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1、网络数据库应用技术赵慧勤张景安傅文博刘军编著 第1章 数据库系统概述1.1 计算机数据管理的发展1.2 数据模型1.3 数据库系统1.4 数据库管理1.5 数据库设计1.6 习题1.1 计算机数据管理的发展u1.1.1 人工管理阶段数据不保存在计算机内。计算机主要用于计算，一般不需要长期保存数据。没有专用的软件对数据进行管理。数据与程序不具有独立性，当数据的存储结构发生改变时，应用程序必须相应发生改变。此时，由于程序直接面向存储结构，因此数据的逻辑结构与物理结构没有区别。只有程序的概念，没有文件的概念。数据的组织方式必须由程序员自行设计与安排。数据面向程序。即一组数据对应一个程序。1.1 计算
2、机数据管理的发展u 文件系统阶段以“文件”形式可长期保存数据。数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单。（读/写）。文件组织已多样化，有索引文件、链接文件和直接存取文件等。但文件之间相互独立、缺乏联系，数据之间的联系要通过程序来实现。数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用。对数据的操作以记录为单位。这是由于文件中只存储数据，不存储文件记录的结构描述信息，文件的建立、存取、查询、插入、删除、修改等操作都要用程序来实现。1.1 计算机数据管理的发展u 数据库系统阶段 数据共享性高、冗余低，采用数据模型表示复杂的数据结构。有较高的数据独立性。提供了方便的用户接口。用户可以使用查询语言或终端命令
3、操作数据库，也可以用程序方式操作数据库。有统一的数据控制功能。主要包括数据安全性控制、数据完整性控制、并发控制、数据备份和恢复等。增强了系统操作的灵活性。对数据的操作既可以记录为单位，也可以数据项为单位。1.2 1.2 数据模型数据模型u1.2.1 数据模型的定义 表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模型”。数据模型的种类很多，目前被广泛使用的可分为两种类型。一种是独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信息在计算机中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构，这类模型称为“概念数据模型”。概念模型是按用户的观点对数据建模，强调其语义表达能力，概念简单、清晰、易于理解，是用户和数据库设
4、计人员之间进行交流的工具，这一类模型中最著名的是“实体联系模型”。另一种数据模型是直接面向数据库的逻辑结构，直接与数据库管理系统有关，称为“逻辑数据模型”。例如层次、网状、关系、面向对象等都属于这类模型。1.2 1.2 数据模型数据模型u 实体联系模型实体联系模型（EntityRelationshipModel，简记为E-R模型）是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系。其中实体联系图（E-R图）表示数据模型，设计E-R图的方法称为E-R方法。E-R图是直接表示概念模型的有力工具，在E-R图中有下面4个基本成分：l矩形框：表示实体类型（问题的对象）。l菱形框：表示联系类型（实体间联系）。l
5、椭圆形框：表示实体类型和联系类型的属性。相应的命名均记入各种框中。对于码的属性，在属性名下画一条横线。l连线：实体与属性之间，联系与属性之间用直线连接；联系类型与其涉及的实体类型之间也以直线相连，并在直线端部标注联系的类型（1:1，1:N或M:N）。1.2 1.2 数据模型数据模型u 数据模型的类型 层次模型：用树型（层次）结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型。网状模型：广义上讲，任意一个连通的基本层次联系的集合就是一个网状模型。关系模型：关系模型的主要特征是用二维表格表达实体类型及实体间的联系。面向对象模型。1.3 1.3 数据库系统数据库系统u 数据库系统的组成数据库系统（D
6、BS）是采用了数据库技术的计算机系统。数据库系统是一个实际可运行的，按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统。它是数据库、硬件、软件和数据库管理员的集合体。1.3 1.3 数据库系统数据库系统u 数据库系统数据库系统的三级模式结构 美国国家标准学会（ANSI）所属标准计划和要求委员会在1975年公布的研究报告中，把数据库系统内部的体系结构分为三级：外模式、概念模式和内模式。对用户而言可以对应地分为一般用户级模式、概念级模式和物理级模式。数据库系统的二级映射数据库系统的三级模式是数据的三个抽象级别，它使用户能逻辑地处理数据，而不必关心数据在计算机内部的存储方式，把数据的具体组织交给
