數(shù)據(jù)庫課件數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

21.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫的基本概念1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫的重要性及發(fā)展趨勢

31.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)處理：對數(shù)據(jù)進行收集、儲存、加工和傳播。 其目的有二：從大量原始數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出有價值信息利用計算機科學(xué)地管理這些數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理：對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼儲存、檢索和維護。 數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的中心問題。主要圍繞提高數(shù)據(jù)獨立性、降低數(shù)據(jù)的冗余度、提高數(shù)據(jù)共享性、提高數(shù)據(jù)的安全性和完整性等方面來進行改進，使使用者能有效地管理和使用數(shù)據(jù)資源數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷：人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和高級數(shù)據(jù)庫階段41.1.1人工管理階段1背景

時間：20世紀(jì)50年代中期以前，計算機用于科學(xué)計算 硬件：磁帶、紙帶，無磁盤 軟件：無操作系統(tǒng)和管理軟件 2特點數(shù)據(jù)不保存在計算機內(nèi)。沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進行管理。只有程序（program）的概念，沒有文件（file）的概念。數(shù)據(jù)的組織方式必須由程序員自行設(shè)計與安排。數(shù)據(jù)面向程序。即一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序，數(shù)據(jù)冗余大且不共享。5訪問數(shù)據(jù)1程序1訪問數(shù)據(jù)2程序2訪問數(shù)據(jù)n程序n應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系6？？？1.1.2

文件系統(tǒng)階段1背景

時間：20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，計算機用于科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理硬件：有了磁盤、磁鼓軟件：有了操作系統(tǒng)和專門的數(shù)據(jù)管理軟件(文件系統(tǒng))2特點數(shù)據(jù)以文件形式可長期保存在外部存儲器的磁盤上。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)有了區(qū)別，但比較簡單。文件組織已多樣化。有索引文件、鏈接文件和直接存取文件等。數(shù)據(jù)面向應(yīng)用。即數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以重復(fù)使用。對數(shù)據(jù)的操作以記錄為單位。7應(yīng)用程序1文件1...文件2應(yīng)用程序2...應(yīng)用程序n文件n文件系統(tǒng)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系8數(shù)據(jù)冗余度大由于文件和程序基本上是一一對應(yīng)的，且文件由不同的程序人員在不同的時間產(chǎn)生，就會存在不同的文件格式。當(dāng)不同的程序需要相同的數(shù)據(jù)時，也必須建立各自的文件而不能共享相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)冗余大。數(shù)據(jù)的獨立性差文件是為某一特定應(yīng)用服務(wù)的，若增加新的應(yīng)用，改變了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)就必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)的定義。因此數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨立性。文件系統(tǒng)仍是一個不具有彈性的無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合。完整性文件系統(tǒng)的完整性控制是在程序中進行的，若增加一個約束條件就必須修改應(yīng)用程序；若約束條件與多個文件中的多項數(shù)據(jù)有關(guān)，則在應(yīng)用程序中很難體現(xiàn)。文件系統(tǒng)存在的問題9一致性由于數(shù)據(jù)冗余大，分散在多個文件中，很難保證數(shù)據(jù)之間的一致性。并發(fā)控制若多個用戶同時執(zhí)行同一個程序，會造成寫回文件中的數(shù)據(jù)不正確的情況。例如：兩個用戶同時到銀行對同一個帳戶A進行取款操作（各自取￥30，￥40），設(shè)A的初始值為100，由于沒有進行并發(fā)控制，先完成操作的用戶對數(shù)據(jù)修改可能會被后一個修改所覆蓋，最后存入文件中的值可能為￥70或￥60，結(jié)果不正確。文件系統(tǒng)存在的問題101.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段1背景時間：60年代后期硬件：大容量磁盤，硬件價格下降軟件：軟件價格上升，為編制和維護系統(tǒng)軟件及應(yīng)用 程序所需成本增加2特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)向用戶提供高級接口。查詢的處理和優(yōu)化。并發(fā)控制。數(shù)據(jù)的完整性約束。11DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))121.1.4高級數(shù)據(jù)庫階段1背景時間：20世紀(jì)80年代末開始硬件：硬件技術(shù)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展軟件：產(chǎn)生了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域2特點應(yīng)用的多元化演繹數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、時態(tài)數(shù)據(jù)庫、模糊數(shù)據(jù)庫。131.2數(shù)據(jù)庫的基本概念1.數(shù)據(jù)(Data):描述事物的符號記錄數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象描述事物的符號可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音、語言等。包括數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式和數(shù)據(jù)的解釋兩個部分。

（李明，男，21，1980，江蘇，管理系，2000）表現(xiàn)形式：文字、數(shù)字

數(shù)據(jù)解釋：

李明是個大學(xué)生，1980年出生，男， 江蘇人，2000年考入管理系141．信息信息是現(xiàn)實世界在人腦中的抽象反映，是通過人的感官感知出來并經(jīng)過人腦的加工而形成的反映現(xiàn)實世界中事物的概念。 信息有許多重要的特征：

(1)信息來源于物質(zhì)和能量；

(2)信息是可以感知的；

(3)信息是可以存儲的；

(4)信息是可以加工、傳遞和再生的。15

信息與數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)與信息在概念上是有區(qū)別的，數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，信息是數(shù)據(jù)有意義的表現(xiàn)。 不是所有數(shù)據(jù)都能成為信息，只有抽取加工之后，具有新的事實知識的數(shù)據(jù)才能成為信息。數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理之后成為信息，仍然以數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)，此時數(shù)據(jù)是信息的載體。

