数据库技术及应用课件第1章数据库系统的基本概念.ppt

第1章 数据库系统的基本概念,1.1 数据库的作用1.2 与数据库相关的概念 1.3 数据库技术及发展 1.4 数据库系统的结构 习题1,1.1 数据库的作用,实例一：2001年10月在上海召开了APEC亚太经合组织会议，鉴于美国刚刚发生“911事件”，为了防止恐怖组织的蓄意破坏，APEC会议中利用高科技手段，实行了非常严密的保安措施，其中的一项是：当代表持代表证入场时，计算机屏幕上立即显示出该代表的信息和相片。,实例二：现在，许多单位都从银行发工资，几乎所有的人都在银行有存款，越来越多的人在银行贷款。当个人存取钱时，输入密码和账号，出纳员在计算机上操作，完成存取账目修改，再收取或支付现金。,下面我们概述数据库技术的作用：(1)当前信息和知识已成为社会发展的动力，信息资源成为人类社会的又一重要支柱，信息处理的能力是社会发展的尺度。,(2)信息技术的发展和应用，对人们具体计算的要求降低了，但对数据的采集、分析、归纳，然后做出解释并提取出有用信息的要求提高了；随着计算机人工智能的发展和使用，对解决问题过程中逻辑推演的要求降低了，但对实际问题构造模型，然后利用计算机处理这个模型，解决实际问题的要求提高了。,(3)国家信息基础设施是计算机技术与网络技术结合的结果，Internet、信息高速公路高速、大容量地传递信息打破了地区、国家的界限，使人们不受时间、空间的限制就可以共享信息资源，随时随地获取所需的信息，信息的获取和利用，增加了决策的科学性，提高了决策的准确性和客观性。,(4)信息技术将彻底改变人们的工作和学习方式。(5)信息社会的特征是技术多样性、业务综合性、行业融合性、市场竞争性、用户选择性。,1.2 与数据库相关的概念,1.2.1 信息与数据 1.信息 计算机的广泛使用将人类社会推进到信息社会，同时也将人类社会淹没在信息的海洋中。那么，什么是信息呢？信息(Information)是客观事物存在方式或运动状态的反映和表述，它存在于我们的周围。简单地说，信息就是新的、有用的事实和知识。,2.信息的特点 信息具有下述六个基本特点：(1)知识性。信息的内容能反映已存在的客观事实，能预测未发生事物的状态并能指挥、控制事物的发展。(2)有用性。信息是人们活动的必需知识，利用信息能够克服工作中的盲目性，增加主动性和科学性，可以把事情办得更好。,(3)实效性。某些信息在某一时刻是有用的信息，过了一段时间后也许就是无用的信息。(4)客观性。信息与客观事物是紧密相联系的。信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在，信息的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消耗能量。(5)传输性。信息可以在信息发送者和接受者之间传输，如信息可以通过报纸、电台、电视、计算机网络等进行传递。(6)共享性。信息与实物不同，它可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。,3.数据 数据(Data)是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。尽管信息有多种表现形式，它可以通过手势、眼神、声音或图形等方式表达，但数据是信息的最佳表现形式。,1.2.2 数据管理与数据库 1.数据处理 数据处理(Data Processing)是指对数据进行收集、组织、整理、加工、存储和传播等工作的过程。数据处理工作分为以下三个方面：(1)数据管理。(2)数据加工。(3)数据传播。,2.数据管理 在数据处理中，最基本的工作是数据管理工作。数据管理(Data Management)是其他数据处理的核心和基础。具体地讲，数据管理工作应包括下面三项内容：(1)组织和保存数据。(2)进行数据维护。(3)提供数据查询和数据统计功能。,3.数据库 数据库(Database)简称为DB，是存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合，它将数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，可被多个不同的用户共享。数据库的概念实际上包含下面两种含义：,(1)数据库是一个实体，它是能够合理保管数据的“仓库”，用户在该“仓库”中存放要管理的事务数据。(2)数据库是数据管理的新方法和技术，它能够更合理地组织数据、更方便地维护数据、更严密地控制数据和更有效地利用数据。,1.2.3 数据库管理系统与数据库应用系统 1.数据库管理系统的功能及作用 数据库管理系统简称DBMS，它是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并具有对数据的完整性、安全性进行控制的功能。,2.