整性控制和安全性保护安全性保护等策略，以保证数据的安全性安全性和完整性完整性，并
13、且在系统发生故障后能及时回复到正确的状态在系统发生故障后能及时回复到正确的状态。数据库系统(DataBase System，DBS):p 定义：指计算机引入数据库后的系统p 作用：能够有组织地有组织地、动态地动态地存储大量的数据大量的数据，提供数数据处理据处理和数据共享数据共享机制p 组成：一般由硬件系统硬件系统、软件系统软件系统、数据库数据库和人员人员组成p 由于数据库的建立、使用和维护等工作只能靠一个DBMS是不够的，还需要专门的专业人员专业人员协助完成p 简化表示：DBS=计算机系统（硬件、软件平台、人）计算机系统（硬件、软件平台、人）+DBMS+DBp 数据库系统包含了数数据库据库、D
14、BMS、软件软件平台平台与硬件支撑环境硬件支撑环境及各类人员；及各类人员；p DBMS在操作系统操作系统(Operating System, OS)的支持下，对数据库进行管理管理与维护维护，并提供用户对数据库的操作接口接口。p DB、DBMS、DBS之间的关系如右图所示。信息系统(lnformation System，IS):p 由计算机硬件、网络和通信设备、计算机软件、信息资源、信息用户等组成的以处理信息流处理信息流为目的的人机一体化系统。p 以提供信息服务提供信息服务为主要目的数据密集型数据密集型、人机交互人机交互的计算机应用系统。p 具有对信息进行加工处理加工处理、储存储存和传递传递，同
15、时具有预测预测、控制控制和决策决策等功能。p 信息系统的5个基本功能是输入输入、存储存储、处理处理、输出输出和控控制制。一个完整的信息系统应包括控制与自动化系统、辅助决策系统、数据库（含知识库）系统以及与外界交换信息的接口等，它是一个综合综合、动态动态的管理系统。p 分类：从信息系统的发展和系统特点来看，可大致分为数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统、虚拟现实系统、专家或智能系统等类型。p 数据库系统是信息系统的重要基石重要基石。p数据库的基本概念数据库的基本概念1. 数据与信息2. 数据库3. 数据库管理系统4. 数据库系统p数据管理技术的发展数据管理技术的发展1. 人工管理2. 文件系
16、统管理3. 数据库系统管理p 目前，在计算机的各类应用中，用于数据处理的约占80%。p 数据处理是指对数据进行收集、管理、加工、传播等一系列工作。其中，数据管理是研究如何对数据分类、组织、编码、存储、检索和维护的一门技术，其优劣直接影响数据处理的效率，因此它是数据处理的核心。p 数据库理论技术是应数据管理的需求而产生的，而数据管理又是随着计算机技术的发展而完善的。p 数据管理技术经历了人工管理、文件系统管理、数据库系统管人工管理、文件系统管理、数据库系统管理阶段理阶段，随着新技术的发展，其研究与应用已迈向高级数据库系统阶段。p 是计算机数据管理的初级阶段p 时期：20世纪50年代中之前p 产生
17、背景： 应用需求：科学计算 硬件水平：无直接存取存储设备 软件水平：没有操作系统 处理方式：批处理p 特点： 数据的管理者：应用程序应用程序，数据不保存数据不保存 数据面向的对象：某一应用程序某一应用程序 数据的共享程度：无共享无共享、冗余度极大冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序完全依赖于程序 数据的结构化：无结构无结构 数据控制能力：应用程序自己控制p 程序和数据之间的关系：p 时期：20世纪50年代末-60年代中p 产生背景： 应用需求：科学计算、数据管理 硬件水平：磁盘、磁鼓 软件水平：有文件系统 处理方式：联机实时处理、批处理p 特点： 数据的管理者：文件系统，数据可长期
18、保存数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差共享性差、冗余度大冗余度大 数据的结构化：记录内有结构，整体无结构记录内有结构，整体无结构 数据的独立性：独立性差独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制p 程序和数据之间的关系：p 时期：20世纪60年代末以来p 产生背景： 应用背景：大规模管理大规模管理 硬件背景：大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景：有数据库管理系统 处理方式：联机实时处理，分布处理，批处理p 文件系统到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃p 程序和数据之间的关系：p 数据库管理系统（DBMS）操纵数据库中的数据，对数
