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1、第1章 数据库系统概述数据库原理及应用教程（基于Linux的MySQL和NoSQL应用）CONTENTS数据与数据管理技术1数据库系统的特点及组成2数据库系统结构3小结4数据与数据管理技术11.1.1 数据库的基本概念数据数据是描述事物的符号记录，也是数据库中存储、用户操纵的基本对象。数据不仅是数值，而且可以是文字、图形、动画、声音、视频等。数据数据是信息的符号表示。这些符号被赋予了特定的语义，具体描述了一条信息，具有了传递信息的功能。1.数据与信息数据与信息数据有如下特性：数据有如下特性：（1）数据是有“型”和“值”之分。型是指数据的结构，值是指数据的具体取值。结构化数据1.1.1 数据库的
2、基本概念数据有如下特性：（2）数据有定性表示和定量表示之分。（3）数据受数据类型和取值范围的约束。（4）数据具有载体和多种表现形式。1.数据与信息数据与信息信息信息是有一定含义的，经过加工处理的，对决策有价值的数据数据。农民在实际的生产过程中，各环节可从“天时、地利、人和”三方面理解数据收集。“天时”：实时的气象数据，降水、温度、风力、湿度等；“地利”：动静态的土壤数据，如土壤水分、土壤温度，作物品种信息等；“人和”：从人力资源给出信息，农资产品使用、农产品加工和流通渠道等。1.1.1 数据库的基本概念信息和数据信息和数据既有联系，又有区别。关系可以归纳为：1.数据与信息数据与信息数据是信息的
3、载体，信息是数据的内涵。即数据是信息的符号表示，而信息通过数据描述，又是数据语义的解释。数据处理数据处理，又称为信息处理，是指对各种形式的数据进行收集、存储、传播和加工直至产生新信息输出的全过程。数据处理目的数据处理目的一般有两个：从大量已知的表示某些信息的原始数据出发，抽取、导出对人们有价值的、新的信息借助计算机科学地保存和管理大量复杂的数据，以方便而充分地利用这些宝贵的信息资源1.1.1 数据库的基本概念1.数据与信息数据与信息为了统计每个班的男生和女生的人数，首先要获取所有学生的基本数据，如图左表所示，通过数据处理，产生右表所示的汇总信息，从中可以看到，1701和1703两个班的男生人数
4、均为两人，女生人数均为一人。1.1.1 数据库的基本概念数据管理数据管理是数据处理的中心问题，是指数据的收集、整理、组织、存储、查询、维护和传送等各种操作，也是数据处理的基本环节，是数据处理必有的共性部分。1.数据与信息数据与信息数据处理和数据管理是相互联系的，数据管理中各种操作都是数据处理业务必不可少的基本环节，数据管理技术的好坏，直接影响到数据处理的效率。数据技术所研究的问题是如何科学组织和存储数据，如何高效地处理数据以获取其内在信息。数据库技术数据库技术正是针对这一目标逐渐完善起来的一门计算机软件技术。1.1.1 数据库的基本概念数据库数据库(DataBase(DataBase，DB)D
5、B)是按照一定结构组织并长期存储在计算机内的、可共享的大量数据的集合。具有以下三个特点：2.数据库数据库关于数据库的概念，请注意以下5点：永久存永久存储有有组织可共享可共享1.数据库中的数据是按照一定的结构数据模型来进行组织的2.数据库的存储介质通常是硬盘，其他介质：光盘、U盘等，可大量、长期存储及高效使用3.数据库中的数据能为众多用户所共享4.数据库是一个有机的数据集成体，它由多种应用的数据集成而来，故具有较少的冗余、较高的数据独立性（即数据与程序间的互不依赖性）5.数据库由用户数据库和系统数据库（即数据字典，对数据库结构的描述）两大部分组成。1.1.1 数据库的基本概念数据库管理系统数据库
6、管理系统(Database Management System，DBMS)是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，是数据库和用户之间的一个接口。主要作用主要作用：在数据库建立、运行和维护时对数据库进行统一的管理控制和提供数据服务。3.数据库管理系统数据库管理系统从操作系从操作系统统角度角度从数据从数据库库角度角度从用从用户户角度角度从产业产业角度DBMS是使用者，建立在操作系统的基础之上，需要操作系统提供底层服务，如创建进程、读写磁盘文件、CPU和内存管理等DBMS是管理者，是数据库系统的核心，是为数据库的建立、使用和维护而配置的系统软件，负责对数据库进行统一的管理和控制。DBMS是工具或
7、桥梁，是位于操作系统与用户之间的一层数据管理软件。用户发出的或应用程序中的各种操作数据库的命令，都要通过它来执行。产业化的DBMS称为数据库产品，常用的数据库产品有Oracle、MySQL、SQL Server、DB2、PostgreSQL、FoxPro、Access等。1.1.1 数据库的基本概念DBMSDBMS主要功能主要功能包括以下几个方面：3.数据库管理系统数据库管理系统数据定数据定义义功能功能数据操数据操纵纵功能功能数据数据库库的运行管理的运行管理数据数据库库的建立和的建立和维护维护功能功能提供数据定义语言(Data Definition Language，简称DDL)可方便地对数据
8、库中的数据对象进行定义，如数据库表结构的定义。提供数据操纵语言(Data Manipulation Language，简称DML)可用DML操纵以数据以实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。数据库的建立数据库的建立是指对数据库各种数据的组织、存储、输入、转换等。数据库的维护数据库的维护是指通过对数据的并发控制、完整性控制和安全性保护等策略，以保证数据的安全性和完整性，并且在系统发生故障后能及时恢复到正确的状态。1.1.1 数据库的基本概念数据库系统数据库系统(DataBa
9、se System，DBS)是指计算机引入数据库后的系统，它能够有组织地、动态地存储大量的数据，提供数据处理和数据共享机制。4.数据库系统数据库系统计算机系算机系统（硬件、（硬件、软件平台、人）件平台、人）DBMSDBDBMS在操作系统(Operating System,OS)的支持下，对数据库进行管理与维护，并提供用户对数据库的操作接口。一般在不引起混淆的情况下，常常把数据库系统直接简称为数据库。DBS图 DB、DBMS、DBS之间的关系1.1.1 数据库的基本概念信息系统信息系统(lnformation System，IS)是由计算机硬件、网络和通信设备、计算机软件、信息资源、信息用户等组
