2015數(shù)據(jù)庫(kù)原理第一章-概論

數(shù)據(jù)庫(kù)原理教師：聶鐵錚電話：83691218辦公室：信息學(xué)館407E_mail：nietiezheng@/dbcourse/index.html所用教材與參考文獻(xiàn)《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論》作者：薩師煊，王珊，高教出版社《數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)》（DatabaseManagementSystem） 作者：R.Ramakrishnan,J.Gehrke，周立柱等譯，清華大學(xué)出版社《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念》（DatabaseSystemConceptsThirdEdition）作者：AbrahamSilberschatz等，楊冬青等譯，機(jī)械工業(yè)出版社《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》

作者：李建中，王珊，電子工業(yè)出版社《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》

作者：JeffreyD.Ullman等，岳麗華等譯數(shù)據(jù)爆炸!988EB(2010)161EB(2006byIDC)Ack:MasaruKistsuregawa數(shù)據(jù)信息知識(shí)智慧1EB=1,024PB

1PB=1,024TB

1TB=1,024GB1GB=1,024MB

1MB=1,024KB

1KB=1,024B

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的用處近20年迅速發(fā)展,每年為美國(guó)帶來(lái)100億美元的收入主要功能：信息存儲(chǔ)、組織、管理和存取信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和部署的平臺(tái)主要信息源：Internet,Web,科學(xué)研究，電子商務(wù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)主要組成：數(shù)據(jù)模型，存取方法，查詢處理算法，并發(fā)控制，恢復(fù)，查詢語(yǔ)言，用戶接口發(fā)展驅(qū)動(dòng)力：新應(yīng)用、新技術(shù)、新交叉，以及自身的創(chuàng)新課程安排數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述E-R模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型E-R模型到關(guān)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言（SQL）數(shù)據(jù)庫(kù)安全嵌入式編程數(shù)據(jù)庫(kù)查詢處理與查詢優(yōu)化并發(fā)控制技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)關(guān)系數(shù)據(jù)理論第一章：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述通過(guò)本章學(xué)習(xí)了解數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用情況和作用數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展歷史當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究領(lǐng)域當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例曾經(jīng)用來(lái)管理讓人繁瑣的事情

雇員記錄、銀行記錄等數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例航空售票系統(tǒng)（最早使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)）包括信息：座位預(yù)定信息：座位分配、座位確認(rèn)、餐飲選擇航班信息：航班號(hào)、飛機(jī)型號(hào)、機(jī)組號(hào)、起飛地、目的地、起飛時(shí)間、到達(dá)時(shí)間、飛行狀態(tài)等機(jī)票信息：票價(jià)、折扣、有無(wú)等。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例主要功能：查詢?cè)谀骋欢螘r(shí)間內(nèi)從某個(gè)指定城市到另個(gè)指定城市的航班、是否有可以選擇的座位、是否有其他飛機(jī)型號(hào)、飛機(jī)票價(jià)、是否折扣等信息；更新乘客登記航班、分配座位、選擇餐飲等。任何時(shí)候都有許多航空售票代理商訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)、避免賣同一座位。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)出經(jīng)常坐某一航班的乘客信息，并為這些乘客提供優(yōu)惠。系統(tǒng)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)龐大，人工不能提供及時(shí)、準(zhǔn)確服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例超市管理系統(tǒng)包括信息：

商品信息：品名、規(guī)格、產(chǎn)地、類別、單位、單價(jià)等。

供應(yīng)商信息：供應(yīng)商名、地址、聯(lián)系人、住址、電話等。銷售信息：商品、數(shù)量、單價(jià)、金額、銷售日期、收款人、折扣等。

收款人信息：姓名、小組、性別、年齡、電話、地址、身份證等。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例主要功能：

查詢：某類商品信息、供應(yīng)商信息、某類商品銷售情況、暢銷商品、商品銷售金額等。

更新：登記商品信息、供應(yīng)商信息等。對(duì)儲(chǔ)有上萬(wàn)種商品的超市，每天有數(shù)百萬(wàn)銷售記錄，信息統(tǒng)計(jì)量大、人工操作不準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例圖書管理系統(tǒng)包括信息：圖書信息：書號(hào)、書名、作者姓名、出版日期、類型、頁(yè)數(shù)、價(jià)格、出版商名稱等。

