數(shù)據(jù)庫原理-特點及發(fā)展歷史 PPT課件

1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用 授課教師 張海輝Telmail zhanghh 2 考核方式 平時40 簽到課堂交互作業(yè)期末60 3 1 1數(shù)據(jù)庫的特點及概念1 1 1信息與數(shù)據(jù)1 1 2數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫1 1 3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)1 2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及發(fā)展1 2 1手工管理數(shù)據(jù)階段1 2 2文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的特點和缺陷1 2 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展歷程和研究方向1 2 4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點1 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1 3 1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1 3 2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)1 3 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級數(shù)據(jù)模式結(jié)構(gòu) 第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識 4 緒言 原始的數(shù)據(jù)庫 上 古結(jié)繩而治 后世圣人易以書契 百官以治 萬民以察 易 系辭下 事大 大結(jié)其繩 事小 小結(jié)其繩 之多少 隨物眾寡 易九家言 5 倉頡造字 昔者倉頡作書 而天雨粟 鬼夜哭 淮南子 本經(jīng) 倉頡之初作書 蓋依類象形 故謂之文 其后形聲相益 即謂之字 說文解字序 6 大數(shù)據(jù)時代的到來每天谷歌處理的數(shù)據(jù)量是24PB Petabyte 千萬億字節(jié) 相當(dāng)于2516 58萬GB 每天移動互聯(lián)網(wǎng)收發(fā)的數(shù)據(jù)量是1 3EB 即Exabyte 相當(dāng)于1 40億GB 每天推特上發(fā)表的微博有5000萬條 過去三年數(shù)據(jù)量多過以往4萬年 每秒鐘有290萬封郵件在發(fā)送 7 為什么使用數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫在現(xiàn)實中的應(yīng)用企業(yè)信息銷售 用于存儲客戶 產(chǎn)品和購買信息 會計 用于存儲付款 收據(jù) 賬戶余額 資產(chǎn)和其他會計信息 人力資源 用于存儲雇員 工資 所得稅和津貼的信息 以及產(chǎn)生工資單 生產(chǎn)制造 用于管理供應(yīng)鏈 跟蹤工廠中產(chǎn)生的生產(chǎn)情況 倉庫和商店中產(chǎn)生的詳細(xì)清單以及產(chǎn)品的訂單聯(lián)機零售 用于存儲銷售數(shù)據(jù) 以及實時的訂單跟蹤 推薦品清單的生成 還有實時的產(chǎn)品評估的維護 8 數(shù)據(jù)庫在現(xiàn)實中的應(yīng)用銀行和金融銀行業(yè) 用于存儲客戶信息 賬戶 貸款 以及銀行的交易記錄 信用卡交易 用于記錄信用卡消費的情況和產(chǎn)生每月清單 金融業(yè) 用于存儲股票 債券的信息 大學(xué) 用于存儲學(xué)生信息 課程注冊和成績 航空業(yè) 用于存儲訂票和航班的信息 電信業(yè) 用于存儲通話記錄 產(chǎn)生每月賬單 維護預(yù)付電話卡的余額和存儲通訊網(wǎng)絡(luò)的信息 鐵路業(yè) 用于存儲訂票 售票和火車的信息 為什么使用數(shù)據(jù)庫 9 數(shù)據(jù)分類簡介 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)即行數(shù)據(jù) 存儲在數(shù)據(jù)庫里 可以用二維表結(jié)構(gòu)來邏輯表達實現(xiàn)的數(shù)據(jù) 如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 10 數(shù)據(jù)分類簡介 半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)介于完全結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和完全無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù) 如聲音 圖像文件等 之間的數(shù)據(jù) HTML XML文檔就屬于半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) 它一般是自描述的 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容混在一起 沒有明顯的區(qū)分 11 數(shù)據(jù)分類簡介 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不方便用數(shù)據(jù)庫二維邏輯表來表現(xiàn)的數(shù)據(jù)即稱為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) 包括所有格式的辦公文檔 文本 圖片 XML HTML 各類報表 圖像和音頻 視頻信息等 12 數(shù)字化木材標(biāo)本館 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實例 13 基于WebGIS的水域保護監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng) 14 基于SQLServer的無公害蔬菜病蟲害查詢系統(tǒng) 15 基于SQLserver的中藥指紋圖譜數(shù)據(jù)庫 16 17 1 1數(shù)據(jù)庫的特點及相關(guān)概念1 