1、2018/7/7,1,1,0 导言,计算机的发展数据库技术学习内容与目的,2018/7/7,2,2,0.1 计算机发展的二维性,运算速度 1、从芯片或集成电路规模（0.28到0.26到0.22)、 2、从结构(精简指令结构、总线布局） 3、从软件（包括数据库） 4、从界面,存储空间 1、外存 2、内存 3、存储器本身的速度,2018/7/7,3,3,计算机的领域,系统结构操作系统数据结构数据库界面技术编译系统计算机语言计算机网络,2018/7/7,4,4,0.2 数据库技术研究的内容与应用,是软件领域的一个重要分支；主要研究如何存储、使用和管理数据数据库技术的理论基础：三位图灵奖得主：C.W.
2、 Bachman, E.F.Codd, J. Gray应用：是所有信息管理系统的基础，如MIS( management information system) OIS (office information system) CAD/CAM (computer assistant designer/manufacture) CIMS (computer integrate manufacture system) GIS (geography information system.,2018/7/7,5,5,0.3 本课程的主要内容,数据库技术的由来和发展过程数据库系统的数据模型、体系结构关系模型
3、与关系运算理论关系语言SQL关系数据库的模式设计理论，包括函数依赖、范式概念设计模型（ER模型）数据库设计数据库技术的最新进展,2018/7/7,6,6,0.4 学习目的,掌握数据库的基本原理、方法和应用技术有效使用现有的数据库管理系统和软件开发工具掌握数据库结构的设计和数据库系统的开发方式,2018/7/7,7,7,授课安排,讲授自学实习,2018/7/7,8,8,1.1 数据库的特点及相关概念 1.1.1 信息与数据,“信息”可以告诉我们有用的事实和知识，“数据”可以更有效地表示、存储和抽取信息。1. 信息（Information）、信息特征及作用信息就是新的、有用的事实和知识。信息具有四
4、个基本特征：1) 信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识；2) 信息是有用的，它是人们活动的必需知识；3) 信息能够在空间和时间上被传递，在空间上传递信息称为信息通信，在时间上传递信息称为信息存储；4) 信息需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。信息的作用：1) 它可以提高人们对事物的认识，减少人们活动的盲目性；2) 信息是社会机体进行活动的纽带，社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作，使整个社会协调发展；3) 信息又是管理活动的核心。,2018/7/7,9,9,2. 数据（Data）、数据和信息的关系及数据的特征,数据是用于载荷信息的物理符号。数据的4个特征：1) 数据有“型”
5、和“值”之分。2) 数据受数据类型和取值范围的约束。3) 数据有定性表示和定量表示之分。4) 数据应具有载体和多种表现形式。,2018/7/7,10,10,1.1.2 数据管理与数据库,数据处理是指对数据的收集、组织、整理、加工、存储和传播等工作.(1) 数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类别组织保存，在需要的时候能够提供数据；(2) 数据加工：对数据进行变换、抽取和运算，通过数据加工会得到更有用的数据，以指导或控制人的行为或事物的变化趋势；(3) 数据传播：在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人得到信息。,1. 数据处理（Data Processi
6、ng）及分类,2018/7/7,11,11,组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,2. 数据管理及内容,数据管理是其他数据处理的核心和基础。,2018/7/7,12,12,3. 数据库及数据库中数据的性质,数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。1) 数据库中的数据具有数据整体性。2) 数据库中的数据具有数据共享性。 不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据。 多个用户可以同时共享数据库
7、中的数据资源。,数据库（DB）是一个存储在计算机内、有组织、统一管理的相关数据的集合。,2018/7/7,13,13,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,2. 数据库应用系统（Database Application System）,凡使用数据库技术管理及其数据（信息）的系统都称为数据库应用系统一个信息系统应携带有足够的信息量。一个数据库应用系统应携带有较大的数据量，否则它就不需要数据库管理。数据库应用系统按其实现的功能可以被划分为数据传递系统、数
8、据处理系统和管理信息系统。,1.1.3 数据库管理系统与数据库应用系统,1. 数据库管理系统（Database Management System）,2018/7/7,14,14,4.管理信息系统的主要功能,一般的信息管理系统都有输入数据、修改数据、删除数据、数据查询、数据统计及数据报表打印功能 。,3. 管理信息系统及特点,1) 管理信息系统是以数据库技术为基础的。2) 管理信息系统一般采用功能选单方式控制程序。3) 管理信息系统的功能模块大致相同。,5. 数据库系统,一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统和数据库管理员五部分构成 。,2018/7/7,15,1
9、5,1) 手工管理阶段不保存大量的数据。2) 手工管理阶段没有软件系统对数据进行管理。3) 手工管理阶段基本上没有“文件”概念。4) 手工管理阶段一组数据对应一个程序。,1.2 数据库技术及发展 1.2.1 手工管理数据阶段,2018/7/7,16,16,1.2.2 文件系统数据管理的特点和缺陷,1. 文件管理阶段的数据管理特点,1) 管理的数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中。2) 文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存取、查询及维护功能。3) 文件系统中的数据文件已经具有多样化。4) 文件系统的数据存取是以记录为单位的。,2018/7/7,17,17,2. 文件系统在数据管理上