作者信息：姓名、身份證號(hào)、性別、出生日期、學(xué)歷、住址、電話等。

出版社信息：名稱、地址、社長(zhǎng)、成立日期等

讀者信息：姓名、借書號(hào)、書名、借書日期、借書數(shù)量等。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用示例主要功能：查詢：某種類型的圖書、瀏覽指定出版商出版的圖書、檢索指定作者的圖書等更新：登記新書信息、作者信息、借閱者信息等對(duì)存書幾百萬(wàn)的圖書館，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作用管理大量數(shù)據(jù)：10TB數(shù)據(jù)，大約可存儲(chǔ)183億個(gè)航班信息，45億本書的簡(jiǎn)要信息，2800萬(wàn)本40頁(yè)圖書的所有內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的新用途現(xiàn)在，數(shù)據(jù)管理的領(lǐng)域覆蓋到所有提供大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，并滋生了很多新的理念Web搜索(Websearch)數(shù)據(jù)挖掘(Datamining)科學(xué)與醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫(kù)集成信息數(shù)據(jù)庫(kù)在Web中無(wú)處不在Google搜索Amazon,eBay查詢數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能：將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)定義到數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)查詢功能：方便地檢索數(shù)據(jù)、插入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)和刪除數(shù)據(jù)控制多用戶訪問(wèn)：許多用戶同時(shí)訪問(wèn)系統(tǒng)，確保不同用戶只能使用自己所需數(shù)據(jù)，不同用戶操作互不干擾確保故障恢復(fù):數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的一些概念數(shù)據(jù)：描述事物的符號(hào)記錄，有多種形式，它們都可以經(jīng)過(guò)數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)的語(yǔ)義：數(shù)據(jù)的含義例如對(duì)于學(xué)生的描述：姓名、性別、年齡、出生年月、籍貫、所在系、入學(xué)時(shí)間(黎明，男，21，1972，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990)(蘇紅，女，20，1973，遼寧，計(jì)算機(jī)系，1990)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)：長(zhǎng)期存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有組織的可共享的數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)：完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)功能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)：數(shù)據(jù)庫(kù)+數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（應(yīng)用系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫(kù)管理員+用戶）數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DBA)：除DBMS完成外，還需專門的人員來(lái)完成，這些人被稱為DBA.數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)管理：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)人工管理階段：數(shù)據(jù)不保存應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)不具獨(dú)立性應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n……數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展文件系統(tǒng)階段：數(shù)據(jù)保存文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享差，冗余大數(shù)據(jù)獨(dú)立性差應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n存取方法……數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化：學(xué)號(hào)姓名性別年齡系別政治面貌籍貫家庭成員學(xué)號(hào)姓名性別年齡系別政治面貌籍貫姓名與本人關(guān)系詳細(xì)情況數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展文件中記錄內(nèi)部有結(jié)構(gòu)，但記錄間無(wú)聯(lián)系901李明男19計(jì)算機(jī)團(tuán)員遼寧沈陽(yáng)李義山父子……張玉母子……李平弟弟……學(xué)號(hào)姓名性別年齡系別政治面貌籍貫姓名與本人關(guān)系詳細(xì)情況屬性名元組一個(gè)關(guān)系(Relation)是一張表(Table)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展學(xué)號(hào)姓名性別年齡系別家庭出身籍貫政治面貌日期地點(diǎn)學(xué)歷名姓名與本人關(guān)系詳細(xì)情況日期獎(jiǎng)懲條目課程號(hào)成績(jī)課程名學(xué)時(shí)…數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化為何用Relations表示?非常簡(jiǎn)單的模型.與我們看待數(shù)據(jù)的方式通常是一致的.支持SQL的抽象模型SQL是當(dāng)今最重要的支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制：安全、完整、并發(fā)、恢復(fù)應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)…人機(jī)交互關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之父E.F.Codd（1923.8.23~2003.4.18）美國(guó)IBM公司系統(tǒng)、嚴(yán)格的提出了關(guān)系模型生平1923年8月23日生于英格蘭中部1948年牛津大學(xué)獲數(shù)學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位1949年美國(guó)求職，IBM程序員1953年移居加拿大（參議員JosephMcCarthy）10年后重返大學(xué)，于1965年在密歇根大學(xué)獲計(jì)算機(jī)與通訊博士學(xué)位1969年EdgarF.