[工学]数据库系统概论-第1章 绪论

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1、数据库系统概论 杨 健 ,【课程说明】,课程性质：专业必修课。计算机科学技术中发展最快的、应用最广的技术，已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。 内容：系统地阐述数据库系统的理论、技术和方法。 先行课：数据结构。 建议教材：萨师煊 王珊数据库系统概论高等教育出版社 参考教材： C. J. Date An Introduction to Database Systems 机械工业出版社 R. Elmasri, S. B. Navathe Fundamentals of Database Systems (third edition)人民邮电出版社 R. Ramakrishnan,

2、J. Gehrke Database Management Systems (third edition)清华大学出版社,【课程安排】,学分：3学分 课时：54学时 成绩计算方法 考勤：占总成绩10(抽查35次考勤) 平时作业：占总成绩10 实验：占总成绩20 期末笔试：占总成绩60,【各章节课时安排】,课程讲授 第1章 绪论8学时 第2章 关系数据库4学时 第3章 关系数据库标准语言SQL12学时 第4章 数据库安全性2学时 第5章 数据库完整性4学时 第6章 关系数据理论8学时 第7章 数据库设计10学时 第8章 数据库编程2学时 第9章 数据库恢复技术2学时 第10章并发控制2学时 实验

3、环节： 跟据实际情况安排SQL SERVER环境下的实验,第1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,数据库的应用,学校教学管理系统 图书管理系统 超市业务系统 银行业务系统 数据处理是指对各种形式的数据进行收集、储存、加工和传播的一系列活动的总和。其目的是从大量的原始数据中提取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据；是为了借助计算机科学地保存和管理复杂的大量数据，以便于人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。 数据库技术所研究的问题就是如何科学地组织和储存数据，如何高效地获取和处理数据。数据库技术是数据管

4、理的技术。数据库系统是当代计算机系统的重要组成部分,什么是数据管理技术,狭义：数据库技术 广义：对数据进行管理、利用的所有技术 数据库技术 数据模型、数据存储结构和索引、查询处理和查询优化、事务与并发、开发工具等 数据仓库技术 数据挖掘技术 数据集成技术 信息检索技术 ,数据管理技术与图灵奖,图灵奖历史上的三位数据库专家： 1973年, 查理士巴赫曼(Charles W. Bachman): “网状数据库之父”或“DBTG之父” 1981年, 埃德加科德(Edgar F. Codd): “关系数据库之父” 1998年, 詹姆斯尼古拉格雷(James Gray): 数据库与事务处理,1.1 数据

5、库系统概述,1.1.1 数据库的地位 1.1.2 四个基本概念 1.1.3 数据管理技术的产生与发展,1.1.1 数据库的地位,数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志,1.1.2 四个基本概念,数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),一、数据,数据(Data)是数据库中存储的基本对象 数据的定义:对客观事物的性质、状态以及相互关系等进行记载

6、的物理符号或是这些物理符号的组合。 数据的表现形式:数值数据、图形数据、声音数据、视觉数据、模糊数据 数据的特点:数据与其语义是不可分的,数据举例,数据：学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机系，1990） 数据的解释 语义：学生姓名、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，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系 请给出另一个解释和语义 结论：数据的形式不能完全表达其内容，数据与其语义是不可分的,二、数据库（举例）,人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息,数据库的定义：数据库(Data

7、base,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合 数据库的特征： 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,数据库管理系统DBMS是为数据库DB的建立、使用和维护而配置的软件。它建立在操作系统的基础之上，对DB进行统一的管理与控制。用户使用的各种DB命令以及应用程序的执行，都必须通过DBMS。DBMS还承担了DB的维护工作，保证DB的安全性和完整性。 DBMS的主要功能包括： 1.数据库定义功能 DBMS提供数据定义语言(DDL)对数据库进行描述，而不是数据本身。用以刻画数据库的框架；保存在数

8、据字典中；是DBMS存取和管理数据的基本依据。 2.数据组织、存储和管理,3.数据操纵功能 DBMS提供数据操纵语言(DML)实现对数据库数据的基本操作：检索、插入、修改和删除。 4.数据库事物管理和运行管理 这是DBMS运行时的核心部分，包括数据的完整性控制、数据的安全性控制和数据库的恢复等。所有DB的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行，以保证事务的正确运行，保证DB的正确有效。 5.数据库的建立和维护功能 大都由各应用程序来完成。 6.其它功能 此外，特别值得一提的是数据字典(DD)。在数据字典中存放着对数据库各级模式所作的定义，是对数据库结构的描述。这些数据是数据库系统相关的信息，称