1 1信息與數(shù)據(jù) 1 信息 信息特征及作用信息是新的 有用的事實和知識 信息具有四個基本特征 內(nèi)容是關(guān)于客觀事物或思想方面的知識 有用的 人們活動的必需知識 能夠在空間和時間上傳遞 需要一定的形式表示 與其表現(xiàn)符號不可分離 信息的作用 提高人們對事物的認(rèn)識 減少活動的盲目性 社會機體進行活動的紐帶 社會的各個組織通過信息網(wǎng)相互了解并協(xié)同工作 使整個社會協(xié)調(diào)發(fā)展 管理活動的核心 目的性 18 數(shù)據(jù)是用于承載信息的物理符號 是信息的最佳表現(xiàn)形式 正確的數(shù)據(jù)可表達信息 錯誤的 虛假的數(shù)據(jù)不是信息 數(shù)據(jù)的4個特征 1 數(shù)據(jù)有 型 和 值 之分 如intI 10 2 數(shù)據(jù)受數(shù)據(jù)類型和取值范圍的約束 如 性別3 數(shù)據(jù)有定性表示和定量表示之分 如優(yōu)良中差4 數(shù)據(jù)應(yīng)具有載體和多種表現(xiàn)形式 如紙張 硬盤等 2 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)和信息的關(guān)系及數(shù)據(jù)的特征 信息 數(shù)據(jù) 舉例 暗送秋波 19 1 數(shù)據(jù)管理 收集信息 將信息用數(shù)據(jù)表示并按類別組織保存 在需要的時候能夠提供數(shù)據(jù) 其他數(shù)據(jù)處理的核心和基礎(chǔ) 2 數(shù)據(jù)加工 對數(shù)據(jù)變換 抽取和運算 得到更有用的數(shù)據(jù) 指導(dǎo)或控制人的行為或事物的變化 如 CPI數(shù)據(jù) 3 數(shù)據(jù)傳播 在空間或時間上以各種形式傳播信息 而不改變數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) 性質(zhì)和內(nèi)容 使更多的人得到信息 1 數(shù)據(jù)處理及分類 1 1 2數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫 20 1 組織和保存數(shù)據(jù)將收集到的數(shù)據(jù)合理地分類組織 將其存儲在物理載體上 使數(shù)據(jù)能夠長期地保存 2 進行數(shù)據(jù)維護根據(jù)需要插入新數(shù)據(jù) 修改原數(shù)據(jù)和刪除失效數(shù)據(jù)的操作 3 提供數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能以便快速地得到需要的正確數(shù)據(jù) 滿足各種使用要求 數(shù)據(jù)管理是其他數(shù)據(jù)處理的核心和基礎(chǔ) 2 數(shù)據(jù)管理及內(nèi)容 21 數(shù)據(jù)庫方法與文件方法相比 具有以下兩個特征 1 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)整體性 2 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)共享性 不同的用戶可按各自的用法使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 多個用戶可以同時共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)資源 數(shù)據(jù)庫 DB 是一個按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和管理數(shù)據(jù)的計算機軟件系統(tǒng) 含義1 數(shù)據(jù)庫是一個實體 倉庫 含義2 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的新方法和新技術(shù) 3 數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的性質(zhì) 22 專門用于管理數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)軟件 為數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)的定義 建立 維護 查詢和統(tǒng)計等操作功能 并完成對數(shù)據(jù)完整性 安全性進行控制的功能 2 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 凡使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)都稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)攜帶有足夠的數(shù)據(jù)量 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)可以被劃分為 數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng) 如電話 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 管理信息系統(tǒng) 如文獻檢索系統(tǒng) 1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 1 1 3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 23 4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點 一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)由計算機硬件 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫管理員等5部分構(gòu)成 1 信息管理系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)的 2 信息管理系統(tǒng)一般采用功能選單方式控制程序 3 信息管理系統(tǒng)的功能模塊大致相同 3 管理信息系統(tǒng)及特點 24 1 2數(shù)據(jù)庫技術(shù)及發(fā)展 數(shù)據(jù)庫起源于20世紀(jì)50年代 