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1、 第一章 数据库基础 数据处理的概念数据处理的概念。FF 早期计算机技术：早期计算机技术： 数值计算。数值计算。FF 2020世纪世纪5050年代中期：数据处理。年代中期：数据处理。 数据库研究的问题数据库研究的问题。 数据管理的概念数据管理的概念。1.1 数据、信息与数据处理 物质世界。物质世界。 信息世界。信息世界。FF 物质的存在伴随着信息的存在，物质是物质的存在伴随着信息的存在，物质是 信息的基础，信息是物质的抽象反映。信息的基础，信息是物质的抽象反映。FF 物质的变化会引起信息的相应变化。物质的变化会引起信息的相应变化。数量描述数量描述事物描述事物描述 文字陈述文字陈述图形图象图形图
2、象 数据：用文字、数字、图象等各种数据：用文字、数字、图象等各种 符号对客观事实的表达。符号对客观事实的表达。（数据库意义下的数据：是客观事物的 描述和客体属性的反映，具有多种表现 形式）。1. 数据 数据的特征数据的特征FF 数据的内容：客体属性的反映。数据的内容：客体属性的反映。H H 属性名属性名 H H 属性值。属性值。 FF 数据是记录的符号。数据是记录的符号。H H 可通过观察、可通过观察、 测量、考核等手段来获得。测量、考核等手段来获得。 FF 数据和语义是不可分的。数据和语义是不可分的。H H 数据需要经过解释才能表达其内容。数据的数据需要经过解释才能表达其内容。数据的 解释是
3、指对数据语义的说明。解释是指对数据语义的说明。数据是计算机实际能处理的一切对 象，只是它们有外部可视形式和内部处 理形式的区别而已。数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容信息是一个比较抽象的概念。信息是一个比较抽象的概念。 FF 通常称为是通常称为是“音讯音讯”或或“消息消息” 。 FF 通俗的解释是：人们关心的事情通俗的解释是：人们关心的事情的消息或知识。的消息或知识。 FF 一般定义：事物之间相互联系、一般定义：事物之间相互联系、相互作用的状态的描述。相互作用的状态的描述。2. 信息 信息：把对数据进行加工得到的信息：把对数
4、据进行加工得到的 影响或可能影响用户决策的有关知影响或可能影响用户决策的有关知 识称之为信息。就是人们对数据赋识称之为信息。就是人们对数据赋 予的一种意义、一种解释。予的一种意义、一种解释。根据根据ISOISO和和ANSIANSI，将信息定义如下：将信息定义如下： 人借助于在数据的表示中所用的人借助于在数据的表示中所用的 已知约定来赋予数据的含义。已知约定来赋予数据的含义。数据与信息举例数据与信息举例FF 学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）FF 数据的形式不能完全表达其内容数据的形式不能完全表达其内容FF 数据的解释数据的解释语义：学生姓名
5、、性别、出生年月、籍贯、所 在系别、入学时间解释：李明是个大学生，男，1972年出生，江 苏人，1990年考入计算机系FF 请给出另一个解释和语义请给出另一个解释和语义 信息的自然属性（特征）信息的自然属性（特征） FF 表征性表征性 FF 可用性可用性FF 可传递性可传递性 FF 与其表现符号的不可分离性和与其表现符号的不可分离性和 信息的可转换性信息的可转换性 FF 与人的主观愿望相联系与人的主观愿望相联系 信息的社会属性信息的社会属性 FF 不可缺少的重要资源不可缺少的重要资源 FF 借助信息，人类才能获得知识借助信息，人类才能获得知识FF 借助信息，才能有效地组织社会借助信息，才能有效
