《数据库系统概论》5版王珊1.ppt

数据库系统概论 An Introduction to Database System,中国人民大学信息学院,School of Information, Renmin University of China 2014,教材及参考书（1）, 教材 王珊,萨师煊.数据库系统概论（第5版） .北京:高等教育出版社，2014.9 A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University,教材及参考书（2）, 参考书 C.J. Date, An Introduction to Database System (Ed.8), Addison-Wesley,2003  上机软件 KingBase ES 系统可以从北京人大金仓信息技术股份有限公司的网站,学习方式, 听课 （启发式、讨论式）  读书 （预习、复习）  报告 （综合练习）,考试成绩,平时成绩 （书面作业、上机练习、综合练习） 期中考试 期末考试,内容安排（1）, 基础篇 第1章 绪论 第2章 关系数据库 第3章 关系数据库标准语言SQL 第4章 数据库安全性 第5章 数据库完整性  设计与应用开发篇 第6章 关系数据理论 第7章 数据库设计 第8章 数据库编程,内容安排（2）, 系统篇 第9章 关系查询处理和查询优化 第10章 数据库恢复技术 第11章 并发控制 * 第12章 数据库管理系统 第1至第11章是本科专业的基本教程 （书中有*号的部分除外） 第12至第16章是新技术篇（本科生、研究生选读）,数据库系统概论 第一章 绪论,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统的结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 小结,数据库的地位,数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的有效技术，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 数据库已经成为每个人生活中不可缺少的部分1.1 数据库系统概述,1.1.1 数据库的4个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点,1.1.1 数据库的4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）,1. 数据,数据（Data）是数据库中存储的基本对象 数据的定义 描述事物的符号记录 数据的种类 数字、文字、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录等,数据举例,数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的 例如 93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 语义3：计算机系2013级学生人数 语义4：请同学给出……,数据举例,学生档案中的学生记录 （李明，男，199505，江苏南京市，计算机系，2013） 语义：学生姓名、性别、出生年月、出生地、所在院系、入学时间 解释：李明是个大学生，1995年5月出生，江苏南京市人， 2013年考入计算机系,2. 数据库,数据库的定义 数据库（Database，简称DB）是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。

