1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数据库,数据库基础知识,2,1.1,数据库技术的产生与发展,1.2,数据库的基本概念,1.3,数据模型,1.4,数据库体系结构,1.5,数据库的重要性及发展趋势,3,1.1,数据库技术的产生与发展,数据处理,：,对数据进行收集、储存、加工和传播。,其目的有二：,从大量原始数据中推导出有价值信息,利用计算机科学地管理这些数据,数据管理,：,对数据进行分类、组织、编码储存、检索和维护。,数据管理是数据处理的中心问题。主要围绕提高数据独立性、降低数据的冗余度、提高数据共享性、提高数据的安全性和完整性等方面来进行改进，使使用者能有效地管理和使用数据资源,数据管理技术经历,：人工管理、文件系统、数据库系统和高级数据库阶段,4,1.1.1,人工管理阶段,1,背景,时间：,20世纪,50,年代中期以前，计算机用于科学计算,硬件：磁带、纸带，无磁盘,软件：无操作系统和管理软件,2,特点,数据不保存在计算机内。,没有专用的软件对数据进行管理。,只有程序（,program,）的概念，没有文件（,file,）的概念。数据
2、的组织方式必须由程序员自行设计与安排。,数据面向程序。即一组数据对应一个程序,，,数据冗余大且不共享,。,5,访问,数据,1,程序,1,访问,数据,2,程序,2,访问,数据,n,程序,n,应用程序与数据之间的对应关系,6,？,1.1.2,文件系统阶段,1,背景,时间：,20世纪,50,年代后期到,60,年代中期，计算机用于科学计算和数据处理,硬件：有了磁盘、磁鼓,软件：有了操作系统和专门的数据管理软件,(,文件系统,),2,特点,数据以文件形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。,数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单。,文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件等。,数据面向应用。即数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用。,对数据的操作以记录为单位。,7,应用程序,1,文件,1,.,.,.,文件,2,应用程序,2,.,.,.,应用程序,n,文件,n,文件,系统,应用程序与数据之间的对应关系,8,数据冗余度大,由于文件和程序基本上是一一对应的，且文件由不同的程序人员在不同的时间产生，就会存在不同的文件格式。当不同的程序需要相同的数据时，也必须建立各自的文件而不能共享相同的
3、数据，数据冗余大。,数据的独立性差,文件是为某一特定应用服务的，若增加新的应用，改变了数据的逻辑结构就必须修改应用程序，修改文件结构的定义。因此数据与程序之间仍缺乏独立性。文件系统仍是一个不具有弹性的无结构的数据集合。,完整性,文件系统的完整性控制是在程序中进行的，若增加一个约束条件就必须修改应用程序；若约束条件与多个文件中的多项数据有关，则在应用程序中很难体现。,文件系统存在的问题,9,一致性,由于数据冗余大，分散在多个文件中，很难保证数据之间的一致性。,并发控制,若多个用户同时执行同一个程序，会造成写回文件中的数据不正确的情况。例如：两个用户同时到银行对同一个帐户,A,进行取款操作（各自取￥,30,，￥,40,），设,A,的初始值为,100,，由于没有进行并发控制，先完成操作的用户对数据修改可能会被后一个修改所覆盖，最后存入文件中的值可能为￥,70,或￥,60,，结果不正确。,文件系统存在的问题,10,1.1.3,数据库系统阶段,1,背景,时间：,60,年代后期,硬件：大容量磁盘，硬件价格下降,软件：软件价格上升，为编制和维护系统软件及应用,程序所需成本增加,2,特点,数据库系统向
4、用户提供高级接口。,查询的处理和优化。,并发控制。,数据的完整性约束。,11,DBMS,应用程序,1,应用程序,2,数据库,应用程序与数据的对应关系,(,数据库系统,),12,1.1.4,高级数据库阶段,1,背景,时间：,20,世纪,80,年代末开始,硬件：硬件技术飞速发展，互联网的发展,软件：产生了许多新的应用领域,2,特点,应用的多元化,演绎数据库、面向对象数据库、分布式数据库、工程数据库、时态数据库、模糊数据库。,13,1.2,数据库的基本概念,1.,数据,(Data):,描述事物的符号记录,数据是数据库中存储的基本对象,描述事物的符号可以是数字、文字、图形、图像、声音、语言等。,包括,数据的表现形式,和,数据的解释,两个部分。,（李明，男，,21,，,1980,，江苏，管理系，,2000,）,表现形式：,文字、数字,数据解释：,李明是个大学生，,1980,年出生，男，江苏人，,2000,年考入管理系,14,1,信息,信息是现实世界在人脑中的抽象反映，是通过人的感官感知出来并经过人脑的加工而形成的反映现实世界中事物的概念。,信息有许多重要的特征：,(1),信息来源于物质和能量；,
5、(2),信息是可以感知的；,(3),信息是可以存储的；,(4),信息是可以加工、传递和再生的。,15,信息与数据,数据与信息在概念上是有区别的，数据是信息的具体表现形式，信息是数据有意义的表现。,不是所有数据都能成为信息，只有抽取加工之后，具有新的事实知识的数据才能成为信息。,数据经过加工处理之后成为信息，仍然以数据形式表现，此时数据是信息的载体。,事物、信息和数据自始至终贯穿于现实世界、信息世界和计算机世界。数据库技术所研究的问题就是如何科学地组织、存储和管理数据，如何高效地获取和处理数据。,16,2,数据库（,Database,，,DB,）,17,数据库：顾名思义，是存放数据的仓库。,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,(Database,简称,DB),是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。,3,数据库系统,数据库系统主要由数据库管理系统（,Database Management System,，,DBMS,）、数据库应用程序、数据库以及数据库管理员（,Database Admin