6、地组织社会 各种活动各种活动 FF 人类获取、积累并利用信息是认人类获取、积累并利用信息是认 识和改造客观世界的必要过程识和改造客观世界的必要过程3. 信息与数据的关系和区别 信息处理是将数据转换为信息的信息处理是将数据转换为信息的过程。过程。数据数据 加工处理加工处理 信息信息 数据是现象而信息更反映实质。数据是现象而信息更反映实质。FF 数据是客体的描述和记录，按人的某种主数据是客体的描述和记录，按人的某种主 观愿望进行有目的加工后产生信息，在客观上观愿望进行有目的加工后产生信息，在客观上 反映客体的现实情况。反映客体的现实情况。FF 去粗存精、去伪存真。去粗存精、去伪存真。 数据与信息有
7、区别也有联系。数据与信息有区别也有联系。FF 信息与数据之间的固有联系：信息与数据之间的固有联系：数据是信息的符号表示或称为载体，数据是信息的符号表示或称为载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。FF 信息依赖于数据的表示，同一信息信息依赖于数据的表示，同一信息用不同的数据形式来表示。用不同的数据形式来表示。FF 信息稳定性与数据独立性信息稳定性与数据独立性从数据可以得出不同的信息（数据独立从数据可以得出不同的信息（数据独立 性）；对于同一信息，可以用不同的数据形性）；对于同一信息，可以用不同的数据形 式表示而不改变其内容（信息稳定性）。式表示而不
8、改变其内容（信息稳定性）。 数据独立性，信息稳定性。数据独立性，信息稳定性。 4. 数据处理决策决策信息信息活动活动数据数据图1.1 信息反馈周期 数据处理：对信息进行收集、数据处理：对信息进行收集、 整理、加工、存储、检索、传递和整理、加工、存储、检索、传递和 输出、利用等一系列活动的总和。输出、利用等一系列活动的总和。 FF 信息是用数据表示的，故对信信息是用数据表示的，故对信 息的处理又具体地表现在对数据的息的处理又具体地表现在对数据的 处理上。处理上。数据处理也称信息处理。数据处理也称信息处理。 FF 数据处理是数据处理是技术范畴技术范畴的问题，的问题， 从使用的手段和工具来说，是以从
9、使用的手段和工具来说，是以计计 算机算机为中心的。为中心的。信信 息息 采采 集集信信 息息 表表 示示信信 息息 加加 工工信信 息息 传传 递递信息信息 存储存储信息信息 检索检索信息信息 解释解释信息信息 系统系统源信息源信息传输数据传输数据结果信息结果信息查询信息查询信息源数据源数据存储数据存储数据结果数据结果数据存储存储图1.2 信息处理活动流程图环境环境 数据处理的三个阶段：数据处理的三个阶段： FF 数据的手工处理阶段数据的手工处理阶段如算盘、计算尺、手摇计算机如算盘、计算尺、手摇计算机 等一类的低级计算工具。等一类的低级计算工具。 FF 数据的机械处理阶段数据的机械处理阶段如卡
10、片制表机。如卡片制表机。 FF 电子数据处理阶段电子数据处理阶段使用计算机。使用计算机。1.2 数据管理技术原始数据原始数据处理算法处理算法计算机处理计算机处理结果数据结果数据图1.3 数据处理过程 数据处理的核心数据处理的核心 FF 数据管理。数据管理。 数据管理的任务数据管理的任务 FF 如何用计算机对数据进行分类如何用计算机对数据进行分类 、组织、编目、定位、存储、检、组织、编目、定位、存储、检 索和维护。索和维护。1. 数据处理FF 人工管阶段理人工管阶段理FF 文件系统阶段文件系统阶段FF 数据库系统阶段数据库系统阶段 背景与特点比较：背景与特点比较：2 2 表表 3 3 图图2.