19、据库进行统一控制p数据与数据管理技术p数据库系统的特点及组成数据库系统的特点及组成p数据库系统结构p知识点小结p 数据结构化结构化p 数据的共享性高共享性高，冗余度低冗余度低且易扩充易扩充p 数据独立性高独立性高p 数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制p 数据的整体结构化整体结构化是数据库的主要特征之一 p 整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织面向全组织 不仅数据内部结构化，整体是结构化的整体是结构化的，数据之间具有联系联系 数据记录可以变长 数据的最小存取单位是数据项p 数据的结构用数据模型数据模型描述，无需应用程序定义p 数据库系统从整体角度整体角度看待和描述数据 数据
20、面向整个系统面向整个系统，可以被多个用户多个用户、多个应用多个应用共享使用。p 数据共享共享的好处 减少数据冗余数据冗余，节约存储空间 避免数据之间的不相容性不相容性与不一致性不一致性 使系统易于扩充易于扩充p 物理独立性 指用户的应用程序应用程序与数据库中数据的物理存储物理存储是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。p 逻辑独立性 指用户的应用程序应用程序与数据库的逻辑结构逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。p 数据独立性由数据库管理系统的二级映像二级映像功能来保证p 数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制，用户和应用程序通过DBMS访问和使用
21、数据库。p 数据库的共享是并发的共享并发的共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据。DBMS提供的数据控制功能(1) 数据的安全性安全性（Security）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。(2) 数据的完整性完整性（Integrity）检查保证数据的正确性、有效性和相容性。(3) 并发并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果(4) 数据库恢复恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态数据库管理阶段应用程序与数据之间的对应关系p 数据库是长期存储长期存储
22、在计算机内有组织有组织的大量的共享共享的数据集合。它可以供各种用户共享各种用户共享，具有最小的冗余度最小的冗余度和较高的数据独立较高的数据独立性性。p DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性完整性、安全性安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制并发控制，在发生故障后对系统进行恢复恢复。p 数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向以共享的数据库共享的数据库为中心的新阶段。p 这样既便于数据的集中管理数据的集中管理，又有利于应用程序的研制和维护应用程序的研制和维护，从而提高了数据的利用率利用率和相容性相容性，提高了决策的可靠性。数据库系统一般
23、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。p 硬件平台及数据库p 软件p 人员数据库系统对硬件资源硬件资源的要求：(1)要有足够大的内存足够大的内存，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，有足够的磁带（或微机软盘）作数据备份数据备份。(3)要求系统有较高的通道能力系统有较高的通道能力，以提高数据传送率数据传送率。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)支持DBMS运行的操作系统。(3)具有与数据库接口的高级语言及其编译系统，便于开发应用程序。
24、 (4)以DBMS为核心的应用开发工具。(5)为特定应用环境开发的数据库应用系统。p 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。(1)数据库管理员数据库管理员(DataBase Administrator，DBA)。(2)系统分析员和数据库设计人员。(3)应用程序员。(4)用户（最终用户）。p 数据库管理员是全面负责管理全面负责管理和控制控制数据库系统的一个或一组人员。p 主要职责：决定数据库中的信息内容和结构。决定数据库的存储结构和存取策略。定义数据的安全性要求和完整性约束条件。监控数据库的使用和运行。数据库的改进和重组重构。p数
