数据库系统概述-合肥学院课件

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1、数据库原理与应用,合肥学院 叶潮流 2015.8,2,第1章 数据库系统概述,本章导读： 在当今信息时代，计算机应用的80%以上都是数据处理。数据处理的重要环节是数据管理，而数据库技术是数据管理的最新技术，其主要研究如何科学地组织和存储数据，高效地使用和管理数据。数据库是现代信息社会的基石，几乎所有的计算机应用软件都构建于数据库系统之上，它是科学研究和决策管理的前提条件和支撑技术。 知识要点： 基本概念 数据模型 数据库系统结构 数据库设计 数据库保护,1.数据库既然如此之重要，那么究竟什么是数据库？2.需要理解的概念和掌握的知识有哪些？,3,1.1 基本概念,1.1.1 数据与信息 1.1.

2、2 数据处理与数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 1.1.4 数据库系统的组成,4,1.1.1 数据与信息,1数据：是指能够被计算机存储和识别的物理符号。有多种表现形式，如文本、图形、声音、视频等；数据是数据库中存储的基本对象，用型（Type，数据类型）和值（Value，数据值）来表征，型是指对某一类数据的结构和属性的说明，值是型的一个具体赋值。举例如下： 记录型：学生(学号 char(8),姓名 char(6),性别 char(2),年龄 tinyint,系别varchar(20) 记录值：(090201,李欣,女,23,管理系) 2信息：是人们对客观世界的直接描述，用来传递的一些有用

3、知识或消息，或者说是经过加工处理后用于人们计划、决策、行为等具体应用的数据。 3比较： 数据是信息的载体或符号表示，是信息的具体表现形式；信息是数据的内涵，是对数据语义的解释。 数据彼此相互独立，是尚未组织起来的符号集合；信息是按要求以一定格式组织起来的数据。 同一数据可有不同的信息解释含义，而同一信息也可有不同的数据表现形式。,5,1.1 基本概念,1.1.1 数据与信息 1.1.2 数据处理与数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 1.1.4 数据库系统的组成,6,1.1.2 数据处理与数据管理,1数据处理：就是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、加工、分类、存储、统计、检索和传输

4、等一系列活动的总称。其目的是从原始的或杂乱无章的数据出发，根据事物之间固有的联系和运动规律，采用分析、推理、归纳等手段，推导出对人们有用的数据或信息作为决策的依据。或者说，数据是输入，是原料，而信息是产出，是输出的结果。数据处理的真正含义是为输出信息而作的处理过程，如图1-1所示。 2数据管理：是指对数据进行分类、组织、存储、检索及维护等各种操作，是数据处理的核心环节和首要问题。数据库技术本质上就是数据管理技术。,数 据,信 息,数据处理,图1-1,7,1.1 基本概念,1.1.1 数据与信息 1.1.2 数据处理与数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 1.1.4 数据库系统的组成,8,1

5、.1.3 数据管理技术发展,数据管理技术是应数据管理需求而产生，并伴随着计算机硬件、软件发展而发展。数据管理技术发展经历三个阶段：人工管理阶段，文件系统阶段，数据库系统阶段。 1人工管理阶段：20世纪50年代中期以前，其典型特征包括：数据不能被保存；数据不能独立于应用程序，应用程序管理数据；数据不能被共享，即不同程序不能直接交换数据。 2文件系统阶段：20世纪50年代中后期，其典型特征包括：数据可长期保存在磁盘上；文件管理数据；数据共享性差，数据冗余度大；数据独立性差。 3数据库系统阶段：20世纪60年代中后期开始，其典型特征包括：数据结构化，描述数据时不仅要描述数据本身还要描述数据彼此之间的

6、联系；数据由DBMS统一管理；数据的共享性好；数据独立性好，不会因为系统存储结构与逻辑结构的变化而影响应用程序，即保持物理独立性和逻辑独立性。 数据库管理系统的出现标志着数据管理技术进入了数据库系统阶段。数据库系统是在文件系统的基础上发展起来的，因而同样需要操作系统的支持才能工作。 20世纪70年代，伴随着计算机网络技术的发展，数据库技术与计算机网络技术相结合产生了分布式数据库系统。其最大特点：各地计算机通过通信网络相连；数据库分布各地；本地计算机不能单独胜任的任务可以交给其它计算机处理。,9,1.1 基本概念,1.1.1 数据与信息 1.1.2 数据处理与数据管理 1.1.3 数据管理技术的

7、发展 1.1.4 数据库系统的组成,10,1.1.4 数据库系统的组成（1）,数据库系统（DBS）是指引入数据库后的计算机系统，一般由数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、数据库管理员构成。在不引起混淆的情况下，数据库系统也简称数据库。 1数据库：数据库（DB）就是管理数据的仓库，一般是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的相关数据集合。数据库能被各种用户共享、具有冗余度小、数据间联系密切的特点。 2数据库管理系统：数据库管理系统（DBMS）是数据库的组织机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，数据库管理系统是数据库系统的核心。 3数据

8、库应用系统：是基于数据库管理系统的应用软件。在计算机应用领域，从事某种具体业务的用户实际面对的数据库系统是一套在数据库管理系统支持下建立起来的应用软件。 4数据库管理人员：数据库管理人员（Database Administrator，简称DBA），是一个负责设计、开发、维护和使用数据库的人员，这个职位对不同的人意味着不同的意义。,11,1.1.4 数据库系统的组成（2）-DBMS功能,（1）数据定义功能 DBMS提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。如外模式、模式、内模式，数据的完整性约束和用户权限等。