“Ted”Codd發(fā)明了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)庫(kù)建立了一個(gè)優(yōu)美的數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)E.F.Codd,“ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks”,《CommunicationoftheACM》,1970,65pagesACM在1983年把該文列為從1958年以來(lái)四分之一世紀(jì)中具有里程碑式意義的25篇論文之一關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)兩個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的原型系統(tǒng)1974,IBM“SystemR”=>SQLUCBerkely,“Ingres”=>QUEL兩系統(tǒng)雙雙獲得ACM的1988年“軟件系統(tǒng)獎(jiǎng)”關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)ThestoryfromIBM1977,IBM完成SystemR原型1982，IBM推出第一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品IBM產(chǎn)品化步伐緩慢的三個(gè)原因IBM重視信譽(yù)，重視質(zhì)量，盡量減少故障IBM是個(gè)大公司，官僚體系龐大IBM內(nèi)部已經(jīng)有層次數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，相關(guān)人員不積極，甚至反對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)ThestoryfromOracleOracle前身叫SDL,由LarryEllison和另兩個(gè)編程人員在1977創(chuàng)辦開(kāi)發(fā)自己的拳頭產(chǎn)品，在市場(chǎng)上大量銷售開(kāi)發(fā)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品做事方法三個(gè)要點(diǎn)第一，不做研究，只做產(chǎn)品開(kāi)發(fā)第二，以盡快推出產(chǎn)品為第一目標(biāo)第三，產(chǎn)品要能夠在銷量較大的平臺(tái)上運(yùn)行一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、兩個(gè)客戶、三種操作系統(tǒng)、五個(gè)人關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)ThestoryfromIngresINGRES(InteractiveGraphicsRetrievalSystem)projectattheUniversityofCaliforniaatBerkeleyataboutthesametimeasSystemRLedtoanacademicversionofINGRESSpawnedthecommercialproductsINGRES(nowINGRESIIfromComputerAssociates)Ingres創(chuàng)始人不愿將QUEL語(yǔ)言交給標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)MikeStonebraker關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)1970年以后，E.F.Codd繼續(xù)完善和發(fā)展關(guān)系理論1972，提出關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算，定義了關(guān)系的并、交、差、投影、選擇、連接的各種基本運(yùn)算創(chuàng)辦了一個(gè)研究所：TheRelationalInstitute和一個(gè)公司Codd&Associations1990年，出版了專著《TheRelationalModelforDatabaseManagement:Version2》1981年11月9日在洛杉磯在召開(kāi)的ACM年會(huì)上，獲圖靈獎(jiǎng)，演講題目為“RelationalDatabase:APracticalFoundationforProductivity”關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由來(lái)C.J.Date是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)領(lǐng)域中非常著名的獨(dú)立撰稿人，學(xué)者和顧問(wèn)。現(xiàn)在在加利福尼亞的海得斯堡工作參與了IBM公司的SQL/DS和DB2兩大產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。他于1983年5月離開(kāi)IBM公司30多年來(lái)，Date先生一直活躍在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中。他是最早認(rèn)識(shí)到Codd在關(guān)系模型方面所做的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)的學(xué)者之一《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)導(dǎo)論》，7ed,8ed《對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)：第三次宣言》（1998他的著作被翻譯為多種語(yǔ)言并廣為傳播，如：中文，荷蘭語(yǔ)，法語(yǔ)，德語(yǔ)，希臘語(yǔ)，意大利語(yǔ)，日語(yǔ)，朝鮮語(yǔ)，波蘭語(yǔ)，葡萄牙語(yǔ)，俄語(yǔ)，西班牙語(yǔ)和盲人用的布利葉文字。主流關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)今天國(guó)際上主流數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都采用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)SystemRUniversityINGRES典型商用系統(tǒng)ORACLEDB2SQLServerSYBASEINFORMIXINGRES……數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶用戶用戶數(shù)據(jù)庫(kù)管理員數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)硬件操作系統(tǒng)DBMS

編譯系統(tǒng)

應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具編譯系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型：是一組概念的集合，用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征進(jìn)行抽象。按應(yīng)用目的不同分為：概念模型和數(shù)據(jù)模型，學(xué)生選課為例。概念模型：按用戶觀點(diǎn)建模，用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型：按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀點(diǎn)建模，用于DBMS的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界信息世界機(jī)器世界概念模型數(shù)據(jù)模型學(xué)生課程選課數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)表示方法，例如：關(guān)系模型=表(table);半結(jié)構(gòu)化模型=樹(trees)/圖(graphs).數(shù)據(jù)上的操作約束數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從最終用戶角度看：集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)角度看：三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念模式：是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，模式是相對(duì)穩(wěn)定的（學(xué)生選課）。實(shí)例：模式的一個(gè)具體值模式(Schema)關(guān)系模式=關(guān)系名+屬性列表根據(jù)需要：屬性類型例如：Students(sname,sage,…)orStudents(sname:string,sage:int)數(shù)據(jù)庫(kù)=關(guān)系的集合數(shù)據(jù)庫(kù)模式

=在數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)系模式的集合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式1外模式2外模式n模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式/模式模式/內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象功能數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式：保證數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性模式/內(nèi)模式：定義全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之