数据库系统概论1

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1、数据库技术与应用,SQL Server 2005,2,第1章 数据库系统概论,3,1.1 数据和数据管理 1.2 数据管理技术的发展 1.2 数据库和数据库系统 1.4 数据模型 1.5 数据库新技术,4,什么是数据库？,什么是数据库？,为什么出现数据库？,数据库能做什么？,?,5,现实中的情景,在一个学校中： 学生信息：姓名、年级、专业方向 教师信息：姓名、年龄、所在教研室、开设课程 课程信息：名称、先修课程、上课时间、地点、任课教师、选课学生 一个学生所有必修课程的平均成绩？ 一个教师一个学期的教课课时总数是多少？,怎么保存？ 怎么统计？ 怎么维护？,在一个销售部门中 ： 员工信息：姓名、

2、年龄、所在部门 商品信息：名称、生产厂家、价格、型号、库存量 仓库信息：存放哪些商品、数量 销售客户的信息：客户名、联系方式 定单信息：客户、定购商品名称、数量 今年订单的总销售额是多少？ 此销售部门中哪个Team的业绩最高？ 总成本？销售利润？ 只有经理可以查看重要客户的信息 只有仓库管理员可以增删改库存信息,6,select a.xh,a.xm,d.ps1,d.ps2,d.ps3,d.ps4,d.ps5,a.pscj,a.qzcj,a.qmcj,a.sycj,a.cj,a.bz,case when c.bjdm is null then 无 else c.bjdm end bjdm,cas

3、e when B.XZB is null then 无 else b.xzb end xzb from cjb a,xsjbxxb b, bjdmb c,pscjb d where (a.xkkh = d.xkkh(+) and a.xh = d.xh(+) and a.xh=b.xh and a.xkkh=(2011-2012-2)-22G37081-2729-1 and b.xy=c.xymc(+) order by a.xh,7,1.1 数据和数据管理,1 数据和信息 数据是用于记录事务情况的物理符号 信息是数据中所包含的意义 信息抽象成数据，才能够在数据库中存储 信息可以划分为两大类

4、一类信息能够用数据或统一的结构加以表示，称之为结构化数据，如数字、符号 一类信息无法用数字或统一的结构表示，如文本、图像、声音、网页等，称之为非结构化数据。,8,信息抽象成数据,我是一位老师，我教授的课程是数据库应用基础。有66个学生选修这门课程，他们是周丰、侯天逸、王璨 周丰的成绩是90分，侯天逸88分，王璨92分,课程信息表,学生成绩表,结构化数据,非结构化数据(自然语言),9,数据的特征,数据有“型”和“值”之分。 “型”指数据的结构，即数据内部构成和对外联系； “学生”的数据由“学号”、“姓名”、“年龄”、“性别”、“所在系”、“选修课程编号”等属性构成； “课程”的数据由“课程编号”

5、、“课程名称”、“课时数”等属性构成； “学生”和“课程”之间有“选课”的联系； “值”指数据具体取值； 一个学生的数据值：“05080216 蔡伦 18 男 软件学院 ”,10,数据的特征,数据受数据类型和取值范围的约束。 数据类型是针对不同的应用场合设计的数据约束。 数据类型不同，数据的表示形式、存储方式及能进行的操作运算各不相同； 数据类型有数值型、字符型、日期型和逻辑型等； 取值范围：数据的值域。 如：学生“性别”的值域是 “男”，“女” ,某著名电子商务网站的工作人员更新商品价格时打错小数点，造成了一折的优惠，并且已有客户下单并支付。,11,1.1 数据和数据管理,数据处理和数据管理

6、 数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。 数据管理是指数据的收集、组织、存储、检索和维护等操作,12,1.2 数据管理技术的发展,数据管理技术 人工管理阶段 50年代中期以前，计算机主要用于科学计算，没有磁盘，没有操作系统，数据由计算或处理它的程序自行携带，程序设计依赖于数据表示。一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。 特点: 程序之间不能共享数据； 程序复杂； 数据量小且无法长期保存； 人工重复输入数据数据不保存。,想象一下你在编写一个Matlab或SAS程序,其中用到的数据写在程序中或通过

7、命令在键盘上输入,13,14,2. 文件管理阶段,20世纪50年代后期至60年代后期,出现了磁鼓和磁盘等外存储器；有了操作系统和文件系统；程序通过数据文件访问数据。但是，数据文件是为某一特定的应用服务的，如果修改数据的逻辑结构就要修改相应的程序，反之亦然。程序设计仍然依赖于数据表示。 文件系统阶段的特点： 数据可以长期保存 由文件系统管理数据 数据冗余大，共享性差 数据独立性差,15,想象一下把你常用的数据写在一个文件中,然后在Matlab或SAS程序中读取这个文件,如果数据有改动也写入这个文件中.如果这个文件可以被多个程序读取,则也实现了一种数据共享的方法,16,17,1.2 数据管理技术的

8、发展,3数据库管理阶段 数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 特点： 数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制,问题:在Excel中做一张表,其中的数据是结构化的吗?,18,什么是数据库？,数据库（Database，简称DB） 数据的仓库 数据库是长期储存在计算机外存设备上的、有组织的、可共享的数据的集合。 是数据管理的技术和手段； 面向企业的综合应用业务，高度共享； 由数据库管理系统（DBMS）统一负责执行操作和管理,19,数据库应具备的特征/定义：,（1）数据库是相互关联的数据的集

