三级数据库教程 1数据库概述

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1、数据库原理及应用主讲：方启泉数据库原理1数据库原理2l使用教材：数据库原理及开发应用（周屹/清华 ）u熟悉数据库系统的基本概念。u掌握关系模型的基本概念及原理。u掌握关系数据库查询语言SQL。u掌握数据库设计方法。u了解数据库应用开发过程。u掌握使用SQL SERVER进行数据管理。l参考书：SQL SERVER 2005 入门与提高（ 文龙/清华）数据库原理3课程目标第1章 数据库概述 第2章 数据模型 第3章 关系数据库的基本理论 第4章 结构化查询语言SQL 第5章 关系模式的规范化设计 第6章 数据库设计 第7章 数据库的安全与保护 第8章 SQL SERVER数据库应用数据库原理4l

2、 上机实验（使用SQL SERVER数据库）课程讲授数据库原理5 信息与数据 数据管理技术发展 数据库技术发展 数据库系统结构 数据库系统术语1。数据库概述数据库原理6数 据 (Data) 对客观对象的符号表示，可以是数值数据，也可以是非 数值数据。如声音、图像等。 数据是数据库中存储的基本对象。 数据需要经过解释才有意义，才能成为信息。例：学生档案中数据记录 （李明，男，1988，青岛，计算机系，2006）-记录值 （姓名，性别，生日，籍贯，系专业，年级）-记录类型 现实世界在人们头脑中的反映，它以文字、数据、符号 、声音、图像等形式记录下来，可以进行传递和处理，为 人们的生产、建设、管理提

3、供依据。 信息通过数据形式来表示，是数据中蕴含的意义。信 息 ( Info)信息与数据数据是 信息的 表现， 信息是 数据的 含义数据库原理7数据管 理技术对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检 索、传送等操作，目的就是从大量的，杂乱无 章的，难以理解的数据中筛选出有意义的信息 。数据管理技术分三个阶段:1. 人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）2. 文件系统阶段（20世纪50年代后期60年代中期）3. 数据库系统阶段（20世纪60年代后期今）硬件和软件的发展 ，数据管理需求扩 大。数据管理技术的发展数据库原理8uu 人工管理阶段(-50年代中期)应用程序1应用程序2应用程序n数据集 1

4、数据集 2数据集 nl 计算机主要用于科学计算 (处理对象主要是数学公式。)l 外存为顺序存取设备(磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直 接存取设备。)l无操作系统及数据管理软件(机器语言或汇编语言，数据对应具 体应用，由编程人员单独设计，数据 包含在程序中数据不保存。)l 数据处理为批处理l l数据不单独保存 (数据在程序中，与相应程序共存。)l应用程序管理数据(在程序中设计数据的逻辑结构和物理 存储结构。)l数据不共享(数据与程序对应，容易产生冗余。)l数据不具有独立性（脱离了程序数据没有任何存在的意 义。）背 景特 点数据库原理9l 文件系统阶段（-60年代中期）文件 系统文件1文件2文件n应

5、用程序1应用程序2应用程序nl 计算机不但用于科学计算还用于管理。l 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。l 软件出现操作系统和高级软件。l 批处理，并能联机实时处理。l 数据以文件形式可长期保存在外存磁盘。l由文件系统管理数据数据的逻辑结构和物理结构有了一定的区别，用户程序处理的逻 辑结构与物理存储结构之间的转换由文件系统存取方式来实现。l数据有了一定共享性，缺乏联系。 程序只需用文件名就可存取数据，数据之间的联系要程序构造。 l 文件只存储数据记录，不存储结构描述信息。 文件数据操作都要程序实现，文件之间是孤立的，不能反映现实 世界实体之间的相互联系。背 景特 点数据库原理10数据库系统阶段

6、数据库系统阶段l l 数据库系统阶段（60年代末期以来 ）应用程序1应用程序2应用程序nDBDBMS 计算机在商业领域广泛应用，数据管理量大，共享性要求高。 外存有了大容量存储设备。 出现专门数据库管理软件。 联机实时处理要求更多。 采用数据模型表示复杂的数据结构。(有层次模型、网状模型、关系模型、对象模型等，数据模型可以表示数据本身及数据之间的联系。) 数据共享性好 ，冗余度低（数据之间建立联系。） 数据独立性高（数据库以三级体系结构实现，有较好的物理独立性和逻辑独立性） 数据由DBMS统一管理和控制（安全性、完整性、并发控制、故障恢复）背 景特 点数据库原理11从上世纪60年代末数据库出现

7、以来，数据库技术的发展 经历了3代：l 第一阶段（60年代末-70年代）以层次模型和网状模型的数据库为主。l 第二阶段（70年代-80年代）以关系模型数据库为主。l 第三阶段（80年代后期以来）以对象数据模型为特征，集数据管理、对象管理、知识管理为一体， 融合各种新技术，如网络技术、分布处理、并行计算、人工智能、多媒 体等，产生了一系列新型的现代数据库技术，如对象数据库，分布式数 据库，Web数据库、知识库等。数据库技术的发展1968年，IBM发布层次模型 IMS。 1971年，美国CODASYL数据 系统语言协会下DBTG数据 库任务组建立网状模型。 1970年，IBM Codd提出关 系模

