数据库原理与应用课件第1章数据库基础知识－数据库系统概述

第一章数据库系统概述1.1数据库基本概念1.2数据库管理技术的产生和发展过程1.3数据库系统结构

1.4数据库系统的组成1.5SQLServer2008简介1.掌握四个基本概念，了解数据管理的发展历史,了解使用数据库系统的特点；2.掌握数据模型的三级模式和两级映像；3.数据库系统组成。教学目标能简单使用SQLServer数据引擎（SQLServerDatabaseEngine,SSDE）进行数据库的操作技能目标数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统四个基本概念、数据库发展的三个阶段及主要特点、三级模式和二级映像重点数据库系统结构、数据库系统的优点，三级模式和二级映像难点

数据库技术是信息系统的核心和基础，是信息化建设的基础设施，数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。

数据库应用范围广泛，如各企事业人事管理系统、图书管理系统和12306火车售票系统等。1.1数据库基本概念1.数据(Data)2.数据库(Database)3.数据库管理系统(DBMS)4.数据库系统(DBS)1.1数据库基本概念1.数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象，描述事物的符号记录。数据的种类：数字、文字、图形、图象、声音数据的特点：数据与其语义是不可分的1.1数据库基本概念数据举例:学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义1.1数据库基本概念

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。。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、可共享的大量数据集合。1.1数据库基本概念2.数据库（举例）1.1数据库基本概念数据库的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1.1数据库基本概念数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）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3.数据库管理系统1.1数据库基本概念DBMS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操纵功能

提供数据操纵语言(DML)、操纵数据实现对数据库的基本操作数据控制功能提供数据控制语言(DCL)、

控制数据库中的数据对象数据库的运行管理

数据库的建立和维护功能(实用程序)1.1数据库基本概念DBMS对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。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。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。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。1.1数据库基本概念

数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。4.数据库系统第一章数据库系统概述1.1数据库基本概念1.2数据库管理技术的产生和发展过程1.3数据库系统结构

1.4数据库系统的组成1.5SQLServer2008简介1.2数据管理技术的产生和发展过程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，是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(40年代中--50年代中)文件系统阶段(50年代末--60年代中)数据库系统阶段(60年代末--现在)1.2数据管理技术的产生和发展过程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1.2数据管理技术的产生和发展过程1.人工管理阶段时期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 1.2数据管理技术的产生和发展过程人工管理阶段特点数据的管理者：应用程序，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1.2数据管理技术的产生和发展过程

应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段）1.2数据管理技术的产生和发展过程2.文件系统管理阶段

时期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

1.2数据管理技术的产生和发展过程

文件系统管理阶段特点:数据的管理者：文件系统数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序

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，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制1.2数据管理技术的产生和发展过程应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…应用程序与数据的对应关系(文件系统管理阶段)1.2数据管理技术的产生和发展过程3.数据库系统管理阶段时期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 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 1.2数据管理技术的产生和发展过程数据库系统管理阶段特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性

数据的结构化：整体结构化数据控制能力：由DBMS统一管理和控制1.2数据管理技术的产生和发展过程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)1.2数据管理技术的产生和发展过程降低数据的高共享性的好处：数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充1.2数据管理技术的产生和发展过程

数据独立性是指数据的物理独立性和逻辑独立性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。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。1.2数据管理技术的产生和发展过程数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。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。第一章数据库系统概述1.1数据库基本概念1.2数据库管理技术的产生和发展过程1.3数据库系统结构

1.4数据库系统的组成1.5SQLServer2008简介1.3数据库系统结构从数据库管理系统角度看，数据库系统采用三级模式结构，三级模式之间形成了两级映像，从而实现了较高的数据独立性。

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，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构。数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式。1.3数据库系统结构1.数据库系统模式的概念2.数据库系统的三级模式结构3.数据库的二级映像功能与数据独立性

1.数据库系统模式的概念“型”和“值”的概念型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明值(Value)是型的一个具体赋值例如学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：（900101，李明，男，计算机，22，江苏）1.3数据库系统结构1.3数据库系统结构模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的实例（Instance）模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动1.数据库系统模式的概念1.3数据库系统结构例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录

2013年的一个学生数据库实例，包含：2013年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录

2012年度学生数据库模式对应的实例与2013年度学生数据库模式对应的实例是不同的1.3数据库系统结构模式（Schema）

外模式（ExternalSchema）内模式（InternalSchema）2.数据库系统的三级模式结构2.数据库系统的三级模式结构1.3数据库系统结构1.3数据库系统结构（1）模式（Schema）模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关1.3数据库系统结构模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求1.3数据库系统结构（2）外模式（ExternalSchema）外模式（也称子模式或用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示1.3数据库系统结构外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多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1.3数据库系统结构外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据1.3数据库系统结构（3）内模式（InternalSchema）内模式（也称存储模式）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，记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式1.3数据库系统结构例如学生记录，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1.3数据库系统结构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（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（c）所示