10、成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。5 5个基本功能：个基本功能：包含与组成：包含与组成：分类：分类：5.信息系统信息系统输入入存存储处理理无论是哪种类型的系统都需要基础数据库及其数据管理的支持，故数据库系统是信息系统的重要基石。输出出控制控制控制与自控制与自动化系化系统辅助决策系助决策系统数据数据库（含知（含知识库）系）系统与外界交与外界交换信信息的接口等息的接口等数据数据处理理系系统管理信息管理信息系系统决策支持决策支持系系统虚虚拟现实系系统专家或智能家或智能系系统等等1.1.2 数据管理技术的发展人工管理人工管理文件系统管理文件系统管理数据库系统管理数据库系统管理高级数据库系统高级数
11、据库系统数据管理技术经历了人工管理、文件系统管理、数据库系统管理阶段，随着新技术的发展，其研数据管理技术经历了人工管理、文件系统管理、数据库系统管理阶段，随着新技术的发展，其研究与应用已迈向高级数据库系统阶段。究与应用已迈向高级数据库系统阶段。1.1.2 数据管理技术的发展人工管理阶段是计算机数据管理的初级阶段。人工管理阶段的主要问题如下：1.人工管理人工管理数据不能数据不能长期保存期保存数据不能共享，冗余度极大数据不能共享，冗余度极大数据独立性差数据独立性差图 人工管理阶段程序与数据间关系1.1.2 数据管理技术的发展到了20世纪50年代末，计算机不仅用于科学计算，而且大量用于数据管理，同时
12、磁盘、磁鼓等大容量直接存储设备的出现，可以用来存放大量数据。操作系统中的文件系统就是专门用来管理所存储数据的软件模块。特点：2.文件系统管理文件系统管理逻辑独立性差独立性差数据冗余度数据冗余度较大大文件文件应用用编程复程复杂图 文件系统中程序与数据间关系数据可以数据可以长期保存期保存对文件文件进行行统一管理，一管理，实现了了按名存取，文件系按名存取，文件系统实现了一了一定程度的数据共享定程度的数据共享文件的文件的逻辑结构与物理构与物理结构分构分开开主要问题：1.1.2 数据管理技术的发展数据库系统数据库系统对数据的管理方式与文件系统不同，它把所有应用程序中使用的数据汇集起来，按照一定结构组织集
13、成，在DBMS软件的统一监督和管理下使用，多个用户、多种应用可充分共享。数据库管理技术的出现为用户提供了更广泛的数据共享和更高的数据独立性，并为用户提供了方便的操作使用接口。3.数据库系统管理数据库系统管理图 数据库系统中程序与数据间关系1.1.2 数据管理技术的发展现在，数据库系统的管理技术高度发展，正在进入管理非结构化数据、海量数据、知识信息，面向物联网、云计算等新的应用与服务为主要特征的高级数据库系统阶段。数据库系统管理正向着综合、集成、智能一体化的数据库服务系统时代迈进。3.数据库系统管理数据库系统管理表 数据管理3个阶段的比较1.1.2 数据管理技术的发展3.数据库系统管理数据库系统
14、管理表 数据管理3个阶段的比较数据库系统的特点及组成21.2.1 数据库系统的特点与人工管理和文件系统相比，数据库系统的特点主要有以下4个方面3.数据库管理系统数据库管理系统1.数据数据结结构化构化2.数据的共享性高，冗余度低，易数据的共享性高，冗余度低，易扩扩充充物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据是相互独立的。逻辑独立性是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独立性是由DBMS的二级映射功能来保证的。3.数据独立性高数据独立性高4.数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制DBMS还必须提供以下几方面的数据控制功能：(1)数据的安全性(Securit
15、y)保护 (2)数据的完整性(Integrity)检查(3)并发(Concurrency)控制 (4)数据库恢复(Recovery)1.2.1 数据库系统的特点数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。它可以供各种用户共享，具有最小的冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。3.数据库管理系统数据库管理系统图 数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系1.2.2 数据库系统的组成数据库系统一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数
16、据库管理员和用户构成。1.硬件平台及数据库硬件平台及数据库(1)要有足够大的内存，存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序。(2)有足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库，有足够的磁带（或微机软盘）作数据备份。(3)要求系统有较高的通道能力，以提高数据传送率。DBMS支持支持DBMS运行运行的操作系的操作系统具有与数据具有与数据库接口的高接口的高级语言及其言及其编译系系统整个数据库系统对硬件资源提出了较高的要求：2.软件软件数据库系统的软件主要包括：以以DBMS为核心核心的的应用开用开发工具工具为特定特定应用用环境开境开发的数据的数据库应用系用系统1.2.2 数据库系统的组成(1)数据库管理员(DataBase Administrator，DBA)数据库管理员是全面负责管理和控制数据库系统的一个或一组人员。具体职责包括：3.人员人员决定数据决定数据库中的中的信息内容和信息内容和结构构决定数据决定数据库的存的存储结构和存取策略构和存取策略定定义数据的安全性要求和数据的安全性要求和完整性完整性约束条件束条件监控数据控数据库的使用和运行的使用和运行数据数据库的改的改进和重和重组重
