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1、,数据库系统原理篇（第四讲）,机械工业出版社,数据库系统原理篇（第四讲）,机械工业出版社,春有百花秋有月， 夏有凉风冬有雪。 若无闲事挂心头， 便是人间好时节。,学习心态,第1部分 数据库系统基础知识第2部分 数据模型与概念模型第3部分 数据库系统的设计方法第4部分 关系数据库基本知识第5部分 关系数据库理论第6部分 数据库维护工作,数据库系统原理内容,1.1 数据库的特点及概念 1.1.1 信息与数据 1.1.2 数据管理与数据库 1.1.3 数据库管理系统与数据库应用系统1.2 数据管理的发展阶段 1.2.1 手工管理数据阶段 1.2.2 文件系统数据管理阶段 1.2.3 数据库管理阶段
2、1.3 数据库系统的结构 1.3.1 数据库系统的体系结构 1.3.2 数据库管理系统的功能结构 1.3.3 数据库系统的三级数据模式结构,第1部分 数据库基础知识,1.1 数据库的特点及相关概念 1.1.1 信息与数据,（1）信息的概念 信息（information）是对数据加工之后所获得的数据形式，是系统传输和处理的对象。,思考：信息等价于数据吗？,1、信息的概念、特点和度量,（2）信息的特征,事实性 时效性 不完全性 价值性传输性 等级性 共享性 转换性,思考：现代社会发展的三大支柱资源？,信息的维度： 确定信息的价值,现代社会发展的三大支柱资源,正如一位美国科学家在一首诗中所描写的那样
3、：没有物质的世界是虚无的世界；没有能源的世界是死寂的世界；没有信息的世界是混乱的世界。,构成客观世界的三大要素, 纳米技术：打破物质与信息的界限 ,思考：何以理解物质、能量、信息之间的互相依存， 相互转化？,信息是一种最宝贵的战略资源,人力资源 物力资源 财力资源 信息资源,一、现代信息战争的致命威胁 贝卡谷地之战（以叙六分钟战争） 黑客夺权（联合勇士演习、劫持军用卫星) 海湾战争: 中美黑客大战：二、 我国信息系统的安全隐患 中国信息网络的关键芯片和核心软件依赖进口， 留下战略隐患。,信息是一种最宝贵的战略资源,信息量的大小取决于信息内容消除人们认识的不确定程度 H ( X ) = -P(
4、Xi ) log 2 P( Xi ),（3）信息的度量,Xi表示第i个状态（共n个状态）； P(Xi)代表出现第i个状态时的概率； H(x)为消除不确定性所需的信息量，单位为比特(bit),例如：硬币：P(Xi)=0.5 H(x)=-P(X1)log2P(X1)+P(X2)log2P(X2)=-(-0.5-0.5)=1 bit骰子：P(Xi)=1/6 H(x)=2.6 bit,思考：试问丢硬币消除不确定性所需的信息量是多少？,（1）数据的概念：数据是用于载荷信息的物理符号。（2）数据的4个特征：1) 数据有“型”和“值”之分。2) 数据受数据类型和取值范围的约束。3) 数据有定性表示和定量表示
5、之分。4) 数据应具有载体和多种表现形式。,2. 数据的概念、数据的特征,思考：数据就是直接用来做加减乘除运算的数字符号？,3、三个世界的关系,（1）数据是载荷信息的物理符号，是信息的载体和外延。（2）信息是经过加工后所得到的数据，是数据的内涵。（3）知识（knowledge）是以某种方式把一个或多个信息关联在一起的信息结构,是客观世界规律性的总结。,4、数据、信息、知识的关系,(1) 数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类别组织保存，在需要的时候能够提供数据；(2) 数据加工：对数据变换、抽取和运算，得到更有用的数据，指导或控制人的行为或事物的变化；(3) 数据传播：在空间或时间上以各种
6、形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人得到信息。,1. 数据处理及分类,1.1.2 数据管理与数据库,组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,数据管理是数据处理的核心和基础。,2. 数据管理及内容,数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。1) 数据库中的数据具有数据整体性。2) 数据库中的数据具有数据共享性。 不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。 多个用户可以同时共享
7、数据库中的数据资源。,数据库（DB）是按照一定的数据模型组织的，长期存储在计算机内，可以为多个用户共享的数据聚集。,3. 数据库及数据库中数据的性质,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,2. 数据库应用系统,凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统。一个数据库应用系统应携带有足够的数据量。数据库应用系统可以被划分为数据传递系统、数据处理系统和管理信息系统。,1. 数据库管理系统,1.1.3 数据库管理系统与数据库应用系统,4. 数据库系统
8、（DBS）的构成,一个数据库系统应由计算机硬件、数据库（DB） 、数据库管理系统（DBMS） 、应用软件和数据库管理员等5部分构成。数据库系统的核心是数据库管理系统。,1) 信息管理系统是以数据库技术为基础的。2) 信息管理系统一般采用功能选单方式控制程序。3) 信息管理系统的功能模块大致相同。,3.管理信息系统及特点,1) 手工管理阶段不保存大量的数据。2) 手工管理阶段没有软件系统对数据进行管理。3) 手工管理阶段基本上没有计算机“文件”概念。4) 手工管理阶段一组数据对应一个程序。,1.2.1 手工管理数据阶段,1.2 数据管理的发展阶段,1. 文件管理阶段的数据管理特点,1) 管理的数