记录不同的存储方式示意图3.数据库的二级映像功能与数据独立性三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式／模式映像模式／内模式映像1.3数据库系统结构1.3数据库系统结构(1)外模式／模式映象模式：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同一个模式可以有任意多个外模式每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系映象定义通常包含在各自外模式的描述中1.3数据库系统结构保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持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，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。1.3数据库系统结构(2)模式／内模式映象模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式／内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中1.3数据库系统结构保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。1.3数据库系统结构数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键独立于数据库的其他层次设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式1.3数据库系统结构内模式映象依赖于它的全局逻辑结构独立于数据库的用户视图，即外模式独立于具体的存储设备将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率

1.3数据库系统结构数据库的外模式面向具体的应用程序定义在逻辑模式之上独立于存储模式和存储设备当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做相应改动设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性

1.3数据库系统结构特定的应用程序在外模式描述的数据结构上编制的依赖于特定的外模式与数据库的模式和存储结构独立不同的应用程序有时可以共用同一个外模式数据库的二级映像保证了数据库外模式的稳定性从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改

1.3数据库系统结构数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去数据的存取由DBMS管理用户不必考虑存取路径等细节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

模式外模式内模式第一章数据库系统概述1.1数据库基本概念1.2数据库管理技术的产生和发展过程1.3数据库系统结构

1.4数据库系统的组成1.5SQLServer2008简介1.4数据库系统的组成1.数据库系统的硬件平台及数据库

有足够大的内存,存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序。2.软件

主要包括数据库管理系统、操作系统、各种高级语言和应用开发支持软件。3.人员1.4数据库系统的组成(1)数据库管理员(DBA)具体职责：

1）决定数据库中的信息内容和结构2）决定数据库的存储结构和存取策略3）定义数据的安全性要求和完整性约束条件4）监控数据库的使用和运行周期性转储数据库、数据文件、日志文件系统故障恢复、介质故障恢复、监视审计文件5）数据库的改进和重组行性能监控和调优、定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能需求增加和改变时，数据库须需要重构造人员构成：1.4数据库系统的组成(2)系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明、参与数据库系统的概要设计与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置(3)数据库设计人员参加用户需求调查和系统分析确定数据库中的数据、设计数据库各级模式（4）应用程序员设计和编写应用系统的程序模块、进行调试和安装（5）用户用户是指最终用户（EndUser）。用户通过应用系统的用户接口使用数据库。1.4数据库系统的组成

各种人员的数据视图不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示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1.4数据库系统的组成第一章数据库系统概述1.1数据库基本概念1.2数据库管理技术的产生和发展过程1.3数据库系统结构

1.4数据库系统的组成1.5SQLServer2008简介1.5.1SQLServer2008简介1.5.2SQLServer2008的组件与功能1.5.3SQLServerManagementStudio1.5.4配置SQLServer服务1.5.5数据库的基本操作1.3数据库管理系统1.5SQLServer2008简介1.5.1SQLServer2008版本1.SQLServer2008企业版SQLServer2008企业版是一个全面的数据管理和业务智能平台，为关键业务应用提供了企业级的可扩展性、数据仓库、安全、高级分析和报表支持。这一版本将为你提供更加坚固的服务器和执行大规模在线事务处理。2.SQLServer2008标准版SQLServer2008标准版是一个完整的数据管理和业务智能平台，为部门级应用提供了最佳的易用性和可管理特性。3.SQLServer2008工作组版SQLServer2008工作组版是一个值得信赖的数据管理和报表平台，用以实现安全的发布、远程同步和对运行分支应用的管理能力。1.5.1SQLServer2008版本续4.SQLServer2008Web版针对运行于Windows服务器中要求高可用、面向InternetWeb服务的环境而设计。5.SQLServer2008开发者版允许开发人员构建和测试基于SQLServer的任意类型应用。这一版本拥有所有企业版的特性，但只限于在开发、测试和演示中使用。6.SQLServer2008Express版是SQLServer的一个免费版本，它拥有核心的数据库功能，这一版本是为了学习、创建桌面应用和小型服务器应用而发布的，也可供ISV再发行使用。1.5.2SQLServer2008的组件与功能SQLServer2008系统由4个主要部分组成，这4个部分被称为4个服务。1.数据引擎（SQLServerDatabaseEngine,SSDE）2.分析服务（SQLServerAnalysisServer,SSAS）3.报表服务（SQLServerReportingServices,SSRS）4.集成服务（SQLServerIntegrationServices,SSIS）1.5.3SQLServerManagementStudioSQLServerManagementStudio是SQLServer2008中最重要的工具，用于访问、配置、管理和开发SQLServer的所有组件。将企业管理器、SQL查询分析器、AnalysisManager功能与一身。1.5.4配置SQLServer服务1.使用SQLServer2008配置管理器启动SQLServer服务2.使用操作系统启动SQLServer服务1.5.5数据库的基本操作在SQ