第1章 数据库基础.ppt

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1、SQL Server 2005数据库管理与开发教程,第1章 数据库基础,本章主要介绍数据库的相关概念，包括数据库系统的简介、数据库的体系结构、数据模型、常见关系数据库、SQL Server 2005数据库特性及Transact-SQL简介。 通过本章的学习，读者应该掌握数据库系统、数据模型、数据库三级模式结构及数据库规范化等概念对比常见的关系数据库，了解SQL Server 2005数据库特性和Transact-SQL语言。,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。 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。 数据库的建

2、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。,1.1.1 四个基本概念,数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),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,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。,数据举例,学生档

3、案中的学生记录 （李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990） 语义：学生姓名、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,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,三、数据库管理系统,什么是DBMS 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

4、途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,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,DBMS的主要功能,数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象 数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率,DBMS的主要功能,数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改) 数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由DB

5、MS统一管理和控制 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复,DBMS的主要功能,数据库的建立和维护功能(实用程序) 数据库初始数据装载转换 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等 其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作,四、数据库系统,什么是数据库系统（Database System，简称DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成 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,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

6、理员,用户,用户,用户,数据库系统,1.1数据库系统简介,1.1.1数据库技术的发展 数据库技术是应数据管理任务的需求而产生的。 随着计算机技术的发展，对数据管理技术也不断地提出了更高的要求，其先后经历了人工管理、文件系统、数据库系统3个阶段。这3个阶段的特点分别如下所述。,人工管理阶段(20世纪50年代中期以前） 特点： (1)数据不保存 (2)应用程序管理数据 数据需要由应用程序自己管理，没有相应的软件系统负责数据的管理工作。应用程序中不仅要规定数据的逻辑结构，而且要设计物理结构，包括存储结构、存取方法、输入方式等。因此程序员负相很重。 (3)数据不共享 数据是面向应用的，一组数据只能对应

7、一个程序。 (4)数据不具有独立性 数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，必须对应用程序做相应的修改。,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,图1-3 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,文件系统阶段(50年代后期60年代中期） 特点： (1)数据可长期保存 (2)由文件系统管理数据 相互独立的数据文件; “按文件名访问，按记录进行存取”的管理技术;记录内的结构性而整体无结构；存取方法转换使应用程序与数据之间有了一定的独立性；数据在存储上的改变不一定反映在程序上。 (3)数据共享性差,冗余度大 文件仍然是面向应用的;数据的冗余度大;数据的修改和维护困难 (4)数

8、据独立性差 不容易扩充；数据与程序之间仍缺乏独立性；是一个无弹性的无结构的数据集合。,应用程序1,文件1,应用程序2,文件2,应用程序n,文件n,图1-4 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,存取方法,数据库系统阶段(60年代 ） 特点： (1)数据结构化 数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。 文件系统中，尽管其记录内部已有了某些结构，但记录之间没有联系。数据的最小存取单位是记录。 数据库系统实现整体数据的结构化，描述数据时不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。数据不再针对其一应用，是面向全组织，具有整体的结构化。数据的最小存取单位是数据项。,学生记录格式示例,主记录详细记录格

9、式示例 (a),主记录详细记录格式示例(b),面向组织(多个应用）的学生数据组织,(2)数据的共享性高，冗余度低，易扩充 面向整个系统的数据库系统中的数据可以被多个用户、多个应用共享使用。共享导致数据冗余度低，同时可避免数据之间的不相容性与不一致性。容易增加新的应用，这就使得数据库系统弹性大，易于扩充。 (3)数据独立性高 物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。也就是说，数据在磁盘上的数据库中怎样存储是由DBMS管理的、用户程序不需要了解，应用程序要处理的只是数据的逻辑结构，这样当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。 逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻

10、辑结构是相互独立的，也就是说，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的二级映象功能来保证的。,(4)数据由DBMS统一管理和控制 数据库的共享是并发的(Concurrency) 。 DBMS还必须提供的数据控制功能： (1)数据的安全性（Security) (2)数据的完整性(Integrity) 正确性、有效性和相容性 (3)并发(Concurrency)控制 (4)数据库恢复(Recovery),应用程序1,应用程序2,图1-5 数据库管理阶段程序与数据的对应关系,DBMS,数据库,表1-1 数据管理三个阶段的比较,数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为

11、中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。,数据收集和数据库创建 （20世纪60年代和更早） 原始文件处理,数据库管理系统 （70年代） 层次和网状数据库系统 关系数据库系统 数据建模工具：E-R模型等 索引和数据组织技术：B+树，Hash等 查询语言:SQL等 用户界面：表单、报告等 查询处理和查询优化 事务管理：恢复和并发控制等 联机事务处理（OLTP),数据库技术的演化,新一代综合信息系统 （ 2000）,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,模式（Schema) 也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。 它是数据库系统模式结构的中间层 模式实际上

12、是数据库数据在逻辑级上的视图。 一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础，统一综合地考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。模式定义包括数据的逻辑结构定义、数据之间的联系定义以及安全性、完整性要求的定义。 DBMS提供模式定义语言(模式DDL)来严格地定义模式。,2) 外模式（External Schema) 也称子模式(Subshema)或用户模式，它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述， 是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式通常是模式的子集。 一个数据库可以有多个外模式。 外

13、模式是保证数据库安全性的一个有力措施。 DBMS提供子模式定义语言(子模式DDL)来严格地定义子模式。,3) 内模式（Internal Schema) 也称存储模式(Storage schema)，一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。 例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定等。 DBMS提供内模式描述语言(内模式DDL，或者存储模式DDL)来严格地定义内模式。,三、内模式（Internal Schema）,内模式（也称存储模式） 是

14、数据物理结构和存储方式的描述 是数据在数据库内部的表示方式 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储， 按hash方法存储） 索引的组织方式 数据是否压缩存储 数据是否加密 数据存储记录结构的规定 一个数据库只有一个内模式,图1-24 数据库系统的模式结构,1.3.2 数据库系统的二级映象功能与数据独立性,三级模式之间的二级映象： 1. 外模式/模式映象 对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象，它定义了该外模式与模式之间的对应关系(这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中)。 当模式改变时(例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等)，DBA对各个外模式模式的映象作相应改

15、变，可以使外模式保持不变。, 数据的逻辑独立性,2. 模式/内模式映象 存在一个唯一的模式内模式映象，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系（该映象定义通常包含在模式描述中）。 例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。 当数据库的存储结构改变了(例如选用了另一种存储结构)，由DBA对模式内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变。, 数据的物理独立性,1.3数 据 模 型,1.3.1数据模型的概念 数据模型是数据库系统的核心与基础，是描述数据与数据之间的联系、数据的语义、数据一致性约束的概念性工具的集合。,（1）数据结构 （2）数据操作 （3）完整性约束,1.5 数据模型,1.5

16、.1 数据模型的组成要素 数据模型是模型的一种，是现实世界数据特征的抽象。 数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的约束条件三个要素组成。 1. 数据结构 数据结构用于描述系统的静态特性。 数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻画一个数据模型性质最重要的方面。 在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。 数据结构有层次结构、网状结构和关系结构三种类型，按照这三种结构命名的数据模型分别称为层次模型、网状模型和关系模型。,2. 数据操作 数据操作用于描述系统的动态特性。 数据操作是对数据库中各种数据操作的集合，包括操作及相应的操作规则。 如数据的检索、插入、删除和修改等。 数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作规则以及实现操作的语言。 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。 完整性规则是给定的数据模型中数