第11单元数据库概述课件

第11单元数据库概述主讲：刘志强计算机软件基础FundamentalsofComputersoftware1

第11单元计算机软件基础1思考问题当应用中涉及处理大批量数据时还使用FS？有没有更好的处理方法？在FS中，数据文件是由用户自己定义和维护的，安全性、可靠性、数据完整性受到影响。怎么解决这个问题？数据文件可以共享，前提是要知道它的类型、格式、记录长度等参数，很不方便。怎么解决？……2思考问题当应用中涉及处理大批量数据时还使用FS？有没有更好的教学目标、要求了解什么是数据库了解什么是数据模型了解数据处理技术的发展变化及趋势三种计算模式3教学目标、要求了解什么是数据库3涉及的章节第6章数据库系统基础6.1概述6.2数据模型6.3数据库系统的结构4涉及的章节第6章数据库系统基础4一、基本概念数据处理(DataProcessing)

是计算机应用中的最大的一个分支。最初指在计算机上加工商业、企业的信息和数据，现在常用来泛指非科技工程方面的计算、管理和操纵任何形式的数据资料。5一、基本概念数据处理(DataProcessing)5数据库(DataBase)在计算机上合理存放的相互关联的数据的集合,被称为数据库。它具有下列特点:最小冗余(尽可能不重复)可以最优方式提供数据共享数据的独立性实现数据的统一管理

数据库技术是数据处理最有效的手段6数据库(DataBase)在计算机上合理存放的相互关联的数据数据库管理系统(DBMS)DBMS是在OS支持下工作的数据管理软件。对内，它负责管理数据库；对外，它向用户提供一整套命令，用于合法用户对数据库的各种操作；包括创建DB、定义数据、增、删、改DB记录、统计计算等。7数据库管理系统(DBMS)DBMS是在OS支持下工作的数据管DBMS的功能数据定义DBMS提供了数据定义语言DDL。用户利用DDL可以方便地定义DB中数据的逻辑结构。数据操纵用户利用提供的数据操纵语言DML可以方便地实现对数据的各种操作。完整性约束检查支持常用的完整性检查（指数据必须符合一定的规则，如学号必须惟一）。访问控制DB中数据可以共享，但只有合法用户才能访问授权的数据。并发控制允许多用户同时访问DB，但要避免并发操作可能带来的不一致性问题。数据库恢复

8DBMS的功能数据定义DBMS提供了数据定义语言DDL。用数据库系统DBSDBS是指在计算机系统中引入DB后的系统构成。DBS=数据库+用户+软件+硬件硬件：指运行DBS的硬件资源，例如，SQLServer要求至少16MB内存、32位CPU、至少80MB硬盘空间；软件：指DBS操作平台，例如WINDOWSNT、DBMS、汉字处理系统等；用户：指终端用户、应用程序员和数据库管理员。9数据库系统DBSDBS是指在计算机系统中引入DB后的系统构成DBS阶段数据与程序的关系

