第1章数据库技术概述课件.ppt

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1、2022年12月3日星期六,第1章 数据库技术概述,2022年12月3日星期六,内 容,1.1 数据库的作用及相关概念1.2 数据库技术与发展 1.3 数据库系统结构1.4 数据模型小结,2022年12月3日星期六,1.1 数据库的作用及相关概念,1.1.1 数据与信息1.1.2 数据管理与数据库1.1.3 数据库管理系统与管理信息系统,2022年12月3日星期六,1.1.1 数据与信息,1. 信息2数据,2022年12月3日星期六,信息, 概念 特征 作用,2022年12月3日星期六, 概念 信息泛指通过各种方式传播的，可被感受的数字、文字、图像和声音等符号所表征的某一事物的新的消息、情报和

2、知识。 信息是观念型的东西，是人们头脑对现实事物的抽象反映。它与载体无关。,2022年12月3日星期六, 特征信息的内容是关于客观事物或思想方面的知识，即信息的内容能反映己存在的客观事实、能预测未发生事物的状态和能用于指挥控制事物发展的决策：信息是有用的，它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；信息能够在空间和时间上被传递，在空间上传递信息称为信息通信，在时间上传递信息称为信息存储；信息需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。,2022年12月3日星期六, 作用 可以提高人们对事物的认识，减少人们活动的盲目性； 是社会机体进行活动的

3、纽带，社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作，使整个社会协调发展; 是管理活动的核心，要想把事物管理好，就需要掌握更多的信息，并利用信息进行工作。,2022年12月3日星期六,2数据, 概念 特征 数据与信息的关系,2022年12月3日星期六, 概念数据是记录信息的物理符号，是表达和传递信息的工具。数据是信息的最佳表现形式。在不严格的情况下，对数据和信息两个概念不进行区分。,2022年12月3日星期六, 特征 有“型”和“值”之分 受数据类型和取值范围的约束 有定性表示和定量表示之分 具有载体和多种表现形式,2022年12月3日星期六, 有“型”和“值”之分数据的型：指数据的结构，数据的值

4、：指数据的具体取值。数据的结构：指数据的内部构成和对外联系。,2022年12月3日星期六, 受数据类型和取值范围的约束数据类型是针对不同的应用场合设计的。数据类型不同，数据表示形式、存储方式及数据能进行的操作运算各不相同。值域：数据的取值范围为数据设置值域是保证数据的有效性及避免数据输入或修改时出现错误的重要措施。,2022年12月3日星期六, 有定性表示和定量表示之分定性表示：带有模糊因素的粗略表示方式；定量表示：描述事物的精确表示方式。职工年龄定性表示： “老”、“中”、“青” ；定量表示：具体岁数。,2022年12月3日星期六, 具有载体和多种表现形式 数据是对客观物体或概念的属性的记录

5、，它必须有一定的物理载体。 载体： 纸张、硬盘、软盘、磁带。 表现形式： 报表、图形、语音、不同的语言符号。,2022年12月3日星期六, 数据与信息的关系 数据是信息的载体，信息则是对数据加工的结果，是对数据的解释。,数据,处理器,信息,存储器,请按键,2022年12月3日星期六,1.1.2 数据管理与数据库,1数据处理2数据管理3数据库,2022年12月3日星期六,1数据处理, 概念 分类,2022年12月3日星期六, 概念 围绕着数据所做的工作均称为数据处理。 数据处理是指对数据的收集、组织、整理、加工、存储和传播等工作。,2022年12月3日星期六, 分类 数据管理：主要任务是收集信息

6、、将信息用数据表示并按类别组织保存，其目的是在需要的时候，为各种应用和数据处理提供数据； 数据加工：主要任务是对数据进行变换、抽取和运算，通过数据加工会得到更有用的数据，以指导或控制人的行为或事物的变化趋势； 数据传播：指在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，数据传播会使更多的人得到并理解信息，从而使信息的作用充分发挥出来。,2022年12月3日星期六,2数据管理, 作用 内容,2022年12月3日星期六, 作用 在数据处理中，最基本的工作是数据管理工作。 数据管理是其他数据处理的核心和基础。,2022年12月3日星期六, 内容组织和保存数据：收集到的数据合理地分类

7、组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；数据维护：根据需要随时进行插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能：以便快速得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,2022年12月3日星期六,3数据库, 概念 数据库中数据的性质,2022年12月3日星期六, 概念 数据库是一个长期存储在计算机内、有组织的、可共享的、统一管理的数据集合。它是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。, ,2022年12月3日星期六,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，“数据”和“库”两个概念结合成为“数据库”； 数据库

