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文档简介
AnIntroductiontoDatabaseSystems数据库系统原理
AnIntroductiontoDatabaseSystems数据库系统原理第一章数据库引论
本章要点:本章重点介绍数据库基本术语,数据库技术的发展过程及其主要特点;数据库系统的三级模式结构;目前常用的关系数据库管理系统以及数据库应用领域的新技术。本章任务:了解数据库技术的产生和发展掌握数据库系统的基本术语掌握数据库系统的体系结构了解常用的数据库管理系统产品及数据库应用领域的新技术AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2数据库的基本概念1.3数据库体系结构1.4
常用的关系型数据库管理系统简介1.5小结AnIntroductiontoDatabaseSystems1.地位数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一,也是应用最广的技术之一。已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。2.数据库系统阶段的发展发展:70年代:层次(IMS)、网状(DBTG)数据库80年代:关系数据库90年的:新型数据库3.和各个领域融合管理信息系统(MIS)、办公自动化(OA)、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)。计算机集成制造系统(CIMS)、地理信息系统(GIS)知识库系统4.数据库技术数据库技术是把人们所关心的各种类型的数据输入到计算机中,经过加工、处理和累积,使这些数据变成有用的信息。因此,如何管理和充分地利用这些数据,如何有效地描述和处理这些数据,便成为计算机研究领域的一个十分重要的课题。AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2数据库的基本概念1.3数据库体系结构1.4
常用的关系型数据库管理系统简介1.5小结AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.1数据、信息及其管理
数据(Data)与信息数据处理与数据管理数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)AnIntroductiontoDatabaseSystems一、数据与信息数据(Data)是指能够被输入到计算机存储和处理的各种数字、文字、表格、图形、图像、声音等,这些数据具有不同的类型。信息:信息实际上是指经过处理后的数据,是加工了的数据。二、数据处理与数据管理数据处理是指对各种形式的数据进行操作的一系列活动的总和。目的:了对大量的原始数据进行加工处理,从而得到我们所需要的有价值的数据,以作为行动和决策的依据。中心问题:数据处理的中心问题是数据管理
数据管理指的是对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护。三、Data、DBMS、DBS数据库是一种内部联系密切、冗余度小、结构性强、独立性高、并可供有关用户共享的数据集合。数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,简称DBMS)实际上是一个用来管理数据库的大型软件。数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成,一般是由相关的数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用程序、数据库管理人员及用户组成。
AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.2数据管理技术的发展数据管理技术的发展过程人工管理阶段(20世纪40年代中--50年代中)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)AnIntroductiontoDatabaseSystems一、人工管理阶段时期20世纪40年代中--50年代中产生的背景应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理 主要是指50年代中期以前的这段时间,此时的计算机还很简陋,连完整的操作系统都没有。因此,数据只能放在卡片上或其他介质上,由人来手工管理。
AnIntroductiontoDatabaseSystems二、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需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理
主要是指50年代后期到60年代中期的这段时间,此时的计算机已经有了操作系统。在操作系统基础之上建立的文件系统已经成熟并广泛应用。因此,人们自然想到用文件把大量的数据存储在磁盘这种介质上,以实现对数据的永久保存和自动管理以及维护;
AnIntroductiontoDatabaseSystems三、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 主要是指60年代后期以后,由于数据库管理系统的诞生,通过数据库管理系统管理大量的数据,不仅解决了数据的永久保存,而且真正实现了数据的方便查询和一致性维护问题,并且能严格保证数据的安全。大型系统有"全国民航售票系统"、"银行前台业务处理系统"、"各种服务行业的客户管理系统"等。
数据库系统根据其特点,可分为三代
总之,从初期的层次、网状、关系数据库发展到中期的分布式数据库、图形图象、声音及人工智能数据库,直到近期的知识库、素材库、专家库、多媒体数据库等。形成了比较复杂的数据结构,使得数据在物理上和逻辑上都有了独立性,数据和应用程序都有了很大的可扩展性。数据能面向所有对于它的应用,有效地实现了数据共享和解决了数据冗余问题。AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.3数据库系统的特点数据结构化强数据的共享性高,冗余度低数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制AnIntroductiontoDatabaseSystems一、数据结构化整体数据的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库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据模型描述,无需程序定义和解释数据可以变长数据的最小存取单位是数据项AnIntroductiontoDatabaseSystems二、数据的共享性高,冗余度低数据库系统从整体角度看待和描述数据,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AnIntroductiontoDatabaseSystems三、数据独立性高物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。物理数据独立性是指修改数据库的物理模式而不必重写应用程序的能力。这是因为,为了提高系统的性能,偶尔会在数据库的物理层做一些修改;
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,用户程序也可以不变。逻辑数据独立性是指修改数据库的逻辑模式而不必重写应用程序的能力。