9、据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中。2) 文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存取、查询及维护功能。3) 文件系统中的数据文件已经具有多样化。4) 文件系统的数据存取是以记录为单位的。,1.2.2 文件管理阶段,(一）文件系统阶段的数据管理特点和缺陷,1) 文件系统的数据冗余度（Redundancy）大。2) 文件系统中缺乏数据与程序独立性。3) 应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变。,2. 文件系统在数据管理上的主要缺点,数据库以数据模型为基础 常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。2. 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高1) 系统现有用户或程序可以共同享用数据库
10、中的数据。2) 当系统需要扩充时，新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。3) 多用户或多程序可以在同一时刻共同使用同一数据。,（二）数据库系统和文件系统相比具有以下主要特点,3. 数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性 1)数据的物理独立性（Physical Data Independence） 2) 数据的逻辑独立性（Logical Data Independence）,5. 数据库中数据的最小存取单位是数据项,（1）数据的安全性控制指保护数据库，以防止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。 （2）数据的完整性控制指为保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所
11、采用的控制机制。（3）数据的并发控制指排除由于数据共享，即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。（4）数据恢复通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,4. 数据库系统通过DBMS进行数据控制,1.3.1 数据库系统的体系结构,1. 数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求,1) 计算机内存要尽量大。2) 计算机外存也要尽量大。3) 计算机的数据传输速度要快。,2. 数据库系统的软件组成,操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和数据库。,1.3 数据库系统的结构,数据库系统的人员
12、由开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件管理人员称为数据库管理员（DBA），职责为： 1) 参与数据库和应用系统的设计。2) 参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作。3) 负责定义数据的安全性要求和完整性4) 负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作。5) 负责数据库的改进和重组。,3. 数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责,1. 数据定义功能：能够提供数据定义语言（简称DDL）和相应的建库机制。用户利用DDL可以方便地建立数据库。,2. 数据操纵功能：实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能。数据库管理系统通过提供数据操纵语言（DML）实现
13、其数据操纵功能。,3. 数据的载入和维护功能：指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能;指数据库结构的修改、变更及扩充功能。,4. 数据库的运行管理功能：包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。,1.3.2 数据库管理系统的功能结构,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。,1.3.3 数据库系统的三级数据模式结构,数据库的三级模式是模式（逻辑模式或总模式）、外模式（子模式或用户模式）、内模式（物理模式或存储模式）。,(1) 模式（Schema）-E-R图(P27-图2-5),对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。(2) 外模式（External Schema）-视图 对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。以子模式为框架的数据库为用户数据库。(3) 内模式（Internal Schema）-表文件 数据的内部表示或底层描述。以物理模式为框架的数据库为物理数据库。,1、数据库的三级模式结构,1) 外模式/模式的映象：定义并保证了用户模式与逻辑模式之间的对应关系。2) 模式/内模式的映象及作用：定义并保证了逻辑模式与物理模式之间的对应关系。,2. 数据库系统的二级映象技术及作用,That is all,Thanks!,
