第1章数据库基础知识精.ppt

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1、第1章数据库基础知识1第1页，本讲稿共36页第1章数据库基础知识 教学重点：教学重点：数据库基础知识数据库系统的体系结构数据库管理系统教学难点：教学难点：数据库技术的特点数据库系统的三级模式体系结构数据库的两级映像功能与数据的独立性DBMS的组成和主要功能 2第2页，本讲稿共36页1.1 数据库系统概述 在系统地介绍数据库技术之前，首先介绍数据库技术的产生与发展以及数据库中最常用的术语和基本概念。3第3页，本讲稿共36页1.1.1 数据与信息1.数据 所谓数据，通常指用符号记录下来的可加以鉴别的信息。数据的概念包括两个方面：一是数据的内容是事物特性的反映或描述；二是数据是符号的集合。2.信息

2、信息是关于现实世界事物的存在方式或运动形态反映的综合，是人们进行各种活动所需要的知识。数据与信息既有联系又有区别。数据是载荷信息的物理符号或称为载体。信息是反映客观现实世界的知识，用不同的数据形式可以表示同样的信息。4第4页，本讲稿共36页1.1.2 数据库技术的产生与发展 数据管理指的是对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护。1.数据库技术的产生 与任何其他技术的发展一样，数据管理也经历了从低级到高级的发展过程。数据处理技术大致经历了人工管理、文件系统和数据库系统3个阶段。(1)人工管理阶段数据不单独保存数据无独立性存在数据冗余，数据不能共享5第5页，本讲稿共36页1.1.2 数据库技术

3、的产生与发展(2)文件系统阶段数据与程序缺乏独立性数据的冗余和不一致性数据的无结构性(3)数据库系统阶段数据库是通用化的相关数据集合，它不仅包括数据本身，而且包括关于数据之间的联系。数据库中的数据不是面向某一项特定应用，而是面向多种应用，可以被多个用户、多个应用程序共享。6第6页，本讲稿共36页1.1.2 数据库技术的产生与发展2.数据库技术的发展 20世纪60年代末70年代初出现的3个事件，标志着数据库技术日益成熟，并有了坚实的理论基础。1969年IBM公司研制、开发了数据库管理系统的商品化软件IMS(Information Management System)系统，IMS是层次结构的。美国

4、数据系统语言协商会CODASYL下属的数据库任务组DBTG对数据库方法进行了深入的研究和讨论，并于20世纪60年代末70年代初提出了一系列的报告，称作DBTG报告，澄清了许多概念，建立了若干权威性的观点。DBTG所提议的方法是基于网状结构的，它是数据库网状模型的基础和典型代表，许多的网状数据库都是基于DBTG模型的。CODASYL的工作极大地推动了数据库的发展。7第7页，本讲稿共36页1.1.2 数据库技术的产生与发展 1970年IBM公司San Jose研究所的E.F.Codd发表了题为大型共享系统的关系数据库的关系模型的论文，开创了数据库的关系方法和关系规范化理论研究，为关系数据库技术奠定

5、了理论基础。20世纪70年代，数据库技术有了很大发展。20世纪80年代，几乎所有新开发的数据库系统均是关系数据库系统，这一时期大量的商品化的关系数据库管理系统问世并被广泛地应用。8第8页，本讲稿共36页1.1.3 数据库、数据库管理系统与数据库系统1.数据库 数据库(Database，DB)，顾名思义，是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计算机存储设备上，如硬盘就是一类最常见的计算机大容量存储设备。2.数据库管理系统 数据库管理系统(Database Management System,DBMS)是位于用户与操作系统之间的一个重要的系统软件，由一组计算机程序组成。9第9页，本讲稿共36页3.数

6、据库系统(1)硬件平台及数据库(2)软件(3)人员数据库管理员(DBA)专业人员应用程序员用户1.1.3 数据库、数据库管理系统与数据库系统10第10页，本讲稿共36页1.1.4 数据库技术的特点1.数据结构化 数据库系统实现整体数据的结构化，是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别。2.数据能够共享 数据共享的意义是多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合。在数据库中，数据不再分属于各个应用程序，而是集中存放在数据库中。3.数据冗余度小，易扩充 由于数据是结构化的，数据的冗余度大大减小，除了一些必要的副本，例如为了保持联系信息而重复存储的一些数据项，存储数据的冗余度保持在尽

7、可能小的程度。11第11页，本讲稿共36页1.1.4 数据库技术的特点4.数据与程序的独立性较高 应用程序必须通过数据库管理系统访问数据库，数据库系统提供映像功能来保证应用程序对数据结构和存取方法有较高的独立性。5.对数据实行集中统一控制 数据库系统提供统一的数据定义、插入、删除、检索以及更新等操作。12第12页，本讲稿共36页1.2 数据库系统的体系结构为了有效地组织、管理数据，人们为数据库系统设计了严谨的体系结构。考察数据库系统的体系结构可以有多种不同的层次或不同的角度，从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库管理系统内部的结构。从数据库最终用户角度看，数据库系统