事物、信息和數(shù)據(jù)自始至終貫穿于現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界。數(shù)據(jù)庫技術(shù)所研究的問題就是如何科學(xué)地組織、存儲和管理數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。162數(shù)據(jù)庫（Database，DB）17數(shù)據(jù)庫：顧名思義，是存放數(shù)據(jù)的倉庫。人們收集并抽取出一個應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息。數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)庫管理員（DatabaseAdminister，DBA）組成。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。18數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成圖示用戶用戶用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理員204數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)什么是DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。DBMS的用途科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)DBMS的主要功能數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)庫的運行管理數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能1.3數(shù)據(jù)模型21在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。

數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。1.4數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獨立性應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，不受影響數(shù)據(jù)獨立性分為物理數(shù)據(jù)獨立性和邏輯數(shù)據(jù)獨立性兩個級別。物理獨立性是指數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)變化不影響數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，即用戶和用戶程序不依賴于數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。邏輯獨立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造時，如增加新的關(guān)系或?qū)υ嘘P(guān)系增加新的字段等，用戶和用戶程序不會受影響。22

雖然實際的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件產(chǎn)品種類繁多，它們支持不同的數(shù)據(jù)模型，使用不同的數(shù)據(jù)庫語言，建立在不同的操作系統(tǒng)之上，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)各不相同，但從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的角度看，它們在體系結(jié)構(gòu)上通常都具有三級模式的特征（微機上的個別小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除外），并提供兩級映象功能。

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶看到的數(shù)據(jù)和計算機中存放的數(shù)據(jù)是兩回事，它們之間通過兩次映象變換相互聯(lián)系起來。1.4.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫三級模式數(shù)據(jù)模式分為三種：（1）內(nèi)模式（internalschema）：數(shù)據(jù)庫最內(nèi)的一層。它是數(shù)據(jù)庫在物理存儲方面的描述，定義所有內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數(shù)據(jù)控制方面的細節(jié)。（2）概念模式（conceptionalschema）：數(shù)據(jù)庫的邏輯表示，包括每個數(shù)據(jù)的邏輯定義以及數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系（3）外模式（externalschema）：用戶所使用的數(shù)據(jù)庫，是一個或幾個特定用戶所使用的數(shù)據(jù)集合（外部模型），是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，是概念模型的邏輯子集。一個數(shù)據(jù)庫中只有一個內(nèi)模式和一個模式，但可有多個外模式。24數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)和二級功能映射25數(shù)據(jù)按外模式的描述提供給用戶，按內(nèi)模式的描述存儲在磁盤中。模式提供了一種約束其他兩級的相對穩(wěn)定的中間觀點，它使得兩級中的任何一級改變都不受另一級的牽制。模式位于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用無關(guān)。數(shù)據(jù)庫的外模式是面向應(yīng)用程序的，它定義在模式之上，獨立于內(nèi)模式和存儲設(shè)備。模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)，通常它是模式的子集。一方面，對模式中的同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可不同。另一方面，同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用，但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式。每個用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)對他們來說是不可見的。由此可見，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)去管理，使用戶能邏輯的、抽象的處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的具體表示方式與存儲方式。為了能夠在內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式之間提供了外模式/模式映象和模式/內(nèi)模式映象兩級映象。1．外模式/模式映象外模式/模式映象定義了各外模式和模式之間的對應(yīng)關(guān)系。這些映象定義通常包含在各自外模式的描述中。當(dāng)模式改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式/模式映象作相應(yīng)的改變，而外模式仍然保持不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。2．模式/內(nèi)模式映象模式/內(nèi)模式現(xiàn)象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。模式/內(nèi)模式映象是惟一的，該映象定義通常包含在模式描述中。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對模式/內(nèi)模式映象作相應(yīng)的改變，而使模式保持不變，從而保證了數(shù)據(jù)的物理獨立性。數(shù)據(jù)庫的重要性數(shù)據(jù)庫幾乎無處不在銀行:各種事務(wù)航空公司:定票和購票,航班安排大學(xué):注冊和學(xué)籍管理,學(xué)生成績圖書館信息管理系統(tǒng)網(wǎng)上書店管理系統(tǒng)醫(yī)院信息管理系統(tǒng)人事管理信息系統(tǒng)網(wǎng)上訂餐管理系統(tǒng)城市公交查詢系統(tǒng)超市管理系統(tǒng)…

…數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息化社會的支撐技術(shù)。31數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢（1）“四高”:DBMS應(yīng)具有高可靠性、高性能、高可伸縮性和高安全性。（2）“互聯(lián)”:按應(yīng)支持互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用，支持信息系統(tǒng)間“互聯(lián)互訪”，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)交換和共享，支持無線通訊發(fā)展帶來的革命性的變化。（3）“協(xié)同”:面向行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域要求，協(xié)同發(fā)展數(shù)據(jù)庫套件與應(yīng)用構(gòu)件。32小結(jié)數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和高級數(shù)據(jù)庫技術(shù)四個階段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，同時又克服了文件系統(tǒng)的三個缺陷：數(shù)據(jù)的冗余、不一致性和聯(lián)系性差。