第7章数据库系统

1、第7章 数据库系统目录u7.1 数据库系统的基本概念 u7.2 数据库管理系统 u7.3 数据库语言 u7.4 数据库技术的发展及特点 u7.5 数据库系统的应用 7.1 数据库系统的基本概念u数据库系统的定义数据库系统是一个由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、数据库应用程序以及用户5个部分组成的以数据管理和数据共享为特征的系统。 u下面分别介绍这5个部分的基本概念：（1）数据库。 u数据库（Data Base，缩写为DB）是统一管理的相关数据的集合。u这些数据以一定的结构存放在存储介质（一般为磁盘）中。u基本特点是：数据能够为各种用户共享、具有最小冗余度、数据对程序的独立性以及由数据库管

2、理系统统一管理和控制等。 （2）数据库管理系统。 u数据库管理系统（ Data Base ManageMent System，缩写为DBMS）是对数据库进行管理的软件，它是数据库系统的核心。u数据库管理系统位于用户与操作系统之间，为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的建立、更新、查询、统计、显示、打印以及各种数据控制。（3）数据库管理员。 u数据库管理员（Data Base Administrator，缩写为DBA）是对数据库进行规划、设计、协调、维护和管理的工作人员。u主要职责是：决定数据库的结构和信息内容、决定数据库的存储结构和存储策略、定义数据库的安全性要求和完整性约束条件以

3、及监控数据库的使用与运行。（4）数据库应用程序。 u数据库应用程序是使用数据库语言开发的、能够满足数据处理要求的应用程序。（5）用户。 u用户可以通过数据库管理系统直接操纵数据库，或者通过数据库应用程序来操纵数据库。下图为数据库系统的组成 数据库管理系统应用程序应用程序应用程序用户用户用户数据库数据库管理员7.1.2 数据管理技术的发展 u数据管理技术的发展经历了以下四个阶段：人工管理阶段文件系统阶段数据库阶段高级数据库阶段。 (1)人工管理阶段u在20世纪50年代中期以前，计算机的外部设备只有磁带机、卡片机和纸带穿孔机等，没有可以直接存取的磁盘设备。数据处理采取批处理方式，没有专门用于数据管

4、理的软件。计算机主要用于科学计算，所涉及的数据在相应的应用程序中进行管理，数据与程序之间不具有独立性。(2)文件系统阶段u在20世纪50年代后期至60年代后期，磁盘和磁鼓等外部存储设备的出现和操作系统中提供的文件管理功能，使得计算机在信息管理方面的应用得到了迅速的发展，数据管理技术也提高到一个新的水平。该阶段的主要特点是：数据独立与程序，可以重复使用；实现了文件的长期保存和按名存取。 (3)数据库阶段 u在20世纪70年代发展起来的数据库技术进一步克服了文件系统的缺陷，提供了对数据进行管理的更有效、更方便的功能。u该阶段的主要特点是：具有较高的逻辑数据独立性；提供了数据库的创建、模拟以及对数据

5、库的各种控制功能；用户界面友好，便于使用。(4)高级数据库阶段 u自20世纪80年代以来，以分布式数据库和面向对象数据库技术为代表，数据管理技术进入了高级数据库阶段。此后，根据数据管理应用领域的不断扩大，如知识库、多媒体数据库、工程数据库、统计数据库、模糊数据库、主动数据库、空间数据库、并行数据库以及数据仓库等新型数据库系统如雨后春笋般大量涌现，为数据管理和信息的共享与利用带来了极大的方便。该阶段的主要特点是：传统的数据库技术与通信技术、多媒体技术、并行处理技术以及人工智能技术等相结合，开拓大量数据库技术新的分支和应用领域。7.1.3 数据库系统的体系结构 u1外模式 u2概念模式 u3内模式

