安徽农业大学数据库原理课件 第一章 数据库原理11.ppt

1、第一章 数据库原理,2020/7/15,2,一、数据、信息与数据处理 1、 数据的概念 描述客观事物特性可鉴别的符号及符号 集合。 数据概念包括两个方面: 第一、数据内容是事物特性的反映; 第二、数据是符号的集合。,第一节 数据与信息,2020/7/15,3,数据在空间上传递称为通信，在时间上 传递称为存储。 2、信息的概念 （1）定义 信息是关于现实世界事物的存在方式或运 动形态反映的综合，是人们进行各种活动所 需要的知识。,2020/7/15,4,（2）数据与信息的关系 a、数据是载荷信息的物理符号或称为载体； b、信息只是人们消化理解了的数据； c、其根本区别在于信息对当前或将来的行动

2、或决策有价值。,2020/7/15,5,数据与信息的关系图,2020/7/15,6,3、数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。 广义：它包括对数据的收集、存储、加工、分 类、检索、传播等一系列活动。 狭义：它是指对所输入的数据进行加工整理。 可以用下面的式子简单地表示出信息与数 据之间的关系: 信息=数据十处理,2020/7/15,7,二、信息系统 1、 信息系统 信息系统是指为了某些明确的目的而建 立的，由人员、设备、程序和数据集合构成 的统一整体。 更确切地说，信息系统将不适用的数据 形式加工成可利用的形式。 一个信息系统的质量取决于它是否能及 时地为用户提供所需要的信息。,202

3、0/7/15,8,2、信息系统分类 数据处理系统 管理信息系统 决策支持系统 （1）数据处理系统 EDPS(Electronic Data Processing System)，用计算机代替繁杂的手工事务处理 工作，其目的是提高数据处理的准确性、及时 性，节约人力、提高工作效率。,2020/7/15,9,（2）管理信息系统 MIS(Management Information system),由若干子系统构成的一个集成的 人机系统。从组织的全局出发，实现数据 共享，提供分析、计划、预测、控制等方 面的综合信息。其主要目的是发挥系统的 综合效益，提高管理水平。,2020/7/15,10,（3）决

4、策支持系统 DSS(Decision Support System),为决 策过程提供有效的信息和辅助决策手段的人 机系统，其主要目的是帮助决策者提高决策 的科学性及有效性。,2020/7/15,11,数据处理的首要问题是数据管理。 数据管理指分类、组织、存储、检索及 维护数据。 数据库的发展经历了如下的四个阶段： 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段 高级数据库阶段,第二节 计算机数据管理的发展,2020/7/15,12,一、人工管理阶段 1、 人工管理阶段的年代及特征 从1946年计算机诞生至20世纪50年代中 期，计算机主要用于科学计算。 硬件：只有磁带、卡片和纸带，没有磁 盘等直

5、接存取的设备。 软件：只有汇编语言，没有操作系统， 对数据的处理，完全由人工进行管理。,2020/7/15,13,2、人工数据管理的特点 （1）数据不保存； （2）没有软件对数据进行管理，数据与程 序不具有独立性 ； （3）没有文件概念； （4）数据面向应用，程序与程序之间可能 会有大量的重复数据。,2020/7/15,14,3、人工数据管理的模型,2020/7/15,15,二、文件系统阶段 1、 文件系统阶段的年代及特征 20世纪50年代后期至60年代中期，计算 机不仅用于科学计算，而且还大量用于管 理。 硬件：磁盘、磁鼓等直接存储设备； 软件：高级语言和操作系统。,2020/7/15,16

6、,2、文件系统阶段数据管理的特点 (1)数据可长期保存在磁盘上； (2)文件系统提供数据与程序之间的存取 方法，程序与数据之间有了一定的独立性； (3)文件的形式多样化； (4)以记录为单位存取数据。,2020/7/15,17,3、文件系统的模型,2020/7/15,18,4、文件系统的缺陷 （1）数据冗余。因为文件之间缺乏联系， 可能有同样的数据在多个文件中重复存储。 （2）不一致性。由于数据冗余，在对数据 进行修改时，若不小心，同样的数据在不同 的文件中可能不一样。 （3）数据联系弱。这是文件之间缺乏联系 造成的。,2020/7/15,19,三、数据库系统阶段 1、 数据库系统阶段的年代和

7、特征 从20世纪60年代后期开始，存储技术 取得很大发展，有了大容量的磁盘和数据 库技术。,2020/7/15,20,计算机用于管理的规模更加庞大，数 据量急剧增长，为了提高效率，人们着手 开发和研制更加有效的数据管理模式，提 出了数据库的概念。美国IBM公司1968年 研制成功的数据库管理系统(IMS Information Management System)标志着数 据管理技术进入了数据库系统阶段。,2020/7/15,21,2、数据库系统的特点 （1）数据库中的数据是结构化的； （2）数据库中的数据是面向系统的，不是 面向某个具体应用的，减少了数据冗余， 实现了数据共享； （3）具有较