8、的结构分为集中式结构(又可以有单用户结构、主从式结构)、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。这是数据库系统外部的体系结构。本节介绍数据库系统的三级模式结构。13第13页，本讲稿共36页1.2.1 数据库系统模式的概念模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及型的描述，不涉及具体的值，它是数据库系统的一个总的框架。模式的一个具体取值称为模式的一个实例，同一个模式可以有很多实例。模式是相对稳定的，而实例是相对变动的，因为数据库中的数据是在不断更新的。模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。14第14页，本讲稿共36页1.2.2 数据库系统的三级模式体系

9、结构 数据库系统的三级模式由内模式、模式和外模式组成，如图所示。这三级模式反映了看待数据库的3种不同的数据观点。15第15页，本讲稿共36页1.模式 模式也称逻辑模式或概念模式，模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。它既不同于内模式，比内模式抽象，不涉及数据的物理存储细节；也不同于外模式，与具体的应用程序及使用的高级程序设计语言无关。1.2.2 数据库系统的三级模式体系结构16第16页，本讲稿共36页2.外模式 外模式也称用户模式，它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某

10、一应用有关的数据的逻辑表示。3.内模式 内模式也称存储模式，它是全体数据库数据的内部表示或者底层描述，用来定义数据的存储方式和物理结构。1.2.2 数据库系统的三级模式体系结构17第17页，本讲稿共36页1.数据库的两级映像功能概述 (1)模式/外模式映像 模式/外模式映像定义了该外模式与模式之间的对应关系。当模式改变时，由DBA对各个模式/外模式映像作相应的改变，可以使外模式保持不变。(2)模式/内模式映像 模式/内模式映像定义了数据库的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。1.2.3 数据库的两级映像功能与数据的独立性18第18页，本讲稿共36页2.数据库的三级模式与数据的独立性数据库的内

11、模式依赖于它的全局逻辑结构，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。数据库的外模式面向具体的应用程序，它定义在逻辑模式之上，但独立于存储模式和存储设备。1.2.3 数据库的两级映像功能与数据的独立性19第19页，本讲稿共36页1.3数据库管理系统数据库管理系统是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。用户使用的各种数据库命令以及应用程序的执行，都要通过数据库管理系统。数据库管理系统还承担着数据库的维护工作，按照DBA所规定的要求，保证数据库的安全性和完整性。20第20页，本讲稿共36页1.DBMS的组成 DBMS是一个负

12、责数据库的定义、建立、操作、管理和 维护的软件。它是用户的应用程序和物理数据库之间的桥梁。DBMS在数据库系统中的地位与作用如图所示。1.3.1DBMS的组成和主要功能21第21页，本讲稿共36页(1)系统运行程序组系统总控程序授权检查程序并发控制程序数据存取控制程序数据存储管理程序数据完整性检查程序通信控制程序1.3.1DBMS的组成和主要功能22第22页，本讲稿共36页(2)语言处理程序组数据库各级模式的语言处理程序数据操纵语言DML处理程序终端查询语言解释程序数据库控制语言解释程序1.3.1DBMS的组成和主要功能23第23页，本讲稿共36页3)公用程序组定义公用程序组维护公用程序组数据

13、装入程序数据库恢复程序数据库重构程序统计分析程序工作日志程序转储程序数据编辑、打印公用程序等1.3.1DBMS的组成和主要功能24第24页，本讲稿共36页2.DBMS的功能 DBMS提供数据操纵语言(Data Manipulation Language，DML)，用户可以通过DML使用数据，实现对数据库的基本操作，如检索、插入、删除和修改等。1.3.1DBMS的组成和主要功能25第25页，本讲稿共36页(1)数据定义功能(2)数据操纵功能交互式命令语言。嵌入式语言。(3)数据库的运行控制DBMS对数据库的控制功能主要包括4个方面：数据安全性控制、数据完整性控制、数据库的恢复以及在多用户、多任务

14、环境下的并发控制。(4)数据库的建立和维护功能(5)数据通信接口1.3.1DBMS的组成和主要功能26第26页，本讲稿共36页1.3.2用户访问数据的过程 应用程序A从数据库中读取一个外部记录的过程，如图所示。27第27页，本讲稿共36页(1)用户程序A用相应的DML命令向DBMS发出请求并提交必要的参数，控制转入DBMS。(2)DBMS分析应用程序提交的命令及参数，按照应用程序A所用的外模式名，确定其对应的模式名，同时还可能需要进行操作的合法性检查，若通不过则拒绝执行该操作，并向应用程序送回出错信息。(3)DBMS根据模式名，调用相应的内模式，根据外模式/模式映像确定应读取的记录类型和记录，

