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1、Principle and Application of Database SystemAnQing Teachers College Department of Computer&Information数据库数据库Principle and Application of Database System安庆师范学院计算机与信息学院安庆师范学院计算机与信息学院Principle and Application of Database SystemAnQing Teachers College Department of Computer&Information数据库原理与应用数据库原理与应用Pr
2、inciple and Application of Database System安庆师范学院计算机与信息学院安庆师范学院计算机与信息学院Principle and Application of Database System数据库技术的重要性数据库技术的重要性 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。产生到今天仅仅40余年，但取得辉煌成就：n经历了三代演变：层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族 n造就了三位图灵奖turing award得主：C.W.Bachman、E.F.Codd和James Grayn发展了一门计算机基础学科：以数据模型和DB
3、MS核心技术为主，内容丰富、领域宽广 n形成了一个巨大的软件产业：DBMS及其相关工具产品、应用解决方案 Principle and Application of Database SystemC.W.Bachman E.F.Codd James GrayPrinciple and Application of Database System数据库技术的重要性数据库技术的重要性n当前，在大、中、小、微型计算机上都有数据库系统在运行。n信息资源已成为各部门的重要财富和资源，各行各业均需应用信息系统，而数据库是信息系统的核心。Principle and Application of Databas
4、e System数据库技术的重要性数据库技术的重要性n数据库是其它很多系统的核心或重要组成部分，如：nMIS（Management Information System）管理信息系统nDSS（Decision Support System）决策支持系统，知识库，规则库，专家系统，智能数据库n计算机辅助设计与制造 工程数据库n计算机集成制造Principle and Application of Database System数据库技术的重要性数据库技术的重要性n数据库技术与其他学科相结合，涌现出各种新型的数据库系统，如：n分布式数据库系统n并行数据库系统n面向对象数据库系统n知识库系统n多媒体
5、数据库系统n模糊数据库系统n网络数据库系统Principle and Application of Database System学习数据库课程的重要性学习数据库课程的重要性n鉴于数据库技术重要的学术地位和广泛的实际应用范围，我们必须系统地学习和掌握数据库系统的理论、技术和方法。（下载源码就到源码网源码网：http:/）Principle and Application of Database Systemn国外高等学校较早地在计算机科学系、计算机应用与信息系统系都开设有数据库系统方面的课程。n1983年教育部将数据库概论列为高等学校计算机软件专业四年制本科的必修的重要课程。Principle
6、 and Application of Database System教材及参考书教材及参考书 教材教材n李春葆，曾平：数据库原理与应用 基于SQL Server 2000 清华大学出版社，2006年 Principle and Application of Database System教材及参考书教材及参考书 参考书参考书李红著：数据库原理与应用(第2版)，高等教育出版社，2007萨师煊，王珊著：数据库系统概论(第四版)高等教育出版社，2004 SQL Server 2000相关书籍 VB数据库系统开发相关书籍 上机软件上机软件nMicrosoft SQL Server 2000 Prof
7、essionalPrinciple and Application of Database System学习方式学习方式 听课 课外 （预习、复习，看参考书、做相关习题和应用操作）Principle and Application of Database System课程学习方法课程学习方法n理论学习n掌握基本概念，多看例题，多做习题n理论指导实践，实践提高认识n重视数据库设计n实践学习n勤思考，多动手n重视上机实习环境n坚持自学Principle and Application of Database System考试成绩考试成绩n平时成绩（30%）（书面作业、上机实验、考勤）n期末考试（7
8、0%）Principle and Application of Database System内容安排内容安排 数据库原理部分n第1章：数据库系统概述n第2章：数据模型n第3章：关系数据库n第4章：关系数据库规范化理论n第5章：数据库设计Principle and Application of Database System内容安排内容安排 数据库基础应用部分n第6章：SQL Server2000系统概述n第7章：创建和使用数据库n第8章：创建和使用表n第9章：Transact-SQLn第10章：SQL高级应用n第11章：索引n第12章：视图n第13章：数据库完整性n第14章：存储过程n第15
9、章：触发器n第16章：SQL Server的安全管理n第17章：数据备份和还原n第18章：数据转换Principle and Application of Database System内容安排内容安排 数据库应用提高部分*n第19章：VB与数据库n第20章：使用DAO操作数据库n第21章：使用ADO操作数据库Principle and Application of Database System安庆师范学院计算机与信息学院安庆师范学院计算机与信息学院数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第第1 1章数据库系统概述章数据库系统概述Pri
10、nciple and Application of Database System1.1 四个基本概念四个基本概念n数据(Data)n数据库(Database)n数据库管理系统(DBMS)n数据库系统(DBS)Principle and Application of Database System一、数据一、数据n信息：客观世界中事物的存在方式和运动状态及其变化的反映，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征。Principle and Application of Database System一、数据一、数据n数据是对信息的符号化表示，即用一定的符号（数字、文字、图形、图象、声音等）来表示信
11、息。n数据与信息的联系：数据是信息的载体，信息是数据的内涵。同一信息可以有不同的数据表示形式，而同一数据也可能有不同的解释。Principle and Application of Database System数据举例数据举例n数据：（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）n李明是个大学生，男，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系n李明是位老师，男，1972年参加工作，江苏人，计算机系，1990年晋升为教授n数据的形式不能完全表达其内容，必须经过解释，数据的解释即对数据语义的说明 信息Principle and Application of Database System二
12、、数据库（举例）二、数据库（举例）Principle and Application of Database System二、数据库二、数据库n人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息n数据库的定义n数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合Principle and Application of Database System二、数据库二、数据库n数据库的特征n数据按一定的数据按一定的数据模型数据模型组织、描述和存储组织、描述和存储n可为各种用户共享可为各种用户共享n冗余度较小冗余度较小n
13、易扩展易扩展n数据数据独立性独立性较高较高Principle and Application of Database System三、数据库管理系统三、数据库管理系统n数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。Principle and Application of Database SystemDBMS的主要功能的主要功能n数据定义功能 提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象n数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)操纵数据 实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)Principle an