9、合 数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。 如：学籍管理学生、课程两类数据。 （2）用综合的方法组织数据 顺序、索引、聚簇,20,数据库应具备的特征,（3）具有较小的数据冗余，可供多个用户共享 低冗余与数据共享：在数据库技术之前，数据文件都是独立的，任何数据文件都必须含有满足某一应用的全部数据。,例：人事部门有一个职工文件：,教育部门也有一个职工文件：,其中，“职工基本情况”重复存储，浪费空间。可共享存储类似这样的共同数据，以降低数据的冗余度。,21,数据库应具备的特征,（4）具有较高的数据独立性 数据独立性：

10、（包括物理独立性、逻辑独立性） 指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖，彼此独立的特性。可降低应用程序的开发代价和维护代价。,在数据库技术之前，数据文件的组织方式和应用程序是密切相关的。数据结构改变，相应的应用程序也必须随之修改=开发/维护代价,22,数据库应具备的特征,（5）具有安全控制机制，能够保证数据的安全、可靠 数据库要有一套安全机制，以便有效地防止数据库中的数据被非法使用/修改； 数据库还要有一套备份/恢复机制，以保证当数据遭到破坏时将数据立刻完全恢复，继续、可靠地运行。,23,数据库应具备的特征,（6）允许并发地使用数据库，能有效、及时地处理数据，并能保证数据的一致性和完整性 一

11、致性：数据库中的数据是共享的，并且允许多个用户同时使用相同的数据。这就要求数据库能够协议一致，保证各个用户之间对数据的操作不发生矛盾和冲突。 正确性、完整性：可通过建立一些约束条件保证数据库中的数据是正确的。 如：学生年龄20（2或100则错误）,24,图1-3 应用程序和数据库的关系,25,1.3 数据库和数据库系统,使用数据库技术设计的计算机系统称为数据库系统。 一个数据库系统由以下5部分构成。 计算机硬件 数据库 数据库管理系统 应用软件 数据库管理员,26,数据库系统的构成,数据库管理员 （DBA）,最终用户,应用程序员,27,数据库管理系统,DBMS对数据库实行集中统一控制,数据库,

12、数据库管理系统 （DBMS）,应用程序1,应用程序2,应用程序n,28,1.3 数据库和数据库系统,数据库的三级模式结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，公认的标准结构是三级模式结构: 外模式、概念模式和内模式 三级模式对应三级视图. 视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，是数据库在用户“眼中”的反映，不同层次(级别)用户所“看到的数据库是不相同的。,29,数据库的三级模式结构,1. 模式 整体逻辑结构（模式/概念模式/逻辑模式/全局模式） 定义全局视图的模式，简称模式。它由对全局视图中全体数据文件的逻辑结构描述以及

13、和存储视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的模式DDL定义。 逻辑结构的描述包括记录的型（组成记录的数据项名、类型、取值范围等），还有记录之间的联系，数据的完整性、安全保密要求等。 三级模式结构的中间层，不涉及物理存储细节和具体应用程序,30,数据库的三级模式结构,2. 外模式 局部逻辑结构（外模式/子模式/应用模式/用户模式/局部模式） 它由对用户数据文件的逻辑结构描述以及和全局视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的子模式DDL定义。 外模式是三级结构的最外层，是保护数据库安全性的一个有力措施,31,数据库的三级模式结构,3. 内模式 物理结构（内模式、存储模式、物理模式

14、） 定义存储视图的模式称内模式，又称物理模式。它由对存储视图中全体数据文件的存储结构的描述和对存储介质参数的描述组成，用DBMS提供的内模式DDL定义。 存储结构的描述包括记录值的存储方式（顺序存储、hash方法、B树结构等），索引的组织方式等,32,三级数据视图,数据抽象的三个级别又称为三级数据视图，是不同层次用户（人员）从不同角度所看到的数据组织形式。根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图分为三种： 对应于用户的外部视图 对应于应用程序员的概念视图 对应于系统程序员的内部视图 (1) 外部视图: 面向应用，是应用程序员开发应用程序时所使用的数据组织形式，是应用程序员所看到的数据的逻辑结构

15、，是用户数据视图，称为外部视图。 外部视图可有多个。这一层的最大特点是以各类用户的需求为出发点，构造满足其需求的最佳逻辑结构。,33,三级数据视图,(2) 全局视图: 面向全局应用，是全局数据的组织形式，是数据库管理人员所看到的全体数据的逻辑组织形式，称为全局视图，全局视图仅有一个。这一层的特点是对全局应用最佳的逻辑结构形式。 (3) 存储视图: 面向存储，是按照物理存储最优的策略所组织形式，是系统维护人员所看到的数据结构，称为存储视图。存储视图只有一个。这一层的特点是物理存储最佳的结构形式。,34,1.3 数据库和数据库系统,外模式 模式（概念模式或逻辑模式）内模式,35,三级模式结构的一个

16、具体实例,外模式,模式,内模式,36,三级模式的优点,逻辑独立性：当数据库的整体逻辑结构发生变化时，通过调整外模式和模式之间的映像，使得外模式中的局部数据及其结构（定义）不变，程序不用修改。 物理独立性：当数据库的存储结构发生变化时，通过调整模式和内模式之间的映像，使得整体模式不变，当然外模式及应用程序不用改变。,37,1.3 数据库和数据库系统,数据库系统的优点 数据共享 减少数据冗余 具有较高的数据独立性 增强了数据安全性和完整性保护,38,1.4 数据模型,现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段,现实世界,信息世界,机器世界,图1-5 数据处理的三个阶段,抽象,转换,39,1.4 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，反映数据本身的内容和数据之间的联系。数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息，是现实世界的模拟。 为了把现实世界中的具体事务抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，人们常常首先把现实世界抽象为信息世界，然后