9、为元数据,四、数据库系统,数据库系统(Database System，简称DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 数据库系统的构成:由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数据库管理员(和用户)构成。 数据库系统构成如右图:,1.1.3 数据管理技术的产生与发展,数据处理的中心问题是数据管理。数据管理指的是对数据的分类、组织、编码、储存、检索和维护。数据管理随着计算机硬、软件的发展而不断发展，至今已经经历了以下几个阶段： 1人工管理阶段(50年代中期以前) 背景：计算机主要用于科学计算；硬件上用磁带、卡片和纸带作外存；

10、软件上无OS，无管理数据的软件。 特点： 1）数据不保存 2）没有软件系统对数据进行管理 3）基本上没有文件概念，数据组织的方式必须由程序员自行设计，数据不具有独立性,4）数据不共享，一组数据对应一个程序。数据是面向应用的。即使两个应用程序涉及某些相同的数据，也必须各自定义，无法相互利用，相互参照，所以程序间有大量重复数据。,2 文件系统阶段(50年代后期到60年代中期) 背景：计算机应用于科学计算、管理；硬件上，外存有磁盘等直接存取的存储设备；软件上，有了OS，有了管理数据软件(称为文件系统)；处理方式上，有了文件批处理，而且能联机实时处理。 特点： 1）数据长期保留在外存上反复处理。 2）

11、由于有文件系统进行数据管理，从而使程序与数据有了一定的独立性。 3）文件多样化。,4）数据存取基本上以记录为单位。 5）数据共享性差，冗余大；数据和程序缺乏独立性。,3数据库系统阶段(60年代后期开始) 背景：计算机用于管理规模更加庞大；硬件上，有了大容量的磁盘；软件上，有了DBMS；联机实时处理、分布式处理。 特点： 1）数据的结构化（要求在描述数据时不仅描述数据本身，而且还要描述数据间的联系）。 2）数据共享性高，冗余度小，易扩充。 3）具有较高的数据和程序独立性。,4）数据由DBMS统一管理和控制，具有统一的数据控制功能：安全性、完整性、并发控制。 5）数据的最小存取单位是数据项。,数据

12、高共享性的好处：降低数据的冗余度，节省存储空间；避免数据间的不一致性；使系统易于扩充 数据独立性：物理独立性(用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)和逻辑独立性(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) 数据结构化：整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。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。,DBMS对数据的控制功能： 1数据的安全性（Security）保护：使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，

13、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,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的三要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 三种主要的数据模型,数据库是某个企业、组织或部门所涉及的数据的综合。它不仅反映数据本身地内容，而且反映数据之间的联系。那么，如何抽象、表示处理现实世界中的数据和信息呢？在数据库中是用数据模型

14、这个工具来对现实世界进行抽象的。 数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。 不同的数据模型是提供给我们模型化数据和信息的不同工具。根据模型应用的不同目的，可以将模型分为两类：一是概念模型(也称信息模型)，一是数据模型(如网状、层次、关系模型)。前者是按用户的观点来对数据和信息建模；后者按计算机系统的观点来对数据建模。,1.2.1 数据模型的三要素,一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合。这些概念精确描述系统的静态特征、动态特征和完整性约束条件。因此，数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。 1数据结构 数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库的组

15、成成分。一般可分为两类：一是与数据类型、内容、性质相关的对象；一是与数据之间联系有关的对象。 2数据操作 数据操作是指对数据库中各种对象(型)和实例(值)允许执行的操作的集合。它包括操作及有关的操作规则。主要由检索和更新两大类操作。,数据结构是对系统静态特性的描述；数据操作是对系统动态特性的描述。 3数据的约束条件 数据的约束条件是完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，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、有效和相容。 数据模型的这三个方面内容完整地描述了一个数据模型，而模型地结构是刻画模型性质地最重要方面。,1.2.2

16、概念模型,数据模型是DBS的核心和基础。为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为DBMS支持的数据模型，人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。也就是说：,首先把现实世界的客观对象抽象成某一种信息结构。这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS支持的数据模型，而是概念级的模型。然后，再把概念模型转换成计算机上某一DBMS支持的数据模型。因此，概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。,信息世界涉及的主要概念有： 1实体(Entity) 客观存在并可相互区分的事务叫做实体。实体可以是人、物、实际的对象、某些概念、事物间的联系。 2属性(Attribute) 属性是实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来刻画。例如，学