8、高的数据独立性 ； （4）数据库系统为用户提供了方便的接口； （5）有统一的数据控制功能; （6）以数据项为单位存取数据。,2020/7/15,22,3、数据库系统的数据管理模型,2020/7/15,23,四、高级数据库阶段 （分布式数据库阶段） 1、高级数据库阶段的年代 20世纪70年代中期以来，随着计算机 技术特别是网络技术的不断发展，出现了 分布式数据库、面向对象数据库和智能型 知识数据库等，通常被称为高级数据库技 术。,2020/7/15,24,2、分布式数据库系统的特点 （1）数据独立性（局部自主） （2）集中与自治相结合的控制结构 （3）适当增加数据冗余度 （4）全局的一致性、可串

9、行性和可恢复性,2020/7/15,25,3、分布式数据库的数据管理模型,2020/7/15,26,一、数据库系统的组成 数据库系统 (Database Systems ,DBS) 是引进数据库技术后的计算机系统，是一 个实际可运行的系统。 它能按照数据库的方式存储和维护数 据，并且能够向应用程序提供数据。,第三节 数据库系统的组成,2020/7/15,27,数据库系统通常由硬件系统、数据 库集合、软件系统、数据库管理员和用 户5个部分组成。 数据库管理员 (Database Administrator. DBA）,2020/7/15,28,1、硬件系统 数据库的运行需要硬件支持系统，中央处

10、理器、主存储器、外存储器等设备是不可缺 少的硬件。 数据库系统需要足够大的内存来存放支持 数据库运行由于数据库中存储大量的数据， 故需要足够大的磁盘等直接存取设备来存取 数据，或作数据库的备份。此外还要求硬件 系统有较高的信道能力，以提高数据的传输 速度。,2020/7/15,29,2、数据库集合 系统包括若干个设计合理、满足应用需要 的数据库。 数据库(Database，DB)的体系结构可划分 为两个部分，一部分是存储应用所需的数 据，称为物理数据库部分;另一部分是描述部 分，描述数据库的各级结构，这部分由数据 字典管理。,2020/7/15,30,3、软件系统 数据库系统的软件主要包括支持

11、DBMS运 行的操作系统、DBMS本身及开发工具。为 了开发应用系统，还需各种高级语言及其编 译系统。,2020/7/15,31,例如Oracle数据库系统与高级语言C、 Fortran、Cobol等高级语言之间都有接口。 Access关系型数据库管理系统内置有Visual Basic for Application，并允许Visual Basic直 接访问。不同用户开发的应用可能不同，需 用不同高级语言访问数据库，相应地要把这 些高级语言的编译系统装入系统中，以供用 户使用。,2020/7/15,32,4、数据库管理员 对于较大规模的数据库系统必须有人全 面负责建立、维护和管理数据库系统。承

12、担 此任务的人员称为数据库管理员DBA (Database Administrator)。 数据库管理员的职责：定义并存储数据 库的内容，监督和控制数据库的使用，负责 数据库的日常维护、必要时重新组织和改进 数据库。,2020/7/15,33,5、用户 数据库系统的用户分为两类： 一类是最终用户。主要对数据库进行联 机查询或通过数据库应用系统提供的界面来 使用数据库。这些界面包括菜单、表格、图 形和报表。 另一类是专业用户，即应用程序员。 他们负责设计应用系统的程序模块，对数据 库进行操作。,2020/7/15,34,数据库管理系统层次示意图,2020/7/15,35,DBA的地位示意图,20

13、20/7/15,36,二、DBMS的主要功能 1、 数据库管理系统的主要目标 使数据成为方便用户使用的资源，易 于为各种用户所共享，并增进数据的安全 性、完整性和可用性。这些是通过DBMS 所支持的三级结构和两级独立性特点来实 现的。,2020/7/15,37,2、三级结构和两级独立性 （1） 三级结构 数据库具有三级结构，也称为三级模 式。 存储模式（内模式、物理存储结构） 模式（概念模式、整体逻辑结构） 子模式（外模式、用户数据逻辑结构） 具体见教材p17的图116,2020/7/15,38,（2）两级独立性 数据库管理系统保证了数据和程序之 间的物理独立性和逻辑独立性。 数据的物理独立性

14、：当数据的存储结 构改变时，由系统提供数据的物理结构与 逻辑结构之间的映象或转换功能，保持数 据的逻辑结构不变，从而应用程序不需要 修改。,2020/7/15,39,数据的逻辑独立性：由系统提供数据 的总体逻辑结构和面向某个具体应用的局 部逻辑结构之间的映象或转换功能，当数 据总体逻辑结构改变时，通过映象保持局 部逻辑结构不变，从而应用程序也不需要 修改。,2020/7/15,40,数据库的三级结构和两级独立性示意图,2020/7/15,41,3、数据库管理系统的主要功能 （用Access或 VFP软件具体解释） （1）数据库的定义功能 DBMS提供数据描述语言(DDL)，定义数 据库的外模式