数据库应用系统(1)数据传递系统只具有信息交换功能，系统工作中不改变信息的结构和状态，例如电话、程控交换系统都是数据传递系统。(2)数据处理系统通过对输入的数据进行转换、加工和提取等一系列操作，从而得出更有价值的新数据，其输出的数据在结构和内容方面与输入的源数据相比有较大的改变。(3)管理信息系统是具有数据的保存、维护和检索等功能的系统，其作用主要是数据管理，我们通常所说的事务管理系统就是典型的管理信息系统。,3.数据库系统 一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统和数据库管理员五部分构成。,1.3 数据库技术及发展,1.3.1 人工管理 20世纪50年代以前，计算机主要用于数值计算。从当时的硬件看，外存只有纸带、卡片、磁带，没有直接存取的储存设备；从软件看(实际上，当时还未形成软件的整体概念)，那时还没有操作系统，没有管理数据的软件；从数据看，数据量小，数据无结构，由用户直接管理，且数据间缺乏逻辑组织，数据依赖于特定的应用程序，缺乏独立性。人工管理数据示意图如图1-1所示。,图1-1 数据的人工管理,1.3.2 文件系统 20世纪50年代后期到60年代中期，出现了磁鼓、磁盘等直接存取数据的存储设备。1954年出现了第一台商业数据处理电子计算机UNIVACI，标志着计算机开始应用于以加工数据为主的事务处理阶段。这种基于计算机的数据处理系统也就从此迅速发展起来。图1-2为数据的文件系统管理示意图。,图1-2 数据的文件系统管理,1.3.3 数据库技术 数据库的特点是数据不再只针对某一特定应用，而是面向全组织，具有整体的结构性，共享性高，冗余度小，具有一定的程序与数据间的独立性，并且实现了对数据进行统一的控制。图1-3为数据的数据库系统管理示意图。,图1-3 数据库系统,1.面向数据模型对象 数据库设计的基础是数据模型。在进行数据库设计时，要站在全局需要的角度抽象和组织数据；要完整、准确地描述数据自身和数据之间联系的情况；要建立适合整体需要的数据模型。,2.数据冗余度小 数据冗余度小是指重复的数据少。减少冗余数据可以带来以下优点：(1)数据量小可以节约存储空间，使数据的存储、管理和查询都容易实现。(2)数据冗余小可以使数据统一，避免产生数据不一致的问题。(3)数据冗余小便于数据维护，避免数据统计错误。,3.数据共享度高 数据库系统通过数据模型和数据控制机制提高数据的共享性。数据共享度高会提高数据的利用率，使数据更有价值，更容易、方便地被使用。数据共享度高使得数据库系统具有以下三个方面的优点：(1)系统现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据。(2)当系统需要扩充时，再开发的新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。(3)多用户或多程序可以在同一时刻共同使用同一数据。,4.数据和程序具有较高的独立性 由于数据库中的数据定义功能(即描述数据结构和存储方式的功能)和数据管理功能(即实现数据查询、统计和增删改的功能)是由DBMS提供的，因此数据对应用程序的依赖程度大大降低，数据和程序之间具有较高的独立性。,5.统一的数据库控制功能 数据库是系统中各用户的共享资源，数据库系统通过DBMS对数据进行安全性控制、完整性控制、并发控制和数据恢复等。(1)数据的安全性控制是指保护数据库，以防止不合法的使用所造成的数据泄漏、破坏和更改。(2)数据的完整性控制是指为保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入/输出所采用的控制机制。,(3)数据的并发控制是指排除由于数据共享，即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整或系统运行错误问题。(4)数据恢复是通过记录数据库运行的日志文件和定期做数据备份工作，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,6.数据的最小存取单位 在文件系统中，由于数据的最小存取单位是记录，这给使用和操作数据带来许多不便。数据库系统改善了其不足之处，它的最小数据存取单位是数据项，即使用时可以按数据项或数据项组进行存取数据，也可以按记录或记录组存取数据。,1.4 数据库系统的结构,1.4.1 数据库系统的体系结构 数据库系统的体系由支持系统的计算机硬件设备、数据库及相关的计算机软件系统、开发管理数据库系统的人员三部分组成。简单地说，数据库系统中包括硬件、软件和干件。,1.数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求 数据库系统数据量大、数据结构复杂、软件内容多，因而要求其硬件设备能够快速处理它的数据。这就需要硬件的数据存储容量大、数据处理速度和数据输入/输出速度快。