9、（2）数据操纵功能 DBMS还提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML），用户可以使用DML操纵数据实现对数据的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。 （3）数据库运行和控制功能 DBMS的核心工作是对数据库的运行管理，包括数据的安全性控制、完整性控制和多用户环境下的并发控制、权限控制。 （4）数据库的建立和维护功能 它包括数据库中数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组功能和性能监视、分析功能等，这些功能通常由一些实用程序完成。 （5）数据字典 数据字典存放着对实际数据各级模式的所做的定义，即对数据结构的描述，对数据库的使用和操作都要通

10、过查阅数据字典来进行。如SQL Sever数据库系统中，其数据字典中存放着用户建立的表和索引，系统建立的表和索引以及用于恢复数据的信息等。,12,1.2 数据模型,模型是对现实世界特征的抽象和模拟，数据模型是对数据特征的抽象和模拟。数据模型是数据库技术的核心和基础，数据库系统是建立在数据模型的基础上，是对某个企业或组织所涉及的数据进行提取和综合。现实世界的具体事物及其联系必须转换成计算机可识别和存储的数据，才能被计算机处理。,问题：目前，任何一门科学技术手段都不可能对现实世界进行原样复制和管理，只能抽取事物某些局部要素，构造反映事物的本质特征及其内在联系，帮助人们理解和表述数据处理的静态性和动

11、态性特征。那么计算机如何将现实世界映射成能被计算机处理和识别的数据世界呢？,13,1.2 数据模型,1.2.1 数据化过程 1.2.2 数据模型的3要素 1.2.3 数据模型的分类 1.2.4 E-R模型 1.2.5 3种逻辑模型,14,1.2.1 数据化过程（1）,为了将现实世界客观事物及其联系以数据形式存储到计算机系统内，人们对现实生活中事物特征经过认识、概念化、数据化的逐级抽象过程，这一过程常被划分三个阶段：现实世界，信息世界（概念模型），数据世界（逻辑模型和物理模型）。也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为一种概念化信息结构，称之为概念模型（这种结构不依赖于具体计算机系统，也不依赖

12、于具体DBMS的数据模型），然后把概念模型转化为计算机系统某DBMS支持的数据模型：逻辑模型（面向用户的可视视图逻辑结构）和物理模型（面向计算机系统的物理存储结构）。抽象和转换过程如图1-2所示。,15,1.2.1 数据化过程 （2）,数据在每一种世界都有其对应概念和术语。 1现实世界 是指客观存在的事物及其联系。在现实世界中，客观存在并可以区分的事物称为个体。个体的总和，称为总体。个体与个体之间相区别的特征，称为特性。在现实世界，事物内部和事物之间存在的相关性，称之为联系。 2信息世界 又称概念世界，是指现实世界在人脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种描述。现实世界的个体被抽象成信息世界的

13、实体。现实世界的特性被抽象成信息世界的属性，每一属性的取值范围，称为值域。能唯一标识一个实体的属性及属性组，称为关键字。现实世界的总体被抽象成信息世界的实体集，与之对应，用实体名及其属性名的集合来描述同类实体的共同特征和性质，称为实体型。现实世界的联系反映到信息世界表现为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。实体内部的联系通常是组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。,16,1.2.1 数据化过程 （3）-联系分类,实体集间的联系总是错综复杂的，但就两个实体的联系来说有以下三种： （1）一对一联系。如果对于实体集A中每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以

14、没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1，如图1-3所示。例如：学生与学号，图书与ISBN，国家与总统。 （2）一对多联系。对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有多个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称A与B有一对多的联系，记为1:n，如图1-4所示。例如：学校与学生、公司与职员、省与市。 （3）多对多联系。对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有多个实体与之联系，而对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有多个实体与之联系，则称A与B之间有多对多的联系，记为m:n，如图1-5所示。例如：教师与课程，学

15、生与课程，学生与教师考生与志愿院校。,图1-3 一对一 图1-4 一对多 图1-5 多对多,17,1.2.1 数据化过程 （4）,3数据世界 将信息世界的实体及其联系进一步抽象成便于计算机存储的二进制方式，又称为存储世界，或者机器世界。数据世界是信息世界中的信息数据化后的产物，信息世界的实体被抽象成数据世界的记录。信息世界的实体集被抽象成数据世界的文件。信息世界的属性被抽象成数据世界的字段（数据项）。 信息在现实世界、信息世界和数据世界之间的对应关系，如表1-1所示。 表1-1 信息的三种世界术语对应表,18,1.2 数据模型,1.2.1 数据化过程 1.2.2 数据模型的3要素 1.2.3

16、数据模型的分类 1.2.4 E-R模型 1.2.5 3种逻辑模型,19,1.2.2 数据模型的3要素（1）,一般而言，数据的描述包括两个方面：一方面是数据的静态性，包括数据的基本结构，数据间的联系以及对数据的约束；另一方面是数据的动态性，即对数据的操纵（数据操作及其规则）。换句话说，数据模型是一组严格定义的概念集合，这些概念精确地描述了系统的静态特征（数据结构）、动态特征（数据操纵）和完整性约束条件，这就是数据模型的3要素。 1数据结构 数据结构是实体对象存储在数据库中记录型的集合，表示数据库的显示视图（逻辑结构）和存储方式（物理结构），即将基本的数据项组织成较大的数据单位的规则，用以描述数据的类型、内容、性质和数据之间的相互关系。它是数据模型最基本的组成部分，是对系统静态特征的描述，包括两个方面。 数据本身：类型、内容、性质。例如关系模型中的域、属性、关系等。 数据间的联系：数据之间是如何相互关联的，例如关系模型中的主码、外码等。 数据结构包括逻辑结构和物理结构，逻辑结构和物理结构是相互独立的。 （1）逻辑结构是指用户看到的和直接操作数据的