15、、模式、内模式、数据的完整 性约束和用户的权限等。 （建立数据库和表结构）,2020/7/15,42,（2）数据操纵功能 DBMS提供的数据操纵语言(Data Manipulation Language，DML)可实现对数据 的插入、删除和修改等操作。 （表记录的操作） DML语言有两种用法: 一种方法是把DML语句嵌入到高级语 言中; 另一种方法是交互式地使用DML语 句。,2020/7/15,43,（3）数据库的控制功能 数据库的控制功能包括并发控制、 数据的安全性控制、数据的完备性控制 和权限控制，保证数据库系统正确有效 地运行。,2020/7/15,44,（4）数据库的维护功能 维护功

16、能包括数据库出现故障后的恢 复、数据库的重组、性能的监视等。这些功 能大部分由实用程序来完成。,2020/7/15,45,（5）数据字典 数据字典(Data Dictionary，DD)中存 放着数据库体系结构的描述。对于应用的操 作，DBMS都要通过查阅数据字典进行。 例如Oracle数据库系统，其数据字典中 存放着用户建立的表和索引、系统建立的表 和索引以及用于恢复数据库的信息等。,2020/7/15,46,一、数据的安全性 1、 数据的安全性是保护数据库不被非法 使用，防止数据的丢失和被盗。 例如：建立一个人事档案的数据库， 只有那些需要了解工资情况并且有一定权 限的工作人员才能存取这些

17、数据。,第四节 数据库保护,2020/7/15,47,2、数据的安全性控制 数据安全性控制是对数据库采用的一种保 护措施，防止非授权用户存取造成数据泄密 或破坏。 例如：设置口令、确定用户访问密级和数 据存取权限，系统审查通过后才执行允许的 操作。,2020/7/15,48,二、数据的完整性 1、 数据完整性是数据的准确性和一致 性的测度。 例如：预订同一班飞机的旅客不能超 过飞机的定员数;订购货物中，订货日期 不能大于发货日期。,2020/7/15,49,2、数据的完整性控制 使用数据库系统提供的存取方法，设计 一些完整性规则，对数据值之间的联系进 行校验。 例如：将日期12/08/96误录

18、成13/08/96， 由于没有13月份，系统不予接受，必须重 新录入。,2020/7/15,50,三、并发控制 1、数据的并发性 当多个用户同时存取、修改数据库中的 数据时，可能会发生相互干扰，使数据库中 的数据完整性受到破坏，而导致数据的不一 致性。 例如：当某个用户正在修改某些数据项 时，其他用户同时存取，就可能导致错误 结果。如果两个用户同时修改同一数据时， 先存储的修改就会丢失。,2020/7/15,51,2、数据的并发控制 如加锁，暂时不让其他用户访问，待完 成修改存盘之后再开锁。,2020/7/15,52,四、数据库的恢复 在运行过程中，会出现硬件或软件的 故障。数据库系统具有恢复

19、能力，能把数 据库恢复到最近某个时刻的正确状态。 例如：当突然停电、出现硬件故障、软 件失效或严重误操作时，系统应提供恢复数 据库的功能。如，定期转储、恢复备份等， 使系统有能力将数据库恢复到损坏之前的 某一个状态。,2020/7/15,53,在计算机数据管理的历史上，出现过 两次飞跃。第一次是数据库技术的出现， 它使得数据管理技术步入了一个新的时 代。第二次是关系数据模型的诞生，它标 志着数据库技术走向成熟。,第五节 关系模型,2020/7/15,54,一、数据模型 对现实世界进行抽象的工具。 广义的数据模型包括概念模型和狭义 的数据模型。 狭义的数据模型包括： 层次模型 网状模型 关系模型

20、 面向对象的数据模型,2020/7/15,55,二、关系模型 关系模型是用二维表的形式来表示实 体和实体间联系的数据模型。 从用户观点来看，关系的逻辑结构是 一个二维表。在磁盘上以文件形式存储。 具体见教材P15的学生情况表和教师任 课情况表。,2020/7/15,56,三、关系术语 1、 实体 客观存在并可相互区分的事物。既包括 实际的对象，也包括抽象的对象。 2、 实体集 具有相同属性（或特性）的实体的集合。,2020/7/15,57,3、 关系 一个关系就是一张二维表，每个关系有 一个关系名。在计算机里，一个关系可以存 储为一个文件。 4、 元组 表中的行称为元组。一行为一个元组， 对应存储文件中的一个记录值。,2020/7/15,58,5、属性 表中的列称为属性，每一列有一个属性 名。这里的属性与前面讲的实体属性相同， 属性值相当于记录中的数据项或者字段值。 一个关系中有n个属性，该关系就是n元关系。 6、域 属性的取值范围，即不同元组对同一个 属性的取值所限定的范围。 例如，逻辑型属性只能从逻辑真或逻辑 假两个值中取值。,2020/7/15,59,7、关键字（键） 属性或属性组合，其值能够唯一地标识 一个元组。 例如：定单关系中的定单号 8、关系模式 对关系的描述称为关系模式，格式为关系 名(属性名1，属性名2，属性名n)。一 个关系模式对应一个关系