6、 u4外模式/概念模式映象 u5概念模式/内模式映象 三级模式结构 概念模式/内模式映象外模式/概念模式映象应 用程序A1应 用程序A2外模式A外模式B外模式C应 用程序B1应 用程序C1应 用程序C2概念模式概念模式数据库7.2 数据库管理系统u数据库管理系统的功能u数据库管理系统的类型u数据库管理系统的构成u数据库管理系统的举例数据库管理系统的基本功能 u实现对共享数据的有效组织、管理和存取。u它建立在操作系统的基础上，支持用户对数据库的各种操作。u用户可以逻辑地、抽象地处理数据，而不必涉及这些数据是如何存放的物理细节，即提供较高的数据独立性。u此外，数据库管理系统还负责维护数据库，保证数

7、据库的完整性和安全性。u（1）数据库定义功能。 u（2）数据操纵功能。 u（3）数据库事务管理功能。 u（4）数据库维护功能。 u（5）其它功能。为了扩大数据库的应用，数据库管理系统还应具有与其它类型数据库系统之间的格式转换以及网络通信等功能。 数据库管理系统的类型 u由于所采用的数据模型不同，数据库管理系统可划分为多种类型，如：层次数据库管理系统、网状数据库管理系统、关系数据库管理系统以及面向对象数据库管理系统等。u这几种数据库管理系统分别对应不同数据模型的数据库。 1层次数据库管理系统u层次数据模型是三种传统的逻辑数据模型 ,是出现最早的一种数据库管理系统的数据模型 u层次数据模型是按照层

8、次结构（即树型结构）来组织数据的u层次数据模型这种结构方式反映了现实世界中数据的层次关系 ,但还有很多不能用该模型 2网状数据库管理系统 u能够描述客观世界中实体的多对多（M:N）联系。 u通过指针来实现记录之间的联系，查询效率较高。u但由于编写网状数据库系统的应用程序比较复杂，因此自20世纪80年代起这些产品已被关系数据库系统所取代。3关系数据库管理系统 u使用二维表格的形式来表示数据库中的数据及其联系 u关系模型是在层次模型和网状模型之后发展起来的一种逻辑数据模型 u符合现实世界中人们的常用形式 u典型的关系型数据库系统有DB2、Oracle、Sybase、Informix 、Access

9、、Visual FoxPro、Delphi 4面向对象数据库管理系统 u是面向对象技术与数据库技术相结合的产物 u许多关系型数据库系统中已经具备了面向对象数据库系统的基本特性 7.2.3 数据库管理系统的构成 u数据库管理系统是一个庞大的软件系统，构造这种系统的方法是按其功能划分为多个程序模块，这些模块相互联系共同完成复杂的数据库管理功能。u以关系型数据库为例，数据库管理系统可以分为应用层、语言处理层、数据存取层和数据存储层等4个层次，如图7-3所示。 图7-3 关系数据库管理系统（RDBMS）的层次结构 操作系统数据库数据存储层数据存取层语言处理层应用层u（1）应用层。该层是数据库管理系统与

10、终端用户和应用程序的界面，负责处理各种数据库应用u（2）语言处理层。该层由DDL编译器、DML编译器、DCL编译器、查询器等组成，负责完成对数据库语言的各类语句进行词法分析、语法分析和语义分析，生成可执行的代码。u（3）数据存取层。该层将上层的集合操作转换为对记录的操作，包括扫描、排序、查找、插入、删除、修改等，完成数据的存取、路径的维护以及并发控制等任务。u（4）数据存储层。该层由文件管理器和缓冲区管理器组成，负责完成数据的页面存储和系统的缓冲区管理等任务，包括打开和关闭文件、读写页面、读写缓冲区、页面淘汰、内外存交换以及外存管理等。 7.2.4关系数据库举例:Access uMicroso

11、ft Access for Windows是Microsoft公司推出的面向办公自动化、功能强大的关系数据库管理系统。 uAccess 2000是一种关系型数据库管理系统（RDBMS）。 uAccess 2000关系数据库是数据库对象的集合。 u注意:在任何时刻，Access 2000 只能打开并运行一个数据库。 7.3 数据库语言u数据库语言是创建数据库及其应用程序的主要工具，是数据库系统的重要组成部分。u数据库语言可以分为：数据描述语言和数据操纵语言。u下面简单介绍这两种语言以及结构化查询语言SQL。 1.数据定义语言（DDL） u根据数据库类型的不同相应的数据描述语言也不同，但它们都应具