用户1用户2用户m…应用程序1应用程序2应用程序3…应用程序n数据库管理系统数据库数据字典记录10DBS阶段数据与程序的关系用户1用户2用户m…应用程序1应DBS与FS比较具有的特点整体数据结构化在DBMS中，数据不属于任何应用，数据是公共的，结构是全面的。它减少了数据冗余。数据的共享性高数据与数据的逻辑结构同时存储在DB中，合法用户可以很方便地使用其中的数据。数据独立性高数据的独立性是指数据与应用程序之间的关联性。数据和数据结构是存储在DB中，由DBMS管理。当用户需要数据时，DBMS把DB中的数据转换成用户需要的格式。高度的数据控制能力由DBMS专门管理DB，具有较高的数据安全性、较好的数据完整性、较强的并发控制能力和较强的数据恢复能力。11DBS与FS比较具有的特点整体数据结构化在DBMS中，数据数据库管理员DBA与DBS有关的人员分三种类型：用户、数据库开发人员和DBA。DBA是DB设计、开发成败的关键。DBA的主要职责：协调和沟通用户与DB开发人员。参与DB设计工作。熟悉DB的整体布局及其原因，熟悉DB的存储结构、存取策略及原因。决定数据的完整性约束条件和不同用户的存取权限。保证DB的正常运行，进行DB的维护工作。提出DB的重构计划。当用户的需求有较大变动时，DBA还应及时提出DB的重构计划，供部门负责人参考。12数据库管理员DBA与DBS有关的人员分三种类型：用户、数据库数据库视图由于观察的角度不同，数据库中的数据的结构有三种不同的视图：用户视图也称用户级DB；即用户看到并可操作的那部分数据全局视图也称概念级DB；是数据库管理员看到并可操作的全部数据物理数据存储模式也称物理级DB；是DB中的各种信息在计算机中的实际分布和存储方式，它由操作系统和DBMS直接管理，用户不必了解，也不可能了解。后继内容13数据库视图由于观察的角度不同，数据库中的数据的结构有三种不同数据库技术发展历史数据库（DB）技术是管理数据的一种最新方法。它起源于60年代末。30多年来，在理论上、实现技术上都有很大的发展。特别是在PC机上推出XBASE系统DBS后，使数据库技术走出实验室，从专业人员掌握的特殊工具变为普通用户手中的一般数据处理工具。现在，DB已成为MIS、OA、CAM等领域的主要工具之一。14数据库技术发展历史数据库（DB）技术是管理数据的一种最新方法数据管理的发展阶段数据管理经历了4个发展阶段：手工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段分布式数据库系统阶段15数据管理的发展阶段数据管理经历了4个发展阶段：15手工管理阶段（46~50年代中期）早期计算机数据处理应用没有专门管理数据的软件，程序自带数据。其特点是：数据独立性差，不能共享；数据冗余无法集中式管理主要用于科学计算应用程序1应用程序n…...数据组1数据组n…...姓名班级性别成绩刘计应男英语90刘计应男高数89刘计应男物理80……学习成绩表16手工管理阶段（46~50年代中期）早期计算机数据处理应用文件系统阶段（50~60年代）数据以文件的形式存放于外存中,数据由文件系统FS和操作系统OS统一管理，数据通过程序方式来实现操作。其特点是：文件系统是应用程序和数据间的公共接口、统一存取；文件由用户自定义，格式和内容不统一，难于共享；数据冗余度大文件系统本身无法解决这些问题。应用程序1应用程序n…...数据组1数据组m…...文件系统17文件系统阶段（50~60年代）数据以文件的形式存放于外存数据库系统阶段（60年代~至今）由DBMS实现对DB的定义、管理和操作。DBMS是用户和数据间的接口，特别是网络和通信技术的发展，使异地、异机间的数据共享成为现实。其特点是：能为多用户共享数据冗余度最小可以交互方式或程序方式操作问题:异地共享一处数据,容易造成网络通信“堵塞”应用程序1应用程序n…...DBMSDB18数据库系统阶段（60年代~至今）由DBMS实现对DB的定数据通信

局域网LAN远程通信...DBMSDB实时方式MM接收器DBMSDB非实时方式......19数据通信局域网LAN远程通信..分布式数据库系统阶段（80年代中期）分布式数据库DDBS(DistributedDBS)技术是DB技术和网络、通信技术的结晶产物。其主要特点：处理的数据分散在各个结点上，每个结点的数据由本地的DBMS管理，各结点间可以数据共享；充分利用、发挥各个结点的资源优势，减轻网络负担；DBMS1DBMSiDB1DBi

DDBMS…..20分布式数据库系统阶段（80年代中期）分布式数据库DDBS(D数据库技术的发展方向数据库的发展方向：可视化多媒体面向对象的处理交叉平台开放式现代数据库还要具有：数据仓库、数据开采、知识发现、决策支持的功能。21数据库技术的发展方向数据库的发展方向：21几种常用的数据库XBASE一种大众化的关系型数据库系统；类似产品有：DBASE、FOXBASE、FOXPRO、VFP等系列产品。Oracle大型关系数据库管理系统，具有兼容性、可移植性、可联接性、开放性、高生产率，支持SQL等优点。Sybase大型“客户机/服务器数据库体系结构”的DMS具有分布式处理等优点。Informix是唯一具有“可伸缩、高性能”体系结构的DBMS。SQLServer是建立在WindowsNT上的RDBMS。Access微软公司推出的桌面RDBMS。22几种常用的数据库XBASE一种大众化的关系型数据库系统；类对数据库研究的发展趋势