10、的主要缺点,1) 文件系统的数据冗余度（Redundancy）大。2) 文件系统中缺乏数据与程序独立性。 文件系统中的数据文件是为某一特定应用服务的，数据文件的可重复利用率非常低。 当数据的逻辑结构改变时，必须修改它的应用程序，同时也要修改文件结构的定义。3) 应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变。,1.2.3数据库技术的发展历程和研究方向 （略）,2018/7/7,18,18,1.2.4 数据库系统管理数据的特点,1. 数据库设计时面向数据模型对象,2. 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高,数据共享度高的优点：1) 系统现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据。2) 当系统需要扩充时
11、，新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。3) 多用户或多程序可以在同一时刻共同使用同一数据。,2018/7/7,19,19,3. 数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性,(1)数据的物理独立性（Physical Data Independence） 应用程序对数据存储结构（也称物理结构）的依赖程度。数据物理独立性高是指当数据的物理结构发生变化时，应用程序不需要修改也可以正常工作。 (2) 数据的逻辑独立性（Logical Data Independence） 应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度。数据逻辑独立性高是指当数据库系统的数据全局逻辑结构改变时，它们对应的应用程序不需要改变仍可以
12、正常运行。,2018/7/7,20,20,4. 数据库系统通过DBMS进行数据安全性、完整性、并发控制和数据恢复控制,5. 数据库中数据的最小存取单位是数据项,数据的安全性控制是指保护数据库，以防止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。 数据的完整性控制是指为保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制。数据的并发控制是指排除由于数据共享，即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。数据恢复是通过记录数据库运行的日志文件和定期做数据备份工作，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,2018/7/7,21,21,1.
13、3 数据库系统的结构1.3.1 数据库系统的体系结构,1. 数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求,CPU、内存、外存及其他外部设备。1) 计算机内存要尽量大。2) 计算机外存也要尽量大。3) 计算机的数据传输速度要快。,2. 数据库系统的软件组成,操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和数据库。,2018/7/7,22,22,3. 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责,数据库系统的人员由开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件管理人员称为数据库管理员（Data Base Administrator，简称DBA），职责为： 1) DBA应参与数据库和应
14、用系统的设计。2) DBA应参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作。3) DBA要负责定义数据的安全性要求和完整性条件。4) DBA负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作。5) DBA负责数据库的改进和重组。,2018/7/7,23,23,1.3.2 数据库管理系统的功能结构,1. 数据定义功能,2. 数据操纵功能,3. 数据库的建立和维护功能,4. 数据库的运行管理功能,能够提供数据定义语言（Data Description Language，简称DDL）和相应的建库机制。用户利用DDL可以方便地建立数据库。,实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能
15、称为数据操纵功能。数据操纵功能是数据库的基本操作功能，数据库管理系统通过提供数据操纵语言（Data Manipulation language，简称DML）实现其数据操纵功能。,指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能;指数据库结构的修改、变更及扩充功能。,包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。,2018/7/7,24,24,1.3.3 数据库系统的三级数据模式结构,模式内模式映象,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。,2018/7/7,25,25,数据库的三级模式是逻辑模式、外模式（子模式）、内模式（物理模式）。,1. 数据库的三
16、级模式结构,(1) 逻辑模式（Schema）及概念数据库,对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。(2) 外模式（External Schema）及用户数据库 对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。以子模式为框架的数据库为用户数据库。(3) 内模式（Internal Schema）及物理数据库 数据的内部表示或底层描述。以物理模式为框架的数据库为物理数据库。,2018/7/7,26,26,2. 数据库系统的二级映象技术及作用,1) 外模式/模式的映象：定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。2) 模式/内模式的映象及作用：定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系。,