12、有以下一些基本功能： 定义和表示数据库的逻辑结构和物理结构，并给出其唯一的命名； 描述各类模式及它们之间的映象； 描述每一个基本数据项的基本特征； 描述安全控制方式和完整性约束条件； 定义数据结构和子结构之间的映象。 2.数据操纵语言 （DML） u数据操纵语言（DML）又称为数据处理语言，用来描述用户对数据库进行的各种操作，包括数据的录入、修改、删除、查询、统计、打印等。uDML可分为两种类型：一种是自含式的，即可由用户独立地通过交互方式进行对数据库数据的操作；另一种是嵌入式的，即不能独立地进行操作，必须嵌入到某一种宿主语言（如C 、PL/1等）中才能使用。 3.结构化查询语言SQL uSQ

13、L是结构化查询语言（Structured Query Language）的英文缩写，是一种基于关系代数和关系演算的数据库语言，最早是在System R系统上实现的。 u无论是哪一种数据库管理系统大多采用SQL作为共同的数据库存取语言和标准接口。 7.4 数据库技术的特点 u1数据库技术与其它学科内容相结合，是新一代数据库技术的一个显著特征，涌现出了各种新型的数据库。u2数据库技术应用到特定的领域中，出现了工程数据库、地理数据库、科学数据库、空间数据库等多种数据库，使数据库领域中新的技术内容层出不穷。 u（1）分布式数据库（2）并行数据库 u（1）分布式数据库 u（2）并行数据库 u（3）主动数

14、据库 u（4）多媒体数据库 u（1）工程数据库 u（2）统计数据库 u（3）空间数据库 数据库技术的发展趋势 u1面向对象数据库 u2Web数据库 (主要有CGI、SAPI、JDBC、RAD和ASP。)u3数据仓库、数据挖掘 7.5 数据库系统的应用 u当今信息化社会中的关键技术是信息技术（Information Technology，简记IT），而信息系统在信息技术中占有重要的地位，它是数据库技术最直接的应用领域。u本节将介绍信息系统的基本概念以及一些常用的信息系统，包括：事务处理系统、管理信息系统、决策支持系统以及数据挖掘系统等。7.5.1 信息与信息系统 u在信息系统中，信息通常是指经过

15、加工而成为有一定意义和价值且具有特定形式的数据 u信息具有以下一些特征 :时间性 事实性 明了性 完整性 多样性 信息系统的定义 u信息系统（Information System，简记为IS）是一个由人员、活动、数据、网络和技术等要素组成的集成系统，其目的是对组织的业务数据进行采集、存储、处理和交换，以支持和改善组织的日常业务运作，满足管理人员解决问题和制定决策对信息的各种需求。由于现代的信息系统都是利用计算机系统来实现的，因此所谓信息系统一般都是指计算机信息系统。 信息系统的分类 结构化决策非结构化决策基层管理人员高级管理人员战略规划（DSS）管理规划（MIS）操作规划（EDP、TPS）几种

16、常见的信息系统 u1. 事务处理系统 事务处理系统是指利用计算机对工商业、社会服务性行业等中的具体业务进行处理的信息系统。 例如，工商业中的销售、库存、人事、财会等业务的处理系统，社会服务中的银行、保险以及医院、旅馆、饭店、邮局等的业务处理系统，均属于这类系统。基于计算机的事务处理系统又称为电子数据处理系统 按不同的分类方法事务处理系统有以下不同的类型 :u（1）按处理作业的方式不同，可分为批处理系统和实时处理系统。u（2）按联机方式不同，可分为联机集中式系统和联机分布式系统。u（3）按系统的组织和数据存储方式不同，可分为使用文件的系统和使用数据库的系统。u（4）按面向管理工作的层次不同，可分为高层、中层和操作层事务处理系统等。 2管理信息系统 u管理信息系统是对一个组织机构进行全面管理的以计算机为基础的集成化的人机系统，具有分析、计划、预测、控制和决策功能。 3决策