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1、.,1,数据库系统基础知识和理论,.,2,一.数据库的产生与发展,数据库发展的几个阶段： 1.人工管理阶段 2.文件系统阶段 3.数据库系统阶段 数据库发展中的三个标志性事件,.,3,人工管理阶段,背景： 20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。外存只有纸带、卡片、磁带等，没有磁盘等直接存取的存取设备；软件没有操作系统，也没有管理数据的软件；数据处理方式是批处理。 特点： 数据不保存。 数据需要由应用程序自己管理，编写程序需要考虑数据结构。 数据面向程序，不共享。 数据不具有独立性，随其逻辑结构和物理结构而变化。,.,4,文件系统阶段,背景 20世纪50年代后期到60年代中期，计算机
2、应用范围逐渐从科学计算扩大到管理。硬件出现了磁盘等直接存取的设备；操作系统中已经有了专门的数据管理软件；数据处理方式除了批处理，还能够联机实时处理。 特点 数据以文件的形式长期保存 由文件系统对数据进行管理 形式多样化：索引文件、链接文件、顺序文件、倒排文件 数据的物理结构与逻辑结构有了区别，但较简单 数据共享性差 程序与数据之间有一定的独立性,.,5,数据库系统阶段,背景 20世纪60年代后期以来，计算机用于管理的规模更为扩大，数据量急剧增长。大容量磁盘的出现及硬件价格的下降与软件价格上升，更多的联机实时处理的要求，以及分布处理的提出都促进了数据库技术的产生和发展，并出现了专门统一管理数据的
3、专门软件系统数据库管理系统。,.,6,数据库发展中的三个标志事件,1.层次数据库的提出 1969年IBM公司研制、开发数据库管理系统的商品化软件IMS(Information Management System)。IMS的数据模型是层次结构的。 2.网状数据库的提出 美国数据系统语言协商会CODASYL下属的数据库任务组DBTG(Data Base Task Group)对数据库方法进行了系统的研究和讨论，于60年代末至70年代初提出了若干报告，称为DBTG报告。该报告确定并建立了数据库系统的许多概念、方法和技术。其所提议的方法是基于网状结构的，它是数据库网状模型的基础和典型代表。 3.关系模
4、型的提出 1970年IBM公司San Jose研究实验室的研究员E.F.Codd发表了题为“大型共享数据库数据的关系模型”论文，提出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系理论的研究，为数据库技术奠定了理论基础，由于E.F.Codd 的杰出工作，他于1981年获得了ACM图灵奖。,.,7,几个概念数据库（Data Base, DB） 长期储存在计算机中的、有组织的、可共享的数据集合。 特点： (1) 按照一定的数据模型组织、描述和储存 (2) 具有较小的冗余度 (3) 具有较高的数据独立性和易扩展性 (4) 可为各种用户共享。,.,8,几个概念数据库管理系统 DataBase Manag
5、ement System(DBMS) 管理数据库的软件 用于建立、运用和维护数据库 位于用户和操作系统之间,.,9,几个概念数据库系统 DataBase System(DBS) DBS是指在计算机系统中引入数据库后的整个系统组成，一般包括 (1) DB (2) DBMSOS (3) Users (4) DBA (5) 应用系统,.,10,二.数据库的特点,1.数据结构化 (1) 将整个组织的数据结构化成一个数据整体 (2) 包含数据之间的联系 (3) 有利于实现数据共享 (4) 数据不再面向应用（程序），而是面向系统系统弹性大 2.数据共享 (1) 数据共享是数据库系统区别于文件系统的最大特点
6、 (2) 共享是指多用户、多种应用共享数据集合,.,11,3. 可控数据冗余度 (1) 数据一致性好，对数据库进行规范化 (2) 提高检索速度可控冗余度 4. 数据独立性高 (1) 数据库系统对外屏蔽数据的存储结构 (2) 大大简化应用程序的设计维护的工作量 5. 统一数据控制功能 (1) 数据安全性控制 (2) 数据完整性控制 (3) 并发控制 (4) 数据恢复,.,12,三.数据模型,1.对数据模型的要求 1) 较真实地模拟现实世界 2) 容易为人所理解 3) 便于在计算机上实现 2.数据模型的三个要素 1) 数据结构 2) 数据操作 3) 数据的约束条件,.,13,3. 对象的抽象过程
7、1) 现实世界信息世界计算机世界 2) 客观对象概念模型数据模型 第一级抽象：概念模型 第二级抽象：数据模型,.,14,4.第一级抽象：概念模型 信息世界中的基本概念 实体（Entity）：客观存在并相互区别的事物 实体集(Entity Set)：性质相同的同类实体的集合 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性（型和值） 实体型(Entity type)：若干个属性所组成的集合， 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，例如：学生（学号、姓名、系别） 码(Key)：唯一标识实体的属性集。 域(Domain)：属性的取值范围 联系(Relationship)：三类联系,.,15,概
8、念模型的表示方法 实体-联系方法（Entity-Relationship,简称E-R） 由P.P.S.Chen于1976年提出的。 在E-R图中： 1. 实体型：矩形实体名 2. 属性：椭圆形，用无向边与实体连接 3. 实体间的联系：菱形联系名，无向边与实体连接，边上标注联系类型,.,16,E-R图的小实例 两个实体型之间的联系,1 1 m 1 n n,.,17,E-R图的小实例 多个实体型之间的联系,.,18,5.第二级抽象：数据模型 三种主要的数据模型 层次模型（Hierarchical Model） 网状模型（Network Model） 关系模型（Relational Model） 层
9、次和网状模型又称为非关系模型，流行于20世纪70年代与80年代之初。,.,19,关系数据模型,代表系统 (1) Oracle(2) Sybase (3) DB2 (4) SQL server (5)VFP (6) Access (7) DBASE 数据结构 关系模型（规范的二维表）,.,20,关系模型中的一些概念 (1) 关系：整个二维表 (2) 关系名：表格名称 (3) 元组：行数据（记录） (4) 属性：列数据（字段） (5) 属性名：列名称（字段名） (6) 主码：唯一确定元组的属性组（关键字） (7) 域：属性的取值范围 (8) 分量：元组中的一个属性值 (9) 关系模式：关系名（属性
10、），如：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯） （10）约束 实体完整性约束 参照完整性约束 用户定义的完整性约束,.,21,关系模型特点 优点 (1)有严格的数学概念作基础 (2)关系模型的概念单一 (3)存取路径对用户透明 (4)使用非常方便，开发、管理复杂度相对小 缺点 查询效率比层次、网状等模型要低,.,22,四.数据库管理系统（DBMS）,举例 ORACLE数据库管理系统是一个典型的关系数据库管理系统。 主要功能 数据库定义功能 数据操纵功能 数据库运行管理功能 数据库的建立和维护功能,.,23,五.人员,管理、开发和使用数据库系统的人员主要是： 数据库管理员(DBA) 应用开发员（Developer） 用户（End User）,.,24,DBA的重要职责,决定数据库的信息内容和结构 决定数据库的存储结构和存取策略 定义数据的安全性要求和完整性约束条件 监督和控制数据库的使用和运行 数据库系统的改进和重组,.,25,应用开发员,又可以分成分析员和程序员 分析数据库应用系统要解决的需求问题，完成设计系统。 编制、调试基于数据库的应用程序。,