8、型。数据库原理12数据库(DB) 长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。 数据库中数据按一定数据模型组织、描述和储存。l 较小的冗余度l 较高的数据独立性l 可为各种用户共享数据库技术基本概念96英语C0002计301信息李一凡0009700395高等数学C0001信103电信王峰涛0009700287英语C0002管201管理张丽0009700190高等数学C0001管201管理张丽00097001学习成绩 Grade课程名 NameCour课程号 IdCour院地址 Addr所在学院 Inst姓名 NameStu学号 IDStu数据库原理13数据库管理系统(DBMS)DBMS是位

9、于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 。为用户或应用程序提供访问DB的方法。l 数据定义功能l 数据操纵功能查询、插入、删除、修改等。硬件操作系统应用 系统 DBMSl 数据库运行管理功能保证数据的安全性、完整性、并发使用及故障恢复。l 数据库维护功能原始数据输入和转换、DB转储、恢复、DB的重组织、性能监视、分析功能等 。数据库原理14数据库系统(DBS )指在计算机系统中引入数据库后构成的计算机应用系统。数据库系统是实际可运行的，存储、维护及可以为应用系统提供数据访问服务的集成系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体，是以数据库方式管理大量共享数据的计算机系统。数据库系统通常由数据库

10、、软件（包括OS、数据库管理系统、应用系统、开发管理工具等）、各级人员（包括数据库管理员DBA、开发人员、用户等）组成。数据库原理15数据库系统数据库软 件人 员D B M SO S高级 语言 及其 编译 系统应用 开发 工具DB 应用 系统D B A系 统 分 析 员应 用 程 序 员用 户D B 设 计 员数据库系统组成数据库原理16数据库系统结构数据库操作系统DBMS应用开发系统应用系统用户用户用户DBA数据库原理17从DBMS角度从最终用户角度外模式(External Schema)模式(Schema)内模式(Internal Schema)单用户结构分布式结构客户/服务器结构主从式结

11、构数据库系统结构数据库系统 结构两种分 类方法：DB 管理角度及 最终用户角 度两种角度 。数据库原理18数数库库据据应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序外模式外模式 A A外模式外模式 B B外模式 / 模式 模模 式式 模式 / 内模式用户级数据库概念级数据库物理级数据库DBMS内模式内模式 DBMS角度 数据库三级 模式结构数据库原理19例：用来描述学生学习情况的数据库概念模式可由学生档案、课程 情况及学生成绩三个记录类型组成。 学生档案（学号，姓名，性别，出生年月，籍贯，所在学院，专 业班级） 课程情况（课程号，课程名，授课老师，所用教材，作者） 学生成绩（学号，姓名，课程

12、号，课程名，课程成绩）概念模式 (Schema) 简称模式，是数据库的总框架，是对数据库中全体数据 的逻辑结构和特征的描述。一个数据库只有一个概念模 式。 概念模式可由若干个数据库记录类型组成，用数据定义 语言DDL来描述，每个记录类型可以生成一张数据表。数据库结构的基本术语数据库原理20内模式 (Internal)也称存储模式。是对数据库物理存储结构的描述，具 体说明数据如何存储在存储介质上。譬如：记录的物理存储方式，索引方式，数据是否压 缩，是否加密，数据的存储结构有何规定等等。外模式 (External)是概念模式的一个子集，面向用户和应用程序，也称 用户视图，用来描述用户所看到的数据库

13、结构。一个 数据库可以有多个外模式对应不同的用户应用。为了数据安全，应用程序是根据外模式对数据的描述 编写的，不直接访问概念模式。一个外模式可以对应 多个应用程序；但一个应用程序只能对应一个外模式 。数据库原理21为了实现三个层次模式之间的数据转换，DBMS在三级模式之间提供了两层映象，以实现较高的逻辑独立性和物理独立性 。u 外模式/模式映象u 模式/内模式映象定义数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应性，模式/内模式映象是唯一的，该映像定义包含在模式的描述中。当DB存储结构改变时，由DBA对模式/内模式的映象作相应改变，可使模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了数 据与程序的物理独立性

14、。模式/内模式映象数据库的二级映象功能数据库原理22定义外模式和模式之间的对应关系。外模式有多个，对每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象。这些映像定义包含在各自外模式的描述中。当模式改变时，譬如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等，由DBA对各个外模式/模式的映象作相应改变，可使外模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了数据与程序的逻辑独立性。外模式/模式映象数据库原理23数数库库据据应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序外模式外模式 A A外模式外模式 B B外模式 / 模式 模模 式式 模式 / 内模式用户级数据库概念级数据库物理级数据库DBMS内模式内模式

15、 数据库 三级 模式结构数据库原理24数据表示应用系统外模式模 式内模式DBOSDBMS数据抽象级别软件系统层次用户DBA,系统分析员应用程 序员各种人员的数据视图数据库原理251.5 数据库技术的研究领域DBMS软件的研制数据库设计数据库理论DBMS本身 以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统（ 工具软件及中间件）目标：提高系统的可用性、可靠性、可伸缩性；提高性能和提高用户生产率。DB设计方法、工具和理论的研究 数据模型和建模的研究 计算机辅助数据库设计方法及软件系统的研究DB设计规范和标准的研究目标：设计结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。关系的规范化理论 关系数据理论 数据逻辑演绎、知识推理、知识发现 并行算法