當(dāng)時是美國為了戰(zhàn)爭的需要 把各種情報集中到一起 存儲在計算機里 稱為InformationBase或Database 1963年IDS系統(tǒng)投入運行 揭開了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的序幕 20世紀(jì)70年代是數(shù)據(jù)庫蓬勃發(fā)展時代 網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占據(jù)了整個數(shù)據(jù)庫的商用市場 20世紀(jì)80年代 關(guān)系數(shù)據(jù)庫逐漸取代網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占據(jù)了市場 20世紀(jì)90年代 關(guān)系數(shù)據(jù)庫成為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主流 人工管理階段 50年代中期以前 文件系統(tǒng)階段 50年代后期 60年代中期 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 60年代后期開始 25 1 手工管理階段不保存大量的數(shù)據(jù) 2 手工管理階段沒有軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理 3 手工管理階段基本上沒有 文件 概念 4 手工管理階段一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序 1 2 1手工管理數(shù)據(jù)階段 背景計算機主要用于科學(xué)計算 數(shù)據(jù)量小 結(jié)構(gòu)簡單 如高階方程 曲線擬合等 數(shù)據(jù)不保存在計算機內(nèi)部 而是存儲在磁帶 卡片 紙帶 沒有磁盤等直接存取設(shè)備 沒有專用數(shù)據(jù)管理軟件 數(shù)據(jù)和程序之間不獨立 對程序的要求高 程序設(shè)計和維護困難 如Fortran語言 數(shù)據(jù)是面向程序的 每一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序 兩個程序之間不能共享數(shù)據(jù) 26 1 文件管理階段的數(shù)據(jù)管理特點 數(shù)據(jù)以文件的形式長久地被保存在計算機的外存中 有專門的數(shù)據(jù)管理軟件提供數(shù)據(jù)存取 查詢及維護功能 文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)文件已經(jīng)具有多樣化 文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取是以記錄為單位的 1 2 2文件系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)管理特點和缺陷 計算機不但用于科學(xué)計算 還用于管理 外存有了磁盤 磁鼓等直接存取設(shè)備有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件 一般稱為文件系統(tǒng) 文件存儲空間的管理 目錄管理 文件讀寫管理 文件保護 向用戶提供操作接口 27 1 文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余度 Redundancy 大 2 文件系統(tǒng)中缺乏數(shù)據(jù)與程序獨立性 文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)文件是為某一特定應(yīng)用服務(wù)的 數(shù)據(jù)文件的可重復(fù)利用率非常低 當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變時 必須修改它的應(yīng)用程序 同時也要修改文件結(jié)構(gòu)的定義 3 應(yīng)用程序的改變將影響到文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變 2 文件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理上的主要缺點 28 1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計時面向數(shù)據(jù)模型對象2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余度小 數(shù)據(jù)共享度高1 系統(tǒng)現(xiàn)有用戶或程序可以共同享用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 2 當(dāng)系統(tǒng)需要擴充時 新用戶或新程序還可以共享原有的數(shù)據(jù)資源 3 多用戶或多程序可以在同一時刻共同使用同一數(shù)據(jù) 1 2 4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)特點 29 1 數(shù)據(jù)的物理獨立性 PhysicalDataIndependence 應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu) 也稱物理結(jié)構(gòu) 的依賴程度 數(shù)據(jù)物理獨立性高是指當(dāng)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時 應(yīng)用程序不需要修改也可以正常工作 2 數(shù)據(jù)的邏輯獨立性 LogicalDataIndependence 應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)的依賴程度 數(shù)據(jù)邏輯獨立性高是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)改變時 它們對應(yīng)的應(yīng)用程序不需要改變?nèi)钥梢哉＿\行 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和程序之間具有較高的獨立性 30 5 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)的安全性控制指保護數(shù)據(jù)庫 