11、数据管理技术发展的三个阶段H 计算机主要用于科学计算4 数据量小、结构简单，如高阶方程等H 外存为顺序存取设备4 磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存 取设备H 用户实现业务逻辑和数据管理人工管理背景人工管理背景 数据不保存在机器中4 计算时输入，计算后输出 没有软件系统对数据进行管理4 用户完全负责数据管理（数据的组织、存储结构、 存取方法、输入输出等）工作 数据完全面向特定的应用程序4 一组数据对应一个程序 数据与程序没有独立性4 程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变人工管理特点人工管理特点PROGRAM 1Data ManagementFILE 1FILE 2Redundant
12、DataPROGRAM 2Data ManagementPROGRAM 3Data ManagementFile System Services文件系统文件系统FF 数据存储在文件中，应用程序利用了文件和程序的接口。数据存储在文件中，应用程序利用了文件和程序的接口。FF 存在不同的访问方法存在不同的访问方法( (如：顺序，随机如：顺序，随机) )。FF 一个文件对应一个或多个程序。一个文件对应一个或多个程序。文件系统的作用文件系统的作用FF 完成逻辑文件和物理文件的映射完成逻辑文件和物理文件的映射H 逻辑文件: 用户和应用程序所看到的文件.4 数据被看作是一组纪录的集合4 程序主要操纵纪录H
13、物理文件: 真正存储在物理存储器上的文件4 数据被看作在设备之上某个特定的地址存放的比特序列4 操作系统来操纵物理文件.FF 提供了一组API接口H 科学计算的同时，需进行数据处理4 批量数据处理，数据量大H 外存为磁盘、磁鼓直接存取设备4 出现磁鼓、磁盘等直接存取设备H 专门的数据管理软件（文件系统）文件系统的背景文件系统的背景 数据以文件形式可长期保存在外存上数据以文件形式可长期保存在外存上； 数据的逻辑结构与物理结构有了区别数据的逻辑结构与物理结构有了区别； 数据文件形式多样化，但共享性差；数据文件形式多样化，但共享性差； 数据面向应用程序；数据面向应用程序； 以记录为存取单位。以记录为
14、存取单位。文件系统的特点文件系统的特点补贴系别姓名学号劳资科住址性别系别姓名学号房产科学位学分系别姓名学号学籍科学位 出身年龄性别系别姓名学号人事科文件系统阶段文件系统阶段在文件系统中，由于文件之间相互独立、在文件系统中，由于文件之间相互独立、缺乏联系，当不同的应用程序所需要的数据有缺乏联系，当不同的应用程序所需要的数据有 部分相同时，也必须建立各自的文件，而不能部分相同时，也必须建立各自的文件，而不能 共享相同的数据，因此共享相同的数据，因此数据共享性差、冗余度数据共享性差、冗余度 大大，浪费存储空间；，浪费存储空间；数据与程序的独立性差数据与程序的独立性差； 并且由于相同数据的重复存储，各
15、自管理，给并且由于相同数据的重复存储，各自管理，给 数据的修改和维护带来了困难，容易造成数据的修改和维护带来了困难，容易造成数据数据 的不一致性的不一致性；数据完整性难于保证数据完整性难于保证。文件系统的缺陷文件系统的缺陷 数据冗余性(redundancy)H 数据面向应用4 即使不同应用程序所需要的数据有部分相同 时，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的 数据H 数据孤立4 数据分散管理，许多文件，许多数据格式 数据不一致性(inconsistency)H 由于数据存在很多副本，给数据的修改与 维护带来了困难，容易造成数据的不一致性文件系统存在的问题文件系统存在的问题 数据独立性(independence)H 文件系统只是解脱了程序员对物理设备存取的负 担，它并不理解数据的语义，只负责存储；H 数据的语义信息只能由程序来解释，也就是说， 数据收集以后怎么组织，以及数据取出来之后按什 么含义应用，只有全权管理它的程序知道。 数据联系弱(poor data relationship)H 文件与文件之间是独立的，文件之间的联系必须 通过程序来构造；H 文件系统是一个不具有弹性的、无结构的数据集 合，不能反映现实世界事物之间的联系。文件系统存在的问题文件系统存在的问题文件系统存在的问题文件系统存在的问题 使用文件系统的缺点使用文件系统的缺点H 更新的原