25、据与数据管理技术p数据库系统的特点及组成p数据库系统结构数据库系统结构p知识点小结p 从数据库管理系统角度来看，数据库系统内部的体系结构通常采用三级模式结构三级模式结构，即由子模式子模式、模式模式和内模式内模式组成。p 数据库系统的模式结构图：p 定义：模式（也称概念模式或逻辑模式）是数据库中全体数据全体数据的逻辑结构逻辑结构特征的描述，是所有用户所有用户的公用公用数据库结构。p 概念模式描述： 所有实体、实体的属性和实体间的联系。 数据的约束。 数据的语义信息。 安全性和完整性信息p 特性：(1)一个数据库只有一个只有一个模式。(2)模式与具体应用程序无关无关，它只是装配数据的一个框架。(3
26、)模式用语言描述和定义，需定义数据的逻辑结构、数据有关的安全性等。p 定义：子模式（也称外模式或用户模式）是数据库用户所见和使用的局部数据局部数据的逻辑结构和特征的描述，是用户用户所用的数据库结构。p 子模式是模式的子集子集，它主要描述用户视图的各记录的组成、相互联系、数据项的特征等。p 特性：(1) 一个数据库可以有多个多个子模式；每个用户至少使用一个子模式。(2)同一个用户可使用不同的子模式，而每个子模式可为多个不同的用户所用。(3)模式是对全体用户数据及其关系的综合与抽象，子模式是根据所需对模式的抽取。p 定义：内模式（也称存储模式）是数据物理结构物理结构和存储方法存储方法的描述。它是整
27、个数据库的最低层结构的表示。p 内模式定义的是存储记录的类型，存储域的表示，存储记录的物理顺序、索引和存取路径等数据的存储组织。p 特性：(1)一个数据库只有一个只有一个内模式。内模式对用户透明。(2)一个数据库由多种文件组成，如用户数据文件、索引文件及系统文件等。(3)内模式设计直接影响数据库的性能。关系数据库的逻辑结构就是表格框架表格框架p 定义：数据独立性是指数据数据与程序程序间的互不依赖性互不依赖性。一般分为物理独立性物理独立性与逻辑独立性逻辑独立性。p 物理独立性是指数据库物理结构物理结构的改变不影响逻辑结构逻辑结构及应用应用程序程序。即数据的存储结构的改变，如存储设备的更换、存储数
28、据的位移、存取方式的改变等都不影响数据库的逻辑结构，从而不会引起应用程序的变化，这就是数据的物理独立性。p 逻辑独立性是指数据库逻辑结构逻辑结构的改变不影响应用程序应用程序。即数据库总体逻辑结构的改变，如修改数据结构定义、增加新的数据类型、改变数据间联系等，不需要相应修改应用程序，这就是数据的逻辑独立性。p 为实现数据独立性，数据库系统在三级模式之间提供了两级映像：外模式概念模式外模式概念模式映像和概念模式内模式概念模式内模式映像。p 映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。p 子模式模式映像： 子模式模式映像是指由模式生成子模式模式生成子模式的规则。它定义了各个子模式和模式之间
29、的对应关系。p 模式内模式映像： 模式内模式映像是说明模式在物理设备中的存储结构存储结构。它定义了模式和内模式之间的对应关系。p 特性： 模式/内模式映像是唯一唯一的。 子模式模式映像不唯一不唯一。p 三级模式结构和它们之间的两层映像，保证了数据库系统的数据能够具有较高的逻辑独立性较高的逻辑独立性和物理独立性物理独立性。p 有效地实现三级模式之间的转换是DBMS职能。p 注意模式模式与数据库数据库概念的区别： 模式是数据库结构的定义和描述，只是建立一个数据库的框架，它本身不涉及具体的数据； 数据库是按照模式的框架装入数据而建成的，它是模式的一个“实例”。数据库中的数据是经常变化的，而模式一般是
30、不变或很少变化的。数据库系统的三级模式结构与两层映像的优点：(1)保证数据的独立性独立性。(2)方便用户使用，简化用户接口。(3)保证数据库安全性数据库安全性的一个有力措施。(4)有利于数据的共享性共享性。(5)有利于从宏观上通俗地理解数据库系统的内部结构。从最终用户角度来看，数据库系统外部的体系结构分为：p 单用户式p 主从式p 客户服务器式p 分布式和并行结构数据库系统常见的运行与应用结构有：客户客户/服务器结构服务器结构、浏览器浏览器/服务器结构服务器结构。p 客户/服务器结构 （C/S）结构 软件系统体系结构 “功能分布功能分布”原则p 浏览器/服务器结构 (B/S)结构 Web兴起后的一种网络结构模式 最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件p数据与数据管理技术p数据库系统的特点及组成p数据库系统结构p知识点小结知识点小结本章知识小结：p 数据库的基本概念p 数据管理技术的发展p 数据库管理系统（DBMS）的工作原理和作用p 数据库系统的组成，结构和特点p 数据库三级模式结构和两层映像及其作用谢谢！中国农业大学 李辉 Email：