以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)泄漏 破壞和更改 數(shù)據(jù)的完整性控制指為保證數(shù)據(jù)的正確性 有效性和相容性 防止不符合語義的數(shù)據(jù)輸入或輸出所采用的控制機制 數(shù)據(jù)的并發(fā)控制指排除由于數(shù)據(jù)共享 即用戶并行使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)時 所造成的數(shù)據(jù)不完整和系統(tǒng)運行錯誤問題 數(shù)據(jù)恢復(fù)通過記錄數(shù)據(jù)庫的日志文件和定期做數(shù)據(jù)備份 保證數(shù)據(jù)在受到破壞時 能夠及時使數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到正確狀態(tài) 4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過DBMS進行數(shù)據(jù)控制 張三 男 1990年生 電信10級 漢族 31 1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要的硬件資源及對硬件的要求 1 計算機內(nèi)存要盡量大 2 計算機外存也要盡量大 3 計算機的數(shù)據(jù)傳輸速度要快 2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件組成 操作系統(tǒng) OS 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 主語言系統(tǒng) 應(yīng)用程序軟件和數(shù)據(jù)庫 1 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 32 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員由開發(fā)人員 軟件使用人員及軟件管理人員組成 職責(zé)為 1 參與數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 2 參與決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取策略的工作 3 負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性條件 4 負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護和數(shù)據(jù)恢復(fù)工作 5 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的改進和重組 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員組成及數(shù)據(jù)庫管理員的職責(zé) 33 2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件組成 操作系統(tǒng) 所有計算機軟件的基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 有關(guān)數(shù)據(jù)庫管理的系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)軟件 為數(shù)據(jù)庫開發(fā)提供環(huán)境支持 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)庫的相關(guān)操作 34 1 數(shù)據(jù)定義功能 能夠提供數(shù)據(jù)定義語言 簡稱DDL 和相應(yīng)的建庫機制 用戶利用DDL可以方便地建立數(shù)據(jù)庫 2 數(shù)據(jù)操縱功能 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的插入 修改 刪除 查詢 統(tǒng)計等數(shù)據(jù)存取操作的功能 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通過提供數(shù)據(jù)操縱語言 DML 實現(xiàn)其數(shù)據(jù)操縱功能 1 宿主型DML 只能嵌入到其他高級語言中使用 不能單獨使用 2 自主型DML 即可嵌入其他主語言使用 也可獨立使用 3 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能 指數(shù)據(jù)的載入 轉(zhuǎn)儲 重組織功能及數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)功能 指數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的修改 變更及擴充功能 4 數(shù)據(jù)庫的運行管理功能 包括并發(fā)控制 數(shù)據(jù)的存取控制 數(shù)據(jù)完整性條件的檢查和執(zhí)行 數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的維護等 1 3 2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 35 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型用數(shù)據(jù)描述語言給出的精確描述稱為數(shù)據(jù)模式 數(shù)據(jù)庫的模式由外模式 模式和內(nèi)模式三級模式組成 1 3 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級數(shù)據(jù)模式結(jié)構(gòu) 36 1 邏輯模式 Schema 及概念數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述 一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能有一個邏輯模式 2 外模式 ExternalSchema 及用戶數(shù)據(jù)庫對各個用戶或程序所涉及到的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)特征的描述 以子模式為