在进行数据库系统的硬件配置时，应注意以下三个方面的问题：,(1)计算机内存要尽量大。(2)计算机外存也要尽量大。(3)计算机的数据传输速度要快。,2.数据库系统的软件组成 数据库系统体系结构中的硬件及软件关系如图1-4所示。(1)操作系统。(2)数据库管理系统和主语言编译系统。(3)数据库应用开发系统及工具。(4)数据库应用系统和数据库。,图1-4 数据库系统体系结构中硬件及软件的关系,3.数据库系统的人员组成 数据库系统的人员由软件开发人员、软件管理人员及软件使用人员三部分组成。(1)软件开发人员包括系统分析员、系统设计员及程序设计员，他们主要负责数据库系统的开发设计工作。(2)软件管理人员称为数据库管理员(Data Base Administrator，简称DBA)，他们负责全面管理和控制数据库系统。,(3)软件使用人员即数据库的最终用户，他们利用功能选单、表格及图形用户界面等实现数据的查询及数据管理工作。,4.数据库管理员的职责 数据库管理员(即DBA)的职责为：(1)参与数据库和应用系统的设计。数据库管理员只有参与数据库及应用程序的设计，才可能使自己对数据库结构及程序设计方法了解得更清楚，为以后的管理工作打下基础。,(2)参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作。(3)负责定义数据的安全性要求和完整性条件。(4)负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作。(5)负责数据库的改进和重组。,1.4.2 数据库管理系统的功能结构 1.数据定义功能 数据库管理系统能够提供数据定义语言(Data Description Language，简称DDL)，并提供相应的建库机制。2.数据操纵功能 实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能称为数据操纵功能。,3.数据库的建立和维护功能 数据库的建立功能是指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能。4.数据库的运行管理功能 数据库的运行管理功能是数据库管理系统的核心功能，它包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。,1.4.3 数据库系统的三级数据模式结构 数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。数据模式是数据库的框架。数据库的数据模式由外模式、模式和内模式三级模式构成，其结构如图1-5所示。,图1-5 数据库系统的三级数据模式结构,1.数据库的三级数据模式结构 数据库的三级数据模式是指逻辑模式、外模式、内模式。(1)逻辑模式及概念数据库。逻辑模式也常称模式，它是对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。(2)外模式及用户数据库。外模式也称子模式，它是对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。,(3)内模式及物理数据库。内模式也叫存储模式或物理模式。,2.数据库系统的二级映像技术及作用(1)外模式/模式的映像及作用。外模式/模式之间的映像，定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。(2)模式/内模式的映像及作用。模式/内模式之间的映像，定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系。,习 题 1,1.1 什么是数据？数据有什么特征？数据和信息有什么关系？1.2 数据管理的功能和目标是什么？1.3 什么是数据处理？数据处理的目的是什么？1.4 什么是数据库？数据库中的数据有什么特点？1.5 什么是数据库管理系统？它的主要功能是什么？,1.6 数据冗余能产生什么问题？1.7 什么是数据的整体性？什么是数据的共享性？为什么要使数据有整体性和共享性？1.8 在下面所列出的条目中，哪些是数据库管理系统的基本功能_。A.数据库定义 B.数据库的建立和维护 C.数据库存取 D.数据库和网络中其他软件系统的通信,1.9 在数据库的三级数据模式结构中，内模式有_。A.1个 B.2个 C.3个 D.任意多个1.10 下面列出的条目中，哪些是数据库技术的主要特点_。A.数据的结构化 B.数据的冗余度小C.较高的数据独立性 D.程序的标准化,1.11 数据库系统阶段的数据管理有什么特点？1.12 试述数据库管理员的职责。1.13 试述数据库系统的三级数据模式结构及每级模式的作用。1.14 什么是数据的独立性？数据库系统中为什么能具有数据独立性？1.15 试述数据库系统中的二级映像技术及作用。,