14、d Application of Database SystemDBMS的主要功能的主要功能n数据库的运行管理 安全性控制 完整性控制 多用户对数据的并发使用时的并发控制 Principle and Application of Database SystemDBMS的主要功能的主要功能n数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视、分析等Principle and Application of Database System四、数据库系统四、数据库系统n数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数
15、据库后的系统构成。n数据库系统的构成n由数据库、数据库管理系统、应用系统（及其开发工具）、数据库管理员和用户构成。Principle and Application of Database System数据库系统构成图数据库系统构成图数据库应用开发工具数据库管理系统应用系统操作系统用户用户用户数据库管理员图1.1 数据库系统Principle and Application of Database System数据库系统在计算机系统中的地位数据库系统在计算机系统中的地位 硬件操作系统D B M S编译系统应用开发工具应用系统图1.2 数据库在计算机系统中的地位Principle and App
16、lication of Database System1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展n什么是数据管理n对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护n数据管理技术的发展过程 在应用需求的推动下，在计算机硬件、软件发展的基础上，数据管理技术经历了下面三个阶段：n人工管理阶段(40年代中-50年代中)n文件系统阶段(50年代末-60年代中)n数据库系统阶段(60年代末-现在)Principle and Application of Database System一、人工管理一、人工管理n时期n40年代中-50年代中n产生的背景n应用需求科学计算n硬件水平无直接存取存储设备n
17、软件水平没有操作系统n数据处理方式 批处理Principle and Application of Database System人工管理人工管理n特点n数据不保存。n应用程序管理数据n数据面向某一应用程序 n数据无共享、冗余度极大n数据不独立，完全依赖于程序Principle and Application of Database System应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理人工管理)应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.Principle and Application of Database System二、文件
18、系统二、文件系统n时期n50年代末-60年代中n产生的背景n应用需求科学计算、数据处理n硬件水平磁盘、磁鼓n软件水平有文件系统n处理方式联机实时处理、批处理Principle and Application of Database System文件系统文件系统特点n数据可长期保存n数据由文件系统管理n数据面向某一应用程序 n数据的共享性差、冗余度大n数据记录内有结构,整体无结构n数据独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序Principle and Application of Database System应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统文件系统)应用程序应用程
19、序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.Principle and Application of Database System三、数据库系统三、数据库系统n时期n60年代末以来n产生的背景n应用背景大规模管理n硬件背景大容量磁盘n软件背景有数据库管理系统n处理方式联机实时处理、分布处理Principle and Application of Database System数据结构化数据结构化n整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。Principle and Application of Database System数据的共享性高，冗余度小，易扩充数
20、据的共享性高，冗余度小，易扩充n降低数据的冗余度，节省存储空间n避免数据间的不一致性n使系统易于扩充Principle and Application of Database System数据独立性高数据独立性高n物理独立性n指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变序不用改变。n逻辑独立性n指指用用户户的的应应用用程程序序与与数数据据库库的的逻逻辑辑结结构构是是相相互互独独立立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变的。数据的逻辑结构改变了，用户
21、程序也可以不变。Principle and Application of Database SystemDBMS对数据统一管理与控制对数据统一管理与控制n数据的安全性（Security）保护n使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。n数据的完整性（Integrity）检查n将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。Principle and Application of Database SystemDBMS对数据的控制功能对数据的控制功能n并发（Concurrency）控制n对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得
22、到错误的结果或破坏数据库的完整性n数据库恢复（Recovery）n将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。Principle and Application of Database System应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库Principle and Application of Database System1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.3.1数据库系统内部的模式结构 从数据库管理系统角度看1.3.2数据库系统外部的体系结构*从数据库最终用户角度看Principle and Application of
23、 Database System1.3.1 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构n数据库系统的三级模式结构n数据库的二级映象功能与数据独立性Principle and Application of Database System数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 应用应用A 应用应用B 应用应用C 应用应用D 应用应用E 外模式外模式1 外模式外模式2 外模式外模式3 外模式外模式/模式映象模式映象 模式模式 模式模式/内模式映象内模式映象 内模式内模式 数据库数据库 Principle and Application of Database System1.模式（模式（Sc
24、hema）n模式（也称逻辑模式、数据库模式、概念模式）n数据库中全体数据的逻辑结构的描述n所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求n一个数据库只有一个模式n模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层n与数据的物理存储细节和硬件环境无关n与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关Principle and Application of Database Systemn模式的定义n数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）n数据之间的联系n有关数据的安全性、完整性要求Principle and Application of Database System2.外模式（外模式（Exter
25、nal Schema）n外模式（也称子模式或用户模式）n数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构的描述n数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示Principle and Application of Database System外模式（续）外模式（续）n外模式的地位：介于模式与应用之间n模式与外模式的关系：一对多n外模式通常是模式的子集n一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求n对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同n外模式与应用的关系：一对多n同一外模式也可以为某一用户的多个
26、应用系统所使用，n但一个应用程序只能使用一个外模式。Principle and Application of Database System外模式（续）外模式（续）n外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据Principle and Application of Database System3内模式（内模式（Internal Schema）n内模式（也称存储模式）n是数据物理结构和存储方式的描述n是数据在数据库内部的表示方式n记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）n索引的组织方式n数据是否压缩存储n数据是否加密n一个数
