数据库02-第二章讲述

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1、第 2 章 数据管理与数据库 第2章 数据管理与数据库 2.1 数据库的常用术语 2.2 计算机数据管理技术的产生和发展 2.3 数据模型 2.4 数据库系统的模式结构 2.5 DBMS的功能 2.6 数据库系统的组成 2.1 数据库的常用术语 2.1.1数据与信息 2.1.2 数据独立性 2.1.3 数据库系统 2.1.1 数据与信息(1) 数据(Data)：描述客观事物特征或性质的 某种符号。描述事物的符号可以是数值， 也可以是文字、图形、图像、声音、语言 等多种形式，它们都可以经过数字化处理 后存入计算机。 显然，数据的这个描述比平常用于加 、减、乘、除运算的数据更为宽泛。 2.1.1

2、数据与信息(2) 数据项(Item of Data)：数据的基本单元，即 最小单位，它是某类客观事物的某个特征或 性质的数据抽象。每个数据项都有一个名字( 数据项名)和若干可能的取值(数据项值)。 例如，描述一类学生的“姓名”、“性别”、 “籍贯”都是数据项名，而“李明”、“男”、“ 江苏”则分别是以上数据项的一个取值。 2.1.1 数据与信息(3) 记录型(Record Type)：描述一类事物的若干特征 或性质的数据项名的集合，即数据结构。 l例如，描述某校所有学生的记录型为： l学生(姓名、性别、出生日期、籍贯、所在系别 、入学日期) 数据记录(Record)：按照记录型的规定描述一个事

3、 物的若干特征或性质的数据项值的集合。 l例如，描述一个学生李明的记录为： l(李明，男，1972/08/21，江苏，计算机系， 1990/09/01) 2.1.1 数据与信息(4) 数据处理(Data Processing)：对数据进行各种 数学运算和统计加工的过程总和。 信息(Information)：客观事物之间相互联系 、相互作用的运动状态和特征的抽象描述， 是数据处理的结果，且仍以数据的形式表示 出来。 数据与信息的关系：信息是数据处理的结果 ，信息也以数据作为其表现形式。 返回 2.1.2 数据独立性 数据独立性(Data Independency)是指数据与 用户的应用程序之间是

4、独立的，它包括： 1、数据的物理独立性：指用户的应用程序与 存储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的。 即当数据的物理存储位置改变时，用户的应用 程序不用改变。例如：Student_Mis_data 2、数据的逻辑独立性：指用户的应用程序与 数据库的逻辑结构是相互独立的。即当数据的 逻辑结构改变时，用户的应用程序不用改变。 例如：在Students 表中增加HAdress 和HTel两 个属性后，原演示系统不需要修改仍可运行。 2.1.3 数据库系统 数据库系统与数据库、数据库管理系统是三 个既有联系又有区别的重要基本概念。 数据库(DataBase，简称DB)：长期存储在计 算机内的、有组织的

5、、可共享的数据集合。 其特点是：数据库中的数据按一定的数据模 型组织、描述和储存，具有最小的冗余度、 较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种 用户共享等，它是数据库系统的组成部分。 数据库管理系统 其英文为DataBase Management System， 简称DBMS，是位于用户与操作系统(OS) 之间的，使人们能对数据库中的数据进行 科学地组织、高效地存取和维护管理的一 种数据管理软件。它为用户提供数据定义 、数据操纵、数据库控制、数据库的建立 和维护等功能。如图 数据库系统 其英文为DataBase System，简称DBS，是 计算机系统、DB、DBMS、应用软件、数 据库管理员(

6、DataBase Administrator，简称 DBA)和用户的总和。所以，DBS一般由 硬件、软件(包括开发工具)、数据库、数 据库管理员和用户构成。 在许多不会引起混淆的情况下，人们又常 常把数据库系统简称为数据库。 硬件 OS DBMS 应用系统或其它工具 用户 DB 数据库系统 返回 2.2 计算机数据管理技术的 产生和发展 2.2.1人工管理阶段 1.2.2文件系统阶段 2.2.3数据库系统阶段 2.2.4 数据库技术的发展 2.2.5 数据库技术的主要研究领域 返 回 2.2 计算机数据管理技术的 产生和发展 计算机数据管理：指利用计算机对数据 进行分类、组织、存储、维护、检索

7、和 传输的一系列操作，它是数据处理的前 提和中心问题。 2.2.1 人工管理阶段 人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）是计 算机数据管理技术经历的第一个阶段。 应用领域：科学计算； 硬件：内存小，计算速度低；外存只有磁带、 卡片和纸带，没有象磁盘这样快速的直接存取 的存储设备。 软件：没有操作系统，更没有数据管理软件 特点：数据不保存，程序员(人工)管理数据， 数据不共享，数据和程序不具有独立性。 返回 2.2.1 人工管理阶段 应用程序1 数据集1 应用程序2 数据集2 应用程序n 数据集n 应用程序1 数据集1 应用程序n 数据集n 数据在程序的外部数据在程序的内部 2.2.2 文件系

8、统阶段 文件系统阶段（从20世纪50年代后期到20世纪60年 代中期）是计算机数据管理技术经历的第二个阶段。 应用领域:科学计算和数据处理； 硬件：内存空间增大，计算速度有很大提高，外存有 了磁盘、磁鼓等快速的直接存取存储设备； 软件：计算机配备了操作系统，其中包含了负责数据 管理的软件文件系统 特点：数据可以长期保存，文件多样化和结构化，文 件系统管理数据。 文件系统比人工管理阶段有了很大的改进，但仍存在 数据冗余度大，数据独立性较差和数据联系弱等缺点 。 2.2.2 文件系统阶段 财务应用程序财务数据文件 销售应用程序 人事应用程序 人事数据文件 销售数据文件 文件管 理系统 2.2.3

