数据库原理课件 第1章

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1、1,数据库原理,2,教材,课时：24（6） 教材 王珊,陈红.数据库系统原理教程M.北京:清华大学出版社,2010,3,参考书,萨师煊,王珊.数据库系统概论(第四版). 高等教育出版社,2006 何玉洁.数据库原理与应用教程.机械工业出版社,2008 王珊,朱青.数据库系统概论学习指导与习题解答.高等教育出版社，2003 Date C J, An Introduction to Database System (Ed.7), Addison-Wesley,2000 A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Wid

2、om Dept. Of Computer Science Stanford University,4,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库工程与应用 小结,5,硬件平台,基础软件平台,软件基础构架平台,应用软件平台,软件产品,协同软件 办公软件,数据库系统 操作系统,中间件 应用服务器,数据库在计算机系统中的位置,6,数据库的地位,数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。 数据库系统与操作系统一样是计算机系统的基础软件（也称为系统软件、平台软件），它的出现极大地促进了计算机技术

3、在向各行各业的应用。 数据库技术是信息系统的核心和基础，是信息化建设的基础设施 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。,7,数据库技术回顾,经历了三代演变 层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族 造就了三位图灵奖turing award得主 C.W.Bachman、 E.F.Codd、 James Gray 发展了一门计算机基础学科（即数据库） 以数据模型和DBMS核心技术为主，内容丰富，领域宽广 形成了一个巨大的软件产业 DBMS及相关工具产品，应用解决方案,8,三位图灵奖得主,Charles.W.Bachman Edgar F.Cod

4、d James Gray,9,Charles.W.Bachman网状数据库之父,1960年为通用电气公司制造了世界上第一个网状数据库系统 积极推动与促成了数据库标准的制定IDS： DBTG报告 在数据库的产生、发展与推广应用方面都发挥了巨大的作用 由于他在数据库方面的杰出成就1973年获图灵奖 1983年成立自己的公司Bachman Information System,10,Edgar F.Codd关系数据库之父,博士，美国工程院院士 原来是英国人，1923生于英格兰中部波特兰 第二次世界大战时应征入伍，在皇家空军服役，1942-1945年担任机长， 参与了许多惊心动魄的空战 英国牛津大学数

5、学专业理学士及硕士学位，毕业后到IBM公司工作从事操作系统和自动机理论研究 年近40重返密歇根大学进修计算机与通信专业，1963年获硕士学位，1965年又获得博士学位 60年代后期开始数据库研究，1970年E.F.Codd博士提出关系模型概念 1981获图灵奖，1984年从IBM公司退休 还创办了一个研究所，关系研究所（The Relational Institute）和一个公司，Codd & Associations,进行关系数据库产品的研发、销售、咨询等业务,11,James Gray数据库技术和事务处理专家,1944年生，美国加州大学伯克利分校计算机科学系的博士 先后在贝尔实验室、IBM

6、、Tandem、DEC等公司工作，后来研究方向转向数据库领域 由于他在数据库和事务处理研究方面的原创性贡献以及在将研究原型转化为商业产品的系统实现方面的技术领袖地位，1998年获得了图灵奖（时任微软研究员）。,12,13,课程内容,系统、完整地讲述当前数据库技术的基本原理 和应用实践。 主要内容包括： 数据模型 数据库系统结构 关系数据库(重点) SQL语言(重点) 关系数据库设计理论(重点、难点) 数据库保护,14,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展,15,1.1.1 四个基本概念,数据(Data) 数据库(Database)

7、 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),16,一、数据,数据(Data)是数据库中存储的基本对象 数据的定义 描述事物的符号记录 数据的种类 文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等 数据的特点 数据与其语义是不可分的,17,数据举例,数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的 例如 93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 语义3：计算机系2003级学生人数 语义4：请同学给出。,18,数据举例,学生档案中的学生记录 （李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990） 数据的形式不能完全表达其内容 数据的解释： 语义：学生姓

8、名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、 入学时间 解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系 请给出另一个解释和语义,19,二、数据库,数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。 数据库的基本特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展,20,三、数据库管理系统,什么是DBMS(Database Management System) 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 DBMS的用途 科学地组织和存储

9、数据、高效地获取和维护数据 DBMS的功能 数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。,21,四、数据库系统,什么是数据库系统 （Database System，简称DBS）， 指在计算机系统中引入数据库后的系统构成， 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库 数据库系统的构成 数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员 （DBA）和用户,22,数据库,应用系统,应用开发工具,操作系统,数据库管理系统,数据库管理员,用户,用户,用户,数据库系统构成,23,1.1 数据库系统概述,1.

10、1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展,24,数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护 数据处理的中心问题 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(20世纪40年代中-50年代中) 文件系统阶段(20世纪50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(20世纪60年代末-现在),25,数据管理技术的产生和发展(续),数据管理技术的发展动力 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展,26,一、人工管理阶段应用程序与数据的对应关系,人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,27,二、文件系统阶段应用程序与数据的对应关系,文件系统阶

11、段应用程序与数据之间的对应关系,28,三、数据库系统阶段,时期 20世纪60年代末以来 产生的背景 应用背景大规模管理 硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景有数据库管理系统 处理方式联机实时处理,分布处理,批处理,29,为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，出现了数据库技术，出现了统一管理数据的专门软件系统数据库管理系统。,30,数据库系统的特点,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,31,应用程序与数据的对应关系(数据库系统),数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,32,（1）数据结构化,整体数据的结构化是

12、数据库的主要特征之一 整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系 数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释 数据可以变长 数据的最小存取单位是数据项 数据结构化是数据库与文件系统的根本区别,33,34,（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充,数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。 数据共享的好处 减少数据冗余，节约存储空间 避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充,35,（3）数据独立性高,物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据

13、库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。 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。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的,36,（4）数据由DBMS统一管理和控制,DBMS提供的数据控制功能 (1)数据的安全性（Security）保护 保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。 (2)数据的完整性（Integrity）检查 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。 (3)并发（Concurrency）控制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果 (4)

14、数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。,37,表1-1数据管理三个阶段的比较,38,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库工程与应用 小结,39,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的组成要素 1.2.2 概念模型 1.2.2 数据模型,40,数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现,41,两大类数据模型,数据

15、模型分为两类（分属两个不同的层次） (1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。 (2) 逻辑模型和物理模型 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。,42,两大类数据模型 (续),DBMS支持的数据模型,概念模型,认识 抽象,信息世界,机器世界,现实世界中客观对象的抽象过程,现实世界,客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一DBM

16、S支持的数据模型,43,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的组成要素 1.2.2 概念模型 1.2.2 数据模型,44,1.2.1 数据模型的组成要素,数据结构 数据操作 完整性约束条件,45,1.数据结构,数据结构是所研究的对象类型的集合。 例如，关系模型中的域、属性、关系等； 数据结构用于描述系统的静态特性。,46,2.数据操作,数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。 数据库主要有检索和更新(包括插入、删除和修改)两大类操作。 数据操作用于描述系统的动态特性。,47,3.数据的约束条件,数据的约束条件是一组完整性规则的集合。 完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则 用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。,48,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的组成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 数据模型,49,1.2.2 概念模型,信息世界中的基本概念 概念模型的一种表示方法 实例,50,一、信息世界