数据库第1章数据库系统概论剖析

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1、第一章 数据库系统概论,了解数据库是什么 为什么使用数据库 掌握数据库系统组成 学习数据库的基本元素 知晓数据库管理系统目标 理解数据库DBMS类型与功能 了解个人数据库与企业数据库区别 掌握Access数据库应用,【学习目标】,一、什么是数据库?,1.1 数据库概念,数据库是一种依照特定数据模型组织、存储和管理数据的文件，数据库文件一般存放在辅助存储器以便长久保存。,数据库具有如下特点： 数据不重复存放 提供给多种应用程序访问 数据结构独立于使用它的应用程序 对数据增、删、改、检索由统一软件进行管理和控制,高校信息化管理数据库应用实例,二、为什么需要数据库?,数据库提供了帮助用户组织、存储、

2、管理数据的技术手段，它是信息系统重要组成部分。几乎所有软件都使用数据库处理信息数据。数据库技术是现代信息技术的核心技术，成千上万用户使用数据库系统。,数据库给用户带来许多好处： 实现数据资源的充分共享 减少存储数据的冗余度，节省数据的存储空间 容易实现数据信息的查找、统计及分析等处理 帮助用户使用软件工具更好地管理数据,三、什么是数据模型,数据模型是指描述事物对象的数据组成、数据关系、数据约束的抽象结构及其说明。,1）数据结构: 用于描述事物对象的静态特征，包括事物对象的数据组成、数据类型、数据性质及数据之间的联系等。,2）数据操作:用于描述事物对象的动态特征，包括数据的插入、修改、删除和查询

3、等访问操作。,3）数据约束：用于描述数据结构中数据之间的语义联系、数据之间的制约和依存关系，以及数据动态变化的规则。,数据 模型,数据约束,数据操作,数据结构,四、数据库模型,数据库模型是指定义数据库的数据模型。,数据库典型数据模型： 层次数据模型 网状数据模型 关系数据模型 其它数据模型（如对象数据模型、键值对数据模型、列式数据模型。）,1. 层次数据模型,层次数据模型思想：采用“树”结构来组织、存储和管理数据。,“高等教育系统”层次数据模型,2. 网状数据模型,网状数据模型思想：采用“网状图”结构组织、存储和管理数据。,“高等教育系统”网状数据模型,3. 关系数据模型,关系数据模型思想：采

4、用“二维表”结构组织、存储和管理数据。,“课程目录系统”关系数据模型,问题：在关系数据模型中，用户如何查询总体数据？,采用结构化查询语言（Structure Query Language，SQL）对关系模型中的基本表进行关联数据访问，实现数据整合查看。,课程计划查询的SQL 操作语句： SELECT CourseID, CourseName, TeacherName, Term FROM COURSE, TEACHER, CATALOG WHERE TEACHER.TeacherID = CATALOG.TeacherID AND COURSE.CourseID = CATALOG.Cours

5、eID,五、数据库系统组成,数据库系统包括：用户、数据库应用程序、数据库管理系统和数据库四个组成要素。,1.数据库,数据库(Database)是一种依照特定模型组织、存储和管理数据的数据结构。在数据库中，不仅存放了数据，而且还存放了数据与数据之间的关系。,关系数据库,表,表,表关系,一个数据库系统(Database System)中通常有多个数据库，每个库由多个数据表（Table）组成。,用户表 系统表 视图 索引 约束 触发器 存储过程,数据库内部元素,用户表：用户在数据库中创建的数据库表 系统表：数据库中系统自带的数据库表 视图：数据库中用于对数据进行查询的虚拟表 索引：数据库中用于加快数

6、据查询的索引项 约束：数据库中对数据、数据关系施加的规则 存储过程：数据库内部完成特定功能处理的程序 触发器：数据库内部因数据变化自动执行的一类存储过程,SQL Server 数据库内部元素,实例展示：SQL Server数据库内部元素,元数据示例,元数据是一种专门描述数据库结构的数据。,元数据是放在数据库的系统表内,数据库管理系统（Database Manage System，DBMS ）是一种专门用来创建数据库、管理数据库、维护数据库，并提供对数据库访问的系统软件。,2.数据库管理系统,用户数据 元数据,DBMS系统层次结构,数据库管理系统（DBMS）主要功能：,创建数据库和表 创建支持结

7、构,如索引等 读取数据库数据 修改数据库数据 维护数据库结构 执行规则 并发控制 提供安全性 执行备份和恢复,3.数据库应用程序,数据库应用程序是一种在DBMS支持下进行用户数据处理的应用程序。,数据库应用程序需实现如下功能: 创建并处理表单 处理用户查询 创建并处理报表 执行应用逻辑 控制其它应用程序,1)创建并处理表单,用户注册表单,查询学习软件,2)处理用户查询,3)创建并处理报表,月报表,4.数据库用户,数据库用户（Users）是指数据库系统的使用人员。,问题： 如何理解元数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统概念 数据库系统有哪几个部分组成？ 处理应用表单数据输入是数据库管理系统的

8、功能吗？,一、数据管理技术演化,1.2 数据库技术发展,1.人工管理阶段(20世纪40年代中-50年代中),应用需求: 科学计算 硬件背景: 纸带打孔输入/输出 软件背景: 没有操作系统 数据管理： 人工管理,数据库的发展历史其实就是数据管理的发展历史，它起源于上个世纪计算机应用初期，其发展经历如下三个阶段。,应用程序与数据之间关系：,数据的管理者：用户（程序员） 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制,人工管理阶段特点：,2.文件系统阶段(20世纪50年代末-60年代中),应