9、数据库系统阶段 数据库系统阶段(从20世纪60年代后期至今) 是计算机数据管理技术经历的第三个阶段。 应用扩大，科学计算比例变小、数据管理比 例大增； 硬件：计算机价格大大下降，计算速度更快 且逐渐出现大容量的磁盘、光盘等直接存取 设备。 软件：除操作系统和程序设计软件以外，出 现对数据进行统一管理的专门软件系统 数据库管理系统(DBMS)。 2.2.3 数据库系统阶段 特点： （1）整体数据的结构化：不仅用数据模型描述 数据本身的特征，还描述了数据之间的联系 ，且这种联系通过存取路径(指针)来实现整体 数据的结构化。 （2）数据独立性较高：数据库系统中数据与程 序的独立性使得数据的定义从程序

10、中分离出 去，数据的存取由DBMS负责，简化了应用 程序的编制，减少了应用程序的开发、维护 和修改费用。 （3）数据的共享性好，冗余度低，易扩充：因 为数据不再面向某个应用而是面向整个系统 。 2.2.3 数据库系统阶段 （4）提供了数据的完整性控制功能(第5章) 安全性(Security)保护：防止非法用户使用 数据库造成数据的泄密和破坏。 数据的完整性(Integrity)：预防合法用户无 意中造成数据的错误和数据之间的不一致性 。 并发控制(Concurrent Control): 保证多个用 户并发存取、修改数据库时，数据的正确性 和完整性。 数据库恢复(Recovery)：当计算机硬

11、件、 软件、操作失误等影响数据库数据正确性时 ，把数据库恢复到以前某个正确和一致状态 。 2.2.3 数据库系统阶段 财务应用程序 人事应用程序 销售应用程序 数据库管理系统 (DBMS) 财务信息 人事信息 销售信息 学生记录 学号 姓名 性别 所在系 课程号 课程名 学时 学分 学号 课程号 成绩 课程记录 成绩记录 存取路径1 存取路径2 返回 2.2.4 数据库技术的发展 第一代数据库技术，即层次数据库和网 状数据库技术； 第二代数据库技术，即关系数据库技术 ； 第三代数据库技术，即新一代数据库技 术，以面向对象模型为主要特征的数据 库技术。 第一代数据库技术 层次数据库和网状数据库技

12、术。这一代的数据库 管理系统主要支持层次和网状数据模型。 主要特点: 支持三级模式结构； 用存取路径(指针)来表示数据之间的联系； 数据定义语言(Data Definition Language，简称 DDL)和数据操纵语言(Data Manipulation Language，简称DML)相对独立； 数据库语言采用过程性(导航式)语言。 第二代数据库技术 关系数据库技术。这一代的数据库管理系统主要支 持关系数据模型(第3章)，这种模型有严格的数学 理论基础，概念简单、清晰，易于用户理解和使用 。 主要特点： 概念单一化，数据及其数据间的联系都用关系来 表示； 以关系代数为理论基础，数据独立性

13、强； 数据库语言采用说明性语言，大大简化了用户 的编程难度。 第二代数据库技术 主要年代和人物 1970年：IBM公司研究员E. F. Codd提出了关系数据 模型，奠定了关系数据模型的理论基础。E. F. Codd因此在1981年获得ACM颁发的图灵奖。 1974年：IBM公司研制成功System R关系数据库管 理系统，并在IBM System/370机器上运行，以后 又推出了SQL/DS和DB2等商品化数据库管理系统 。 1980年后：RDBMS的产品迅速推出，比如Oracle， Informix，Sybase，dBase，FoxBASE，FoxPro 1990年以后: RDBMS产品不

14、断更新，功能更加强大 ，支持分布式数据库、C/S数据库以及BS数据库 ，现在还支持数据仓库与数据挖掘等(第8章) 第三代数据库技术 新一代数据库技术：以面向对象模型为主要特征的 数据库技术。这一代的数据库管理系统是基于扩展 的关系数据模型或面向对象数据模型的，是尚未完 全成熟的一代数据库技术。(第8章) 主要特点： 支持包括数据、对象和知识的管理； 在保持和继承第二代数据库技术基础上引入 新技术，如面向对象技术等， 对其它系统开放，有良好的可移植性、可扩 充性和可互操作性。 2.2.5 数据库技术的 主要研究领域 数据库技术大致有三个主要研究领域： DBMS软件的研究:可靠性好、效率高、功能

15、全的DBMS 及DBMS上直接运行的软件系统： 数据通信软件、报表书写系统、表格系统和图 形系统等。 DB应用系统设计与开发：MIS,ERP,OLAP等。 DB理论的研究：数据模型、规范化理论、并 发控制理论等,还有数据挖掘方法(第3-6,8章)。 返回 2.3 数据模型 2.3.1 数据模型的构成 2.3.2 数据模型的分类 2.3.3 实体-联系(E-R)模型 2.3.4 常用的结构数据模型 返回 2.3.1 数据模型的构成 数据模型(Data Model)：客观事物某些特征的数据 抽象和模拟，是一组严格定义的概念集合，它是数 据库系统的核心。 数据模型的三要素是：数据结构集合、数据操作集 合和完整性约束集合 数据结构集合：对计算机数据组织方式和数据之 间联系进行框架描述的集合，是对数据库静态特性 的描述。 数据操作集合：对数据库中各种对象类的实例( 或取值)所允许执行的操作的集合，包括操作方法及 有关的操作规则等，是对数据库动态特性的描述。 完整性约束集合：关于数据状态和状态变化的一 组完整性约束条件(规则