由于计算机应用的普及，数据处理的社会需求剧增，极大地促进了DB技术的发展，至今为止，对DB的研究主要集中在以下几个方面：DB的设计方法DB规范理论分布式DBS4GL及应用生成器新一代DBS——面向对象的DB系统23对数据库研究的发展趋势由于计算机应用的普及，数据处理的社DB的设计方法目前的DB设计方法，主要停留在经验与尝试阶段，工程规范程度不高。主要方法有：数据模型设计：解决从现实世界到DB的逻辑描述数据存储与访问方法的设计：根据数据模型物理存储结构，确定用户访问数据的方式；DB的管理与保护：解决DB使用及维护中的各种问题，例如，对用户友好、使用简便、维护方便等。24DB的设计方法目前的DB设计方法，主要停留在经验与尝试阶段DB规范理论研究数据的语义问题（即数据元素间的关系），构造规范的数据模型，其目的是使存储数据能正确地反映现实世界的联系，防止导出与客观实际矛盾的结果。目前这方面的工作越来越形式化、抽象化，已成为一个独立的理论分支。25DB规范理论研究数据的语义问题（即数据元素间的关系），构造规4GL及应用生成器第四代语言（4GL）来源于DB查询语言，例如SQLServer。用户只需指出“做什么”，应用生成器自动生成相应的应用程序。这方面的研究可以使DB应用系统开发趋于自动化、标准化，从而提高系统的效率、可靠性和可维护性。264GL及应用生成器第四代语言（4GL）来源于DB查询语言，例新一代DBS—面向对象的DB系统传统应用模式（三种数据模型）适合于那些结构简单以及访问有规律的数据。但现代应用在更高级的领域，数据表示超出了用记录这种简单结构就能表示的范围，需要用到更复杂的抽象数据类型，如声音、图标、包、清单、队列、地图等。例如，一个地图对象可以定义为经、纬度，地点的时间维；以点到点之间的等高线来定义地形；用图标表示主要的嵌入对象。在地图的各区域可能还含有隐藏的数据；例如，可以表示人口密度、水源、建筑物、污染情况等信息。最新ＤＢ技术是面向对象的数据库系统OODBS，目前还处于探索阶段。即把OOPL与DB技术结合。27新一代DBS—面向对象的DB系统传统应用模式（三种数据模型）二、数据模型从现实生活中的客观事物到存放于计算机中的数据，这样一个加工过程可划分为三个领域：现实世界、观念世界和数据世界表示实体之间联系的方式被称为数据模型，而实体模型是从客观事物中抽象得到的。28二、数据模型从现实生活中的客观事物到存放于计算机中现实世界现实世界是存在于人脑之外的客观世界，事物及其相互联系就存在于这个世界中。事物可用“对象”和“性质”来描述又有“共同事物”和“特殊事物”两个不同级别。29现实世界现实世界是存在于人脑之外的客观世界，事物及其相互联观念世界观念世界是现实世界在人脑中的反映，客观事物在概念世界中称为“实体”。反映事物联系的是实体模型。实体用“对象”和“属性”来描述又分为“个体实体”和“总体实体”两个级别。30观念世界观念世界是现实世界在人脑中的反映，客观事物在概念世数据世界数据世界是数据在观念世界中信息的数据化，现实世界中的事物及联系在这个世界中用数据模型来描述。数据模型反映的是数据间的联系。数据用“数据记录”和“数据项”来描述；又分为“数据类型”和“数据值”两个不同级别。31数据世界数据世界是数据在观念世界中信息的数据化，现实世界中数据加工三个的领域关系