27、据库只有一个内模式Principle and Application of Database System三级模式与二级映象三级模式与二级映象n三级模式是对数据的三个抽象级别n二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换Principle and Application of Database System数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E 外模式外模式1 1 外模式外模式2 2 外模式外模式3 3 外模式外模式/模式映象模式映象 模式模式 模式模式/内模式映象内模式映象 内模式内模式 数据库
28、数据库Principle and Application of Database System1外模式模式映象外模式模式映象n定义外模式与模式之间的对应关系n每一个外模式都对应一个外模式模式映象n映象定义通常包含在各自外模式的描述中Principle and Application of Database System外模式模式映象的用途外模式模式映象的用途保证数据的逻辑独立性n当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变n应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。Principle and Applic
29、ation of Database System2模式内模式映象模式内模式映象n模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的n数据库中模式内模式映象是唯一的n该映象定义通常包含在模式描述中Principle and Application of Database System模式内模式映象的用途模式内模式映象的用途保证数据的物理独立性n当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变n应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。Principle and A
30、pplication of Database System小结小结n模式n是数据库的中心与关键n独立于数据库的其它层次n设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式Principle and Application of Database System小结（续）小结（续）n内模式n依赖于全局逻辑结构，但独立于数据库的用户视图即外模式，也独立于具体的存储设备。n它将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率。Principle and Application of Database System小结（续）小结（续）n外模式n面向具体的应用程
31、序，定义在逻辑模式之上，但独立于存储模式和存储设备n设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性。当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足要求时，该外模式就得做相应改动Principle and Application of Database System小结（续）小结（续）n二级映象n保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。Principle and Application of Database System1.3.2 数据库系统外部的体系结构数据库系统外部的体系结构n单用户结构n主从式结构n分布式结构n客户/服务器结构
32、n浏览器/应用服务器/数据库服务器结构Principle and Application of Database System1.单用户数据库系统单用户数据库系统n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。n早期的最简单的数据库系统Principle and Application of Database System2.主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统n一个主机带多个终端的多用户结构n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n各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据
33、资源Principle and Application of Database System主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统主机主机终终端端Principle and Application of Database System主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统(续）续）n优点n易于管理、控制与维护。n缺点n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。n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。Principle and Application of Database System3.分布式结构的数据库系统分布式结
34、构的数据库系统n数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上。n网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用n同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用Principle and Application of Database System分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统终终端端主机主机终终端端主机主机终终端端主机主机网络Principle and Application of Database System分布式结构的数据库系统（续）分布式结构的数据库系统（续）n优点n适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的
35、需求。n缺点n数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。n当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约。Principle and Application of Database System4 4客户服务器结构的数据库系统客户服务器结构的数据库系统n把DBMS功能和应用分开n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n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Principle and Application of Database System客户服务器数据库系统的种类客户服务器数据库系统
36、的种类n集中的服务器结构 一台数据库服务器，多台客户机n分布的服务器结构n在网络中有多台数据库服务器n分布的服务器结构是客户服务器与 分布式数据库的结合Principle and Application of Database System集中的服务器结构集中的服务器结构应用工具接口应用工具接口客户机接口DBMS功能服务器Principle and Application of Database System分布的服务器结构分布的服务器结构应用工具接口应用工具接口客户机接口DBMS功能服务器接口DBMS功能Principle and Application of Database System
37、客户服务器结构的优点客户服务器结构的优点n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n数据库更加开放n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n可以使用不同厂商的数据库应用开发工具Principle and Application of Database System客户服务器结构的缺点客户服务器结构的缺点“胖客户”问题：n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。n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，要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块，其安装维护代价便不可接受了。Principle and Application of Database System5.浏览器浏览器/应用服务器应用服务器/数据库服务器结构数据库服务器结构n客户端：浏览器软件、用户界面 浏览器的界面统一，广大用户容易掌握 大大减少了培训时间与费用。n服务器端分为两部分：nWeb服务器、应用服务器n数据库服务器专门的应用服务器处理客户请求，提高了数据库的访问效率将部分任务处理和数据操作移到后台，简化了客户机的设计