15、再根据模式到内模式的映像找到其对应的存储记录类型和存储记录。1.3.2用户访问数据的过程28第28页，本讲稿共36页(4)DBMS查阅存储模式，确定所要读取的存储记录所在的文件。(5)DBMS向操作系统发出读指定文件中指定记录的请求，把控制转到操作系统。(6)操作系统接到命令后，分析命令参数，确定该文件记录所在存储设备及存储区，启动I/O读出相应的物理记录，从中分解出DBMS所需的存储记录送入系统缓冲区，把控制返回给DBMS。1.3.2用户访问数据的过程29第29页，本讲稿共36页(7)DBMS根据模式/外模式之间的映射，将系统缓冲区中的内容映射为应用程序所需的外部记录，并控制系统缓冲区与用户

16、工作区之间的数据传输，把所需的外部记录送往应用程序工作区。(8)DBMS向应用程序A送回状态信息，说明此次请求的执行情况，如“执行成功”、“数据找不到”等。记载系统工作日志，启动应用程序A继续执行。(9)应用程序A查看“状态信息”，了解它的请求是否得到满足，根据“状态”信息决定其后继处理。1.3.2用户访问数据的过程30第30页，本讲稿共36页1.3.3常用的数据库管理系统1.Oracle Oracle是当今最大的数据库厂商Oracle公司的数据库产品。它是世界上第一个商品化的关系型数据库管理系统，也是第一个推出与数据库结合的第四代语言开发工具的数据库产品。2.INFORMIX INFORMI

17、X是美国Informix Software,Inc.公司的主要产品，诞生于20世纪70年代，当时UNIX操作系统非常流行，而对于信息的收集、管理和分析的需求迅猛增长。在这种背景下，INFORMIX的最初开发者们萌发了将INFORMATION和UNIX完美结合在一起的想法。31第31页，本讲稿共36页1.3.3常用的数据库管理系统3.Sybase Sybase是由1984年成立的美国数据库厂商Sybase公司推出的数据库管理系统，Sybase公司是较早采用客户/服务器技术的数据库厂商。Sybase可以运行在UNIX、VMS、Windows NT、Netware等操作平台上，它支持标准的关系型数据

18、库语言SQL，使用客户/服务器模式，采用了开放的体系结构，能够实现网络环境下各结点上的数据库的互访操作。32第32页，本讲稿共36页1.3.3常用的数据库管理系统4.Microsoft SQL Server Microsoft SQL Server是由Microsoft公司开发和推广的，它是一个Windows NT服务器上运行的、支持客户/服务器结构的关系数据库管理系统。Microsoft SQL Server与Windows NT有机结合，可以充分利用Windows NT的优势，性能价格比高。它不提供直接的客户开发平台和工具，只提供了两个接口，即Microsoft开放式数据库连接(ODBC)

19、和DB-Library。5.DB2 DB2是IBM公司的一个基于SQL的关系型数据库产品，它起源于早期的实验系统System R和System R*。33第33页，本讲稿共36页本 章 小 结本章比较全面地介绍了数据库的基础知识，先后介绍了数据与信息，数据库技术的产生与发展，数据库、数据库管理系统与数据库系统。通过对数据库系统体系结构的介绍，我们全面地了解了数据库系统模式的概念，数据库系统的三级模式体系结构，数据库的两级映像功能与数据的独立性。通过对数据库管理系统的学习，我们掌握了DBMS的组成、DBMS的功能等知识。最后通过对常用数据库应用系统的介绍，我们初步了解了目前流行的数据库应用系统：

20、Oracle、Microsoft SQL Server、Sybase、DB2、INFORMIX，为以后在实际应用中选择数据库提供支持。34第34页，本讲稿共36页习 题一、填空题一、填空题1.数据库技术大致经历了 、和 三个阶段。2.数据库管理系统能够对数据库进行有效的管理和控制，包括 、与 控制等。3.数据库技术的特点为：、和 。4.数据库系统的三级模式体系结构是指 、和 。35第35页，本讲稿共36页习 题二、问答题二、问答题1.什么是数据处理？2.数据管理经历了哪几个阶段，各阶段的特点是什么？3.文件系统有哪些主要缺点？4.数据库系统阶段有哪些主要特征？5.试述模式在数据库结构中的重要地位。6.数据库系统有哪些组成部分？7.试述DBMS的组成和主要功能。8.什么是数据与程序的逻辑独立性和物理独立性？9.组成数据库系统的用户分为哪几类？10.什么是DBA，DBA的职责有哪些？11.通过DBMS进行数据访问需要那几部？12.常用的关系数据库管理系统有哪些？各有什么优势？36第36页，本讲稿共36页