数据

数据分级记录项项值数据模型实体模型事物及联系实体分级实体对象属性总体个体事物

事物分级对象性质共同特殊抽象过程数据世界观念世界现实世界客观世界是信息之源，是设计DB的出发点。实体模型和数据模型是对客观事物的两级抽象描述。数据库的核心问题是数据模型。结论：要得到正确的数据模型，必须首先充分了解客观事物。由此可见：32数据加工三个的领域关系数据数据分级记录项项值数实实体模型实体模型是用符号和文字描述的客观事物的联系。要考虑下述问题：对象与属性个体与总体总体之间的联系实体模型33实体模型实体模型是用符号和文字描述的客观事物的联系。要考虑对象和属性对象和属性在概念世界中，用实体来描述客观事物，实体可以是具体的，也可以是抽象的：具体实体：一个学生、一辆汽车抽象实体：一部法规、一种算法实体又可以分成“对象”和“属性”两类：对象：人、汽车、工厂、西安交通大学等属性：用来描述对象的特征信息；例如，“人”的特征有：姓名、性别、民族、籍贯、出生日期等。在设计、调研过程中，要从不同角度、观点考虑、分析实体及其属性。34对象和属性对象和属性在概念世界中，用实体来描述客观事物，实个体和总体个体：指单个的相互区别的特定实体。人的个体：张三、李四；学校的个体：北大、清华、西安交大等；总体：泛指某一类个体的集合。“人”泛指张三、李四等个体组成的集合。个体和总体的联系是对象的外部联系。35个体和总体个体：指单个的相互区别的特定实体。人的个体：张三、总体之间的联系

总体的个体之间有着某种联系，联系方式又分为三种：一对一联系实体A中任一个体至多对应实体B中的一个个体，反之亦然；则称A和B是一一对应的联系。例如，高考录取、电影院看电影等。一对多联系实体A中至少有一个个体对应于实体B中一个以上的个体，反之亦然，则称这种联系是“一对多”的联系。例如，父亲对子女；院系对班级等。多对多联系实体A中至少有一个个体对应于实体B中一个以上个体；反之，B中也至少有一个个体对应于A中一个以上的个体，则称A对B是多对多的联系。例如，学生对课程、工厂对产品等。36总体之间的联系总体的个体之间有着某种联系，联系方式又分为实体模型反映实体间联系的模型成为实体模型。分析、研究了客观事物及其联系后，即可建立实体模型。以教学为例：教学由学生、课程、教师、学习、任课等实体组成。学生属性：学号、姓名、性别、年龄、班级课程属性：课程号、课程名称教师属性：姓名、课程号、课时学习属性：学号、课程号、分数任课属性：教师名、课程号、教室37实体模型反映实体间联系的模型成为实体模型。分析、研究了客观事教学实体模型示意图

课程学习任课教师学生姓名、课程号、课时教师名、课程号、教室学号、姓名、性别、班级课程号、课程名学号、课程名、教室38教学实体模型示意图课程学习任课教师学生姓名、课程号、课时教数据模型建立了实体模型后，就可以建立数据模型了。在DBS中表示实体（数据记录）之间联系的方式称为数据模型。数据模型实际上是数据间的一个整体逻辑结构图。为了使模型能清晰、准确地反映客观事物，要进行数据模型的设计，也即数据库的设计。39数据模型建立了实体模型后，就可以建立数据模型了。39数据模型（DB）的设计命名数据模型（数据库名称）以示区别不同的模型，例如：成绩库.MDB命名记录类型(数据库结构)定义数据库记录结构，例如：成绩库记录学号、课程号、分数命名每个记录中的数据项（字段）XH（学号）、CNO（课程号）、SCORE（分数）说明各个记录类型之间的联系指出各数据项的数据特征数据类型、长度、值域等。例如，XH，字符型，长度为740数据模型（DB）的设计命名数据模型（数据库名称）40商店的数据关系模型

关系（库名）SHOP

店名地址经办人电话解放路食品店解放路262号李国基3275036桃园商场桃园路6号张山6246161香香瓜果店北大街26号王宏3366201白塔干鲜果店西大街56号宋良3337637北大街果品店北大街231号林青3321116关系框架或库结构元组或记录属性（字段）属性“电话”的值41商店的数据关系模型关系（库名）SHOP店名三种数据模型

数据模型的好坏直接影响到DB的性能。当前较流行的设计方法有三种：关系、层次和网络方法；对应的模型为关系模型、层次模型、网络模型。42三种数据模型数据模型的好坏直接影响到DB的性能。当前较流层次模型描述层次（树形）结构的模型。特点：每个模型中只有一个称为根的最高结点其它结点都只能和一个父结点相连接（1：M）查询、访问都必须从根结点开始最有影响的层次模型的DBS是60年代末，IBM公司推出的IMS层次模型数据库系统。43层次模型描述层次（树形）结