7、DBMS管理。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，DBMS在三级模式之间提供了二级映射功能。(1)模式/内模式映射 (2)外模式/模式映射1.3 1.3 数据库系统数据库系统u1.3.3 数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。用户在数据库系统中的一切操作，包括定义、查询、更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。1.3 1.3 数据库系统数据库系统DBMS的主要功能：(1)数据库的定义功能。(2)数据库的操纵功能。(3)数据库的保护功能。(4)数据库的维护功能。(5)数据字典。DBMS的组成(1)语言编译处理程序(2)系统
8、运行控制程序(3)系统建立、维护程序1.4 1.4 数据库管理数据库管理u 事务的概念 事务（Transaction）是构成单一逻辑工作单元的操作集合，数据库系统的主要工作是执行“事务”。一个事务由应用程序中的一组操作序列组成，在程序中，事务以BEGIN TRANSACTION语句开始，以COMMIT语句或ROLLBACK语句结束。1.4 1.4 数据库管理数据库管理u 数据库安全性数据的安全性 数据库的安全性是指保护数据库，防止因用户非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏。安全性控制的一般方法(1)用户标识和鉴定。(2)存取控制。(3)定义视图。(4)审计。(5)数据加密。1.4 1.4 数
9、据库管理数据库管理u 数据库完整性数据的完整性安全性与完整性的区别数据库的完整性约束条件和完整性控制机制1.4 1.4 数据库管理数据库管理u1.4.4 数据库并发控制数据库是一个共享资源，可供多个用户使用。为了充分利用数据库资源，发挥数据库资源共享的特点，应该允许多个用户并行地存取数据。但这样会产生多个用户并发存取同一个数据的情况，若对此不加控制就可能会使存取的数据不正确，从而破坏数据库的一致性和完整性。所以，数据库管理系统必须提供并发控制机制，并发控制机制的好坏是衡量一个数据库管理系统性能好坏的重要标志之一。并发控制的单位并发操作导致数据的不一致性并发控制 1.4 1.4 数据库管理数据库
10、管理u1.4.5 数据库恢复恢复的定义、原则和方法(1)恢复的定义。系统能把数据库从被破坏、不正确的状态，恢复到最近一个正确的状态，DBMS的这种能力称为数据库的可恢复性（Recovery）。(2)恢复的基本原则和实现方法1）平时做好两件事：转储和建立日志。2）一旦发生数据库故障，分两种情况进行处理。故障类型和恢复方法 (1)事务故障 (2)系统故障 (3)介质故障1.5 数据库设计 u 数据库的设计任务与内容 数据库的设计任务是在DBMS的支持下，按照应用的要求，为某一部门或组织设计一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。数据库设计应包含两方面的内容：一是结构设计，也就是设计数
11、据库框架或数据库结构；二是行为设计，即设计应用程序、事务处理等。1.5 数据库设计u1.5.2 数据库的设计方法目前，常用的各种数据库设计方法都属于规范化设计法，即都是运用软件工程的思想与方法，根据数据库设计的特点，提出了各种设计准则与设计规程。这种工程化的规范设计方法也是在目前技术条件下设计数据库最实用的方法。在规范设计法中，数据库设计的核心与关键是数据库逻辑结构设计和数据库物理结构设计。数据库逻辑结构设计是根据用户要求和特定数据库管理系统的具体特点，以数据库设计理论为依据，设计数据库的全局逻辑结构和每个用户的局部逻辑结构。数据库物理结构设计是在逻辑结构确定之后，设计数据库的存储结构及其他实
12、现细节。1.5 数据库设计u 数据库的设计步骤 需求分析：需求分析的结果是否准确地反映了用户的实际要求，将直接影响到后面各个阶段的设计，并影响到设计结果是否合理和实用。概念结构设计：在将现实世界需求转化为机器世界的模型之前，先以一种独立于具体数据库管理系统的逻辑描述方法来描述数据库的逻辑结构，即设计数据库的概念结构。逻辑结构设计：抽象的概念结构转换为所选用的DBMS支持的数据模型，并对其进行优化。数据库物理设计：逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。之后，在数据库实施阶段，设计人员运用DBMS提供的数据语言及其宿主语言，根据物理设计的结果建立数据库。1.6 习题1简述计算机数据管理技术发展的三个阶段。2常用的数据模型有哪几种？它们各有何特点？3一个完整的数据库系统由哪几部分组成？4简述数据库管理系统的组成及功能。5什么叫数据库的安全性，其安全措施由低到高分为哪几级？6什么叫数据库的完整性，每个完整性规则应由哪几部分组成？7为什么要进行数据库并发控制，并发控制的基本思想是什么？8什么叫数据库恢复，恢复的基本原则是什么？9常见的故障类型有哪些？如何对其进行恢复？10数据库设计的目的是什么，一般分为几个阶段？