6、ister,，,DBA,）组成。,在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。,18,数据库系统,(,续,),数据库系统构成图示,用户,用户,用户,应用系统,应用,开发系统,数据库管理系统,操作系统,数据库,数据库管理员,20,4,数据库管理系统,什么是,DBMS,数据库管理系统（,Database Management System,）是位于用户与操作系统之间的一层,数据管理软件,。,DBMS,的用途,科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,DBMS,的主要功能,数据定义功能,数据操纵功能,数据库的运行管理,数据库的建立和维护功能,1.3,数据模型,21,在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲,数据模型就是现实世界的模拟,。,数据模型是数据库系统的核心和基础。,1.4,数据库体系结构,数据独立性,应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响,数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别。,物理独立性,是指数据的物理结构变化不影响数据的逻辑结构，即用户和用户程序不依赖于数据库的物理结构。,逻辑独立性,是指当数据库重构造时，如
7、增加新的关系或对原有关系增加新的字段等，用户和用户程序不会受影响。,22,虽然实际的数据库系统软件产品种类繁多，它们支持不同的数据模型，使用不同的数据库语言，建立在不同的操作系统之上，数据的存储结构各不相同，但从数据库管理系统的角度看，它们在体系结构上通常都具有,三级模式的特征,（微机上的个别小型数据库系统除外），,并提供两级映象功能,。,在数据库系统中，用户看到的数据和计算机中存放的数据是两回事，它们之间通过两次映象变换相互联系起来。,1.4.2,数据库系统的三级模式结构,数据库三级模式,数据模式分为三种：,（,1,）内模式（,internal schema,）：数据库最内的一层。它是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。,（,2,）概念模式（,conceptional schema,）：数据库的逻辑表示，包括每个数据的逻辑定义以及数据间的逻辑联系,（,3,）外模式（,external schema,）：用户所使用的数据库，是一个或几个特定用户所使用的数据集合（外部模型），是用户与数据库系统的接口，是概念模型的逻辑子集。,一个
8、数据库中只有一个内模式和一个模式，但可有多个外模式。,24,数据库三级模式结构和二级功能映射,25,数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中。,模式提供了一种约束其他两级的相对稳定的中间观点，它使得两级中的任何一级改变都不受另一级的牵制。模式位于数据库系统模式结构的中间层，不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用无关。,数据库的外模式是面向应用程序的，它定义在模式之上，独立于内模式和存储设备。,模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构，通常它是模式的子集。,一方面，对模式中的同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可不同。另一方面，同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据对他们来说是不可见的。,由此可见，数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给了数据库管理系统去管理，使用户能逻辑的、抽象的处理数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。,为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，
9、数据库系统在这三级模式之间提供了外模式,/,模式映象和模式,/,内模式映象两级映象。,1,外模式,/,模式映象,外模式,/,模式映象定义了各外模式和模式之间的对应关系。这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。,当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式,/,模式映象作相应的改变，而外模式仍然保持不变，从而应用程序不必修改，保证了数据的,逻辑独立性,。,2,模式,/,内模式映象,模式,/,内模式现象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。模式,/,内模式映象是惟一的，该映象定义通常包含在模式描述中。,当数据库的存储结构发生改变时，由数据库管理员对模式,/,内模式映象作相应的改变，而使模式保持不变，从而保证了数据的,物理独立性,。,数据库的重要性,数据库几乎无处不在,银行,:,各种事务,航空公司,:,定票和购票,航班安排,大学,:,注册和学籍管理,学生成绩,图书馆信息管理系统,网上书店管理系统,医院信息管理系统,人事管理信息系统,网上订餐管理系统,城市公交查询系统,超市管理系统,数据库技术是信息化社会的支撑技术。,31,数据库的发展趋势,（,1,）“四高”,:DBMS,应具有高可靠性、高性能、高可伸缩性和高安全性。,（,2,）“互联”,:,按应支持互联网环境下的应用，支持信息系统间“互联互访”，实现不同数据库间的数据交换和共享，支持无线通讯发展带来的革命性的变化。,（,3,）“协同”,:,面向行业应用领域要求，协同发展数据库套件与应用构件。,32,小结,数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库和高级数据库技术四个阶段。,数据库系统是在文件系统的基础上发展而成的，同时又克服了文件系统的三个缺陷：数据的冗余、不一致性和联系性差。,数据模型是对现实世界进行抽象的工具，用于描述现实世界的数据、数据联系、数据语义和数据约束等方面内容。,数据库是存储在一起集中管理的相关数据的集合。数据库的体系结构是对数据的三个抽象级别。它把数据的具体组织留给,DBMS,去做，用户只需抽象地处理逻辑数据，而不必关心数据在计算机中的存储，减轻了用户使用系统的负担。由于三级结构之间往往差别很大，存在着两级映射，因此使,DBS,具有较高的数据独立性：物理数据独立性和逻辑数据独立性。,数据库技术对社会的正常运作起着很重要的作用，因此学习数据库知识是必要而且迫切的。,33,
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