9、用需求： 科学计算、信息管理 硬件背景： 磁带、磁鼓、磁盘 软件背景： 操作系统、文件系统 数据管理： 文件方式组织数据,以文件方式组织管理数据，并对应用程序提供存取访问接口,数据的管理者： 文件系统 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的结构化： 记录内有结构,整体无结构 数据的独立性： 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,文件系统管理阶段特点：,3.数据库系统阶段(20世纪60年代末-现在),应用背景： 大规模数据管理 硬件背景： 大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景： 操作系统、数据库管理系统（DBMS） 数据管理：

10、 数据库管理系统组织、存储及访问数据,Database Management System 数据库管理系统,数据库管理阶段,数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制,数据库管理阶段特点：,二、数据库发展重要事件,1951：Univac系统使用磁带和穿孔卡片作为数据存储。 1956：IBM公司在其Model 305 RAMAC中第一次引入了磁盘驱动器。 1961：通用电气(GE)公司的Charles Bachman开发了第一个数据库管理系统IDS，采用网状数据模型。 1970：E.F. Codd发明了关系模型数据库。 1973： 由John J.C

11、ullinane领导Cullinane公司开发了 IDMS一个针对IBM主机的层次数据模型DBMS。 1974 年，IBM的Ray Boyce和Don Chamberlin提出SQL(Structured Query Language)语言。 1976： Honeywell公司推出了Multics Relational Data Store第一个商用关系数据库产品。 1979： Oracle公司引入了第一个商用SQL关系数据库管理系统。 1983： IBM 推出了DB2数据库产品。 1985： 为Procter & Gamble系统设计的第一个商务智能系统产生。 1991： Bill Inmo

12、n（比尔.恩门）提出了构建数据仓库。,三、数据库技术发展趋势,数据库规模朝两头分化发展，大数据库系统越来越大，小数据库系统越来越小。 数据库行数据访问到列数据访问。 结构化数据库到半结构化XML数据库。 数据库系统、数据仓库、商业智能数据分析、大数据处理。 通用数据库、实时数据库、多媒体数据库、空间数据库、分布式数据库、并行数据库。,问题： 数据文件与数据库之间的区别是什么？ 应用程序可以直接管理数据库中数据吗?,一、数据库应用系统类型,1.3 数据库应用系统,1. 业务处理系统,业务处理系统(Transaction Process System, TPS)是运用数据库应用程序对机构业务活动（

13、如订购、销售、支付、出货、核算等）信息进行记录、计算、检索、汇总、统计等数据处理，为机构操作层面提供基本业务服务，提高业务处理效率的信息系统。,商业终端销售系统 航空机票订票系统 酒店系统 ,2.管理信息系统,管理信息系统（Manage Information System，MIS）是一种以机构信息管理为主导，利用计算机软硬件、网络通信等IT技术，对机构业务进行整体信息化管理，以达到提高机构工作效率和服务价值，并支持机构职能与运营管理的信息系统。,人力资源管理信息系统 企业CRM系统 企业ERP系统 学籍管理信息系统 ,3.决策支持系统,决策支持系统（Decision Support Syst

14、em）是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、数据库技术、仿真技术和信息技术为手段，为解决特定领域问题，为决策者提供信息服务的信息系统。,证券分析与辅助决策信息系统 电力市场电价预测信息系统 电信营销决策支持系统 矿井救灾决策支持系统 ,二、数据库系统应用结构,1. 单机结构,特点: 在单机结构系统中，整个数据库系统都装在一台计算机上，由一个用户进行访问操作，数据不能共享，数据冗余度大。,2. 集中式结构,特点: 数据库系统的应用程序、DBMS、数据，都放在同一主机上，所有的处理任务由主机完成，多个用户可同时并发地存取数据，能够共享数据。,优缺点: 结构简单，易于维护，但是

15、当终端用户增加到一定数量后，数据的存取将会成为瓶颈问题，使系统的性能大大地降低。,3. 客户/服务器结构,优缺点:在这种系统中，用户将数据传送到服务器进行处理。服务器将结果返回给用户，提高了系统的性能和负载能力，但可能带来网络上数据传数量过大。,特点: 在网络中将某个结点的计算机专门用于执行DBMS核心功能，称为数据库服务器；其他结点上的计算机安装DBMS外围应用开发工具和应用程序，称为客户机。这种把DBMS和应用程序分开的结构就是客户/服务器数据库系统。,服务进程,客户端程序,4. 分布式结构,优缺点:适应了地理上分布的企业、团体等组织对数据库的需求，但给数据的处理和维护带来困难。,特点：数

16、据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理分布在计算机网络的不同结点上，每个结点上的主机又连接多个用户。网络中的每一个结点都可以独立地处理数据，执行全局应用。,三、数据库应用系统开发阶段,1. 系统需求分析,系统分析人员与用户交流，按照软件工程方法获取系统数据需求信息，并采用模型定义系统数据组成，及其数据字典。,2. 系统数据架构设计,系统架构设计人员根据系统功能和性能需求，对系统数据架构模型进行设计，包括系统数据概念模型、系统数据逻辑模型和系统数据物理模型。,3. 系统数据库实现,系统数据库开发人员根据系统设计方案，对系统数据库进行部署和模型实现，包括系统数据库创建、数据表创建、索引和约束等对象创建。,4. 系统测试,系统测试人员将测试数据上载到数据库中，对数据库对象进行测试操作访问，实现数据库功能和性能测试。,5. 系统运行与维护,系统运维人员在系统投入运行过程中，对系统数据库进行定期维护和优化，以保证数据库系统正常地、高效地运行。,问题： 图书管理系统是哪类数据库应用系统？ 数据库系统应用结构