数据库的基本特征 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,3. 数据库管理系统,什么是数据库管理系统 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 数据库管理系统的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,,,,,,硬件平台,基础软件平台,软件基础构架平台,应用软件平台,,软件产品,协同软件 办公软件,数据库系统 操作系统,中间件 应用服务器,数据库在计算机系统中的位置,数据库管理系统的主要功能,数据定义功能 提供数据定义语言（DDL） 定义数据库中的数据对象 数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率,数据库管理系统的主要功能,数据操纵功能 提供数据操纵语言（DML） 实现对数据库的基本操作 （查询、插入、删除和修改） 数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由数据库管理系统统一管理和控制 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复,数据库管理系统的主要功能,数据库的建立和维护功能 数据库初始数据的装载和转换 数据库转储、恢复功能 数据库的重组织 性能监视、分析等 其它功能 数据库管理系统与网络中其它软件系统的通信 数据库管理系统系统之间的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作,4.数据库系统,数据库系统（Database System，简称DBS） 数据库系统的构成 数据库 数据库管理系统（及其应用开发工具） 应用程序 数据库管理员,数据库,应用系统,应用开发工具,操作系统,数据库管理系统,,,,,,,,,数据库管理员,用户,用户,用户,数据库系统,…,,,1.1 数据库系统概述,1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点,数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护 数据处理的中心问题 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段（20世纪50年代中之前） 文件系统阶段（20世纪50年代末--60年代中） 数据库系统阶段（20世纪60年代末--现在）,数据管理技术的产生和发展（续）,数据管理技术的发展动力 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展,1. 人工管理阶段,时期 20世纪50年代中之前 产生的背景 应用背景 科学计算 硬件背景 无直接存取存储设备 软件背景 没有操作系统 处理方式 批处理,人工管理阶段（续）,特点 数据的管理者：用户（程序员），数据不保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制,应用程序与数据的对应关系（人工管理阶段）,,人工管理阶段 应用程序与数据之间的对应关系,2. 文件系统阶段,时期 20世纪50年代末--60年代中 产生的背景 应用背景 科学计算、数据管理 硬件背景 磁盘、磁鼓 软件背景 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理,文件系统阶段（续）,特点 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的结构化：记录内有结构，整体无结构 数据的独立性：独立性差 数据控制能力：应用程序自己控制,应用程序与数据的对应关系（文件系统阶段）,文件系统阶段 应用程序与数据之间的对应关系,3. 数据库系统阶段,时期 20世纪60年代末以来 产生的背景 应用背景 大规模数据管理 硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理 文件系统到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃,1.1 数据库系统概述,1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点,一个例子,学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、专业和奖励 用文件系统实现学籍管理 数据存储 定长记录 存储在“学生基本信息”文件中 变长记录 存放在另一个”奖励”文件 “学生基本信息”表中的位置和长度描述“奖励”文件中记录的开始位置和长度 查询数据 编写应用程序，实现数据的录入和查找 缺点：程序员必须关注记录结构和不同文件中记录之间的联系，工作量大，编程复杂，开发速度慢,一个例子（续）,“奖励”文件的结构和内容,“学生基本信息”文件的结构和内容,一个例子（续）,数据库系统管理 存储数据 建立两张表: STUDENT表-存放学生的基本信息， AWARD表-存放学生的奖励情况 使用两条插入命令 完成学生基本信息和奖励情况的数据录入功能 查询功能 可以用一条查询语句实现,1.1.3 数据库系统的特点,数据结构化 数据的共享性高，冗余度低且易扩充 数据独立性高 数据由数据库管理系统统一管理和控制,数据结构化,数据的整体结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系 数据记录可以变长 数据的最小存取单位是数据项 数据的用数据模型描述，无需应用程序定义,数据的共享性高，冗余度低且易扩充,数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。

数据共享的好处 减少数据冗余，节约存储空间 避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充,数据独立性高,物理独立性 指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储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 逻辑独立性 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的逻辑结构改变了，应用程序不用改变 数据独立性由数据库管理系统的二级映像功能来保证数据由数据管理系统统一管理和控制,数据库管理系统提供的数据控制功能 （1）数据的安全性（Security）保护 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 保证数据的正确性、有效性和相容性 （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应用程序与数据的对应关系（数据库系统阶段）,数据库系统阶段 应用程序与数据之间的对应关系,数据库概念小结,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 可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。

数据库管理系统在数据库建立、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，在发生故障后对数据库进行恢复第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统的结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 小结,1.2 数据模型,数据模型是对现实世界数据特征的抽象 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 数据模型是数据库系统的核心和基础,1.2 数据模型,1.2.1 两类数据模型 1.2.2 概念模型 1.2.3 数据模型的组成要素 1.2.4 常用的数据模型 1.2.5 层次模型 1.2.6 网状模型 1.2.7 关系模型,1.2.1 两类数据模型,数据模型分为两类（两个不同的层次） （1） 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计 （2） 逻辑模型和物理模型 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。

物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法两类数据模型（续）,客观对象的抽象过程---两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 将现实世界抽象为信息世界 把概念模型转换为某一数据库管理系统支持的数据模型 将信息世界转换为机器世界,两类数据模型（续）,数据库管理系统支持的数据模型,概念模型,,认识 抽象,信息世界,机器世界,现实世界中客观对象的抽象过程,现实世界,,,,1.2 数据模型,1.2.1 两大类数据模型 1.2.2 概念模型 1.2.3 数据模型的组成要素 1.2.4 最常用的数据模型 1.2.5 层次模型 1.2.6 网状模型 1.2.7 关系模型,1.2.2 概念模型,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的。