数据和程序之间的独立性,使得人们可以把数据的定义和描述从应用程序中分离出去。此外,数据的存取又有DBMS管理,用户不必考虑存取路径等细节,从而简化了应用程序的编制,大大减少了应用程序的维护和修改。数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的。AnIntroductiontoDatabaseSystems四、数据由DBMS统一管理和控制DBMS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)检查将数据控制在有效的范围内,或保证数据之间满足一定的关系。(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。综上所述,我们可以说数据库是个通用化的综合性的数据集合,它可以供各种用户共享,且具有最小的冗余度和较高的数据与程序的独立性。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制和有效管理,以保证数据的完整性、安全性,并可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。1.2.4数据库技术研究领域(1)数据库管理系统软件的研究DBMS的研究包括研制DBMS本身以及DBMS为核心的一组相互联系的软件系统。包括工具软件和中间件(2)数据库设计的研究数据库设计的主要任务是在DBMS的支持下,按照应用的要求,为某一部门组织设计一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。(3)数据库理论的研究数据库理论的研究主要集中于关系的规范化理论、关系数据理论等。AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2数据库的基本概念1.3数据库体系结构1.4
常用的关系型数据库管理系统简介1.5小结1.3.1数据库管理系统外部的体系结构从数据库最终用户角度看(即数据库管理系统外部的体系结构),数据库系统通常分为单用户结构、主从式结构、分布式结构客户/服务器结构。1.3.2数据库管理系统内部的系统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,美国家标准协会ANSI的数据库管理系统研究小组于1978年提出了标准化的建议,将数据库结构分为3级:面向用户或应用程序员的用户级、面向建立和维护数据库人员的概念级、面向系统程序员的物理级。用户级对应外模式,概念级对应模式,物理级对应内模式,使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。图1数据库系统的三级模式结构数据库的三级模式
AnIntroductiontoDatabaseSystems一、模式(Schema)模式(也称逻辑模式)模式又称概念模式或逻辑模式,对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据,按照统一的观点构造的全局逻辑结构,是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述,是所有用户的公共数据视图(全局视图)。模式由数据库管理系统提供的数据模式描述语言(DataDescriptionLanguage,DDL)来描述、定义的,体现、反映了数据库系统的整体观。模式(续)注意以下几点:①一个数据库只有一个模式;②是数据库数据在逻辑级上的视图;③数据库模式以某一种数据模型为基础;④定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(如数据记录由哪些数据项构成,数据项的名字、类型、取值范围等),而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求,定义这些数据之间的联系。AnIntroductiontoDatabaseSystems二、外模式(ExternalSchema)外模式(也称子模式或用户模式)外模式又称子模式,对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
AnIntroductiontoDatabaseSystems外模式(续)注意:①一个数据库可以有多个外模式;②外模式就是用户视图;③外模式是保证数据安全性的一个有力措施。AnIntroductiontoDatabaseSystems三、内模式(InternalSchema)内模式(也称存储模式)内模式也称存储模式,对应于物理级。它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式注意①一个数据库只有一个内模式;②一个表可能由多个文件组成,如:数据文件、索引文件。AnIntroductiontoDatabaseSystems内模式(续)例如学生记录,如果按堆存储,则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后,如右图所示AnIntroductiontoDatabaseSystems内模式(续)如果按学号升序存储,则插入一条记录就要找到它应在的位置插入,如图1.29(b)所示如果按照学生年龄聚簇存放,假如新插入的S3是16岁,则应插入的位置如图1.29(c)所示
图1.29记录不同的存储方式示意图1.3.3三级模式间的映射数据库的三级模式是对数据的三级抽象,由数据库管理系统来实现,使用户能够逻辑地处理数据,而不必考虑数据的实际表示与存储方法。
为了实现三个抽象层次的转换,数据库管理系统在三级模式中提供了两次映射,即外模式到模式的映射和模式到内模式的映射,用以描述不同模式间存在的对应关系。外模式/模式映像外模式/模式映像定义了数据库中不同用户的外模式与数据库逻辑模式之间的对应关系。当数据库模式发生变化时,例如关系数据库系统中增加新的关系、改变关系的属性数据类型等,可以调整外模式/模式间的映像关系,保证面向用户的各个外模式不变。应用程序是依据数据的外模式编写的,从而应用程序不必修改,保证了数据与应用程序的逻辑独立性,简称数据的逻辑独立性。模式/内模式映像模式/内模式映像定义了数据库中数据全局逻辑结构与这些数据在系统中的物理存储组织结构之间的对应关系。当数据库中数据物理存储结构改变时,即内模式发生变化,例如定义和选用了另一种存储结构,可以调整模式/内模式映像关系,保持数据库模式不变,从而使数据库系统的外模式和各个应用程序不必随之改变。这样就保证了数据库中数据与应用程序间的物理独立性,简称数据的物理独立性。数据库的三层模式结构的好处综上所述,数据库的三层模式结构的好处在于:
(1)保证了数据的独立性:概念模式和内模式分开,保证数据的物理独立性,把外模式和概念模式分开,保证数据逻辑的独立性
(2)简化用户接口:用户不需要了解数据库实际存储情况,也不需要对数据库存储结构了解,只要按照外模式编写应用程序就可以访问数据库。
(3)有利于数据共享:所有用户使用统一概念模式导出的不同外模式,减少数据冗余,有利于多种应用程序间共享数据。
1.4常用的关系型数据库管理系统简介Oracle关系数据库Sybase关系数据库
MicrosoftSQLServer数据库1.4.1Oracle关系数据库Oracle公司成立于1977年,是一家著名的专门从事研究、生产关系数据库管理系统的专业厂家。1979年研制出Oracle第1版是世界上首批商用的关系数据库管理系统之一。Oracle当时就采用SQL语言作为数据库语言。1.4.2Sybase关系数据库Sybase公司成立于1984年11月,是数据库软件厂商的后起之秀。它研制出了支持企业范围的“客户机/服务器体系结构”的数据库系统。
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