数据库系统概论chp01

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1、数据库系统概论An Introduction to Database Systems于燕丽QQ:294489551手机：18305321562办公室：行政楼409开设和学习本课程的意义本门课程是非常重要的专业基础课，其主要教学目的为：（1）使学生理解数据库系统的基本概念，提高学生的理论知识和水平。（2）使学生掌握基本的数据库技术和方法，培养学生的实际动手能力。内容安排(1) 基础篇第一章 绪论第二章 关系数据库第三章 关系数据库标准语言SQL第四章 数据库安全性第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇第六章 关系数据理论数据库设计第七章 数据库设计第八章 数据库编程内容安排(2) 系统篇第九章

2、关系查询处理和查询优化第十章 数据库恢复技术第十一章 并发控制* 第十二章 数据库管理系统第一至第十一章是本科专业的基本教程（书中有*号的部 分除外）第十二至第十七章是高级教程习题集：数据库原理习题与解析清华大学出版社李春葆 曾慧数据库系统概论第一章 绪论第一章 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 小结第一章 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1.1.3 数据库系统的特点 1.1.1 四个基本概念v数据(Data)v数据库(Database)v数据库管理系统(DBMS)v数据库系统(

3、DBS)一、数据v数据(Data)是数据库中存储的基本对象v数据的定义描述事物的符号记录v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v数据的特点数据与其语义是不可分的数据举例v数据的含义义称为为数据的语义语义 ，数据与其语义语义是不可分的。例如 93是一个数据语义语义 1：学生某门课门课 的成绩绩语义语义 2：某人的体重语义语义 3：计计算机系2003级级学生人数语义语义 4：。数据举例v学生档案中的学生记录（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，

4、江苏南京市人，1990年考入计算机系二、数据库v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。 v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v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 vDBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据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

5、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DBMS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v什么是数据库系统（简

6、称DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统构成v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 统数据库管理员用户用户用户数据库系统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1.1.3 数据库系统的特点 数据管理技术的产生和发展v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v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)数据管理技术的产生

7、和发展(续)v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一、人工管理阶段v时期20世纪40年代中-50年代中v产生的背景应用需求科学计算硬件水平无直接存取存储设备软件水平没有操作系统处理方式批处理人工管理阶段(续)v特点数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制人事管理应用程序教师信息数据组学生管理应用程序学生信息数据组教务管理应用程序课程信息数据组学生部门教务部门人事部门应用程序和数据的依赖关系应用程序与数据的对应关系(

8、人工管理阶段)二、文件系统阶段v时期20世纪50年代末-60年代中v产生的背景应用需求科学计算、管理硬件水平磁盘、磁鼓软件水平有文件系统处理方式联机实时处理、批处理文件系统阶段(续)v特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段)学生部门教务部门人事部门文件系统教师数据文件学生数据文件课程数据文件人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序应用程序和数据文件的关系文

9、件系统中数据的结构v记录内有结构。v数据的结构是靠程序定义和解释的。v数据只能是定长的。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。v文件间是独立的，因此数据整体无结构 。可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。v数据的最小存取单位是记录。三、数据库系统阶段v时期20世纪60年代末以来v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1.1.3 数据库系统的特点 1.1.3 数据库系统的特点v数据结构化

10、v数据的共享性高，冗余度低，易扩充v数据独立性高v数据由DBMS统一管理和控制一、数据结构化v整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 v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v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二、数据的共享性高，冗余度低，易扩充v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。v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 使系统易于扩充三、数据独立性高v物理独立性指用

11、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。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。v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。v数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的四、数据由DBMS统一管理和控制vDBMS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

12、果。(4)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。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 学校 数据库数据库管理系 统人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序学生部门教务部门人事部门第一章 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 小结1.2 数据模型1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型数据模型v在数据库中用数据模型这个工具来抽象、

13、表示和处理现实世界中的数据和信息。v通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。v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1.2.1 两大类数据模型v 数据模型分为两类（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。两大类数据模型 (续)v客观对象的抽象过程-两步

14、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DBMS支持的数据模型。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 界现实世界 概念模型 数据库设计人员完成逻辑模型 物理模型 由DBMS完成概念模型 逻辑模型 数据库设计人员完成1.2 数据模型1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型1.2.2 数据模型的组成要素v数据结构 v数据操作 v完整性约束条件一、 数据结构v什么是数据结构描述数

15、据库的组成对象，以及对象之间的联系v描述的内容与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象v数据结构是对系统静态特性的描述二、数据操作 v数据操作对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则v数据操作的类型查询更新(包括插入、删除、修改)数据操作(续) v数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言v数据操作是对系统动态特性的描述三、数据的完整性约束条件 v数据的完整性约束条件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。数据的完整性约束条件(续)v数据模型对完整性约束条件的定义反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。1.2 数据模型1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型1.2.3 概念模型一、信息世界中的基本