8、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。,2022年12月3日星期六, 数据库中数据的性质 数据整体性 数据共享性,2022年12月3日星期六, 数据整体性 数据库是一个单位或一个应用领域的通用数据处理系统，它存储的是属于企业和事业部门、团体和个人的有关数据的集合。 数据库中的数据是从全局观点出发建立的，它按一定的数据模型组织、描述和储存，其结构基于数据间的自然联系，从而可提供一切必要的存取路径，且数据不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体的结构化。,2022年12月3日星期六, 数据共享性 数据库中的数据是为众多用户所共享其

9、信息而建立的，它己经摆脱了具体程序的限制和制约。不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据。多个用户可以同时共享数据库中的数据资源，即不同的用户可以同时存取数据库中的同一个数据。 数据共享性不仅满足了各用户对信息内容的要求，同时也满足了各用户之间信息通信的要求。,2022年12月3日星期六,1.1.3 数据库管理系统与管理信息系统,1数据库管理系统2信息系统3管理信息系统,2022年12月3日星期六,1. 数据库管理系统(DBMS),是为数据库的建立、使用和维护而配置的系统软件。它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。 DBMS可以进一步被定义为是可用来管理数据库并与数据库相

10、互作用的工具。 DBMS是提供DB管理的计算机系统软件。DBMS的目标是让用户能够更方便、更有效、更可靠地建立DB和使用DB中的信息资源。,2022年12月3日星期六,2信息系统, 信息系统概念 信息系统的分类,2022年12月3日星期六, 信息系统概念信息系统(Information System)的涵盖面很宽，输入数据并输出信息的系统都称为信息系统。一个信息系统应携带有足够的信息量。,2022年12月3日星期六, 信息系统的分类(按实现的功能)信息传递系统 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：电话、程控交换系统都是信息传递系统。信息处理系统 通过对输入信息进行转换、加

11、工和提取等一系列操作，得出更有价值的新信息，其输出信息在结构和内容方面与输入的源信息相比有较大改变。 信息管理系统 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，人们通常所说的事务管理系统就是典型的信息管理系统。,2022年12月3日星期六,3. 管理信息系统(MIS),MIS帮助人们完成原来需要手工处理的复杂工作，它不仅能明显地提高工作效率，降低劳动强度，而且能提高信息管理的质量或水平。 MIS：更合理地组织数据和更科学地管理数据，为控制事务发展提供控制信息，为预测事务变化的状态提供事务发展趋势信息和变化规律的信息。 MIS以数据库技术为基础，它的核心是数据库。,2022年1

12、2月3日星期六,1.2 数据管理技术的发展,1.2.1 手工管理阶段1.2.2 文件系统阶段1.2.3 数据库系统阶段,2022年12月3日星期六,1.2.1 手工管理阶段,20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。硬件存储设备主要有磁带、卡片机、纸带机等，还没有磁盘等直接存取的存储设备。软件上也处于初级的阶段，没有操作系统（OS）和管理数据的工具。数据处理方式是批处理。数据的组织和管理完全靠程序员手工完成。, ,2022年12月3日星期六,该阶段数据管理效率很低，特点： 数据不保存 没有对数据进行管理的软件系统 没有文件的概念 一组数据对应于一个程序，数据面向应用,2022年12月3

13、日星期六,手工管理阶段的特点,2022年12月3日星期六,1.2.2 文件系统阶段,20世纪50年代后期到60年代中期，计算机应用领域拓宽，不仅用于科学计算，还大量用于数据管理。在文件系统阶段中，计算机外存储器有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。计算机软件的OS中己经有了专门的管理数据软件，即所谓的文件系统。文件系统的处理方式不仅有文件批处理，而且还能够联机实时处理。, ,2022年12月3日星期六,数据管理的特点： 数据需要长期保留在外存上供反复使用 程序和数据之间有了一定的独立性 文件的形式已经多样化 数据的存取基本以记录为单位,2022年12月3日星期六,文件系统阶段程序和数据之间的关系

14、,2022年12月3日星期六,1.2.3 数据库系统阶段,20世纪60年代后期，计算机被越来越多地应用于管理领域，且规模越来越大，因此数据量也急剧增长。人们对数据共享的要求越来越强烈。“数据库”的概念应运而生。, ,2022年12月3日星期六,用数据库管理数据有如下的特点： 数据结构化 数据共享 减少了数据冗余 有较高的数据独立性 方便的用户接口 统一的数据管理与控制功能, ,2022年12月3日星期六, 数据结构化在文件系统阶段，只考虑了同一文件记录内部数据项之间的联系，而不同文件的记录之间是没有联系的，也就是说，从整体上看数据是无结构的。在数据库中，实现了整体数据的结构化，把文件系统中简单

15、的记录结构变成了记录和记录之间的联系所构成的结构化数据。在描述数据的时候，不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。数据之间的联系通过存取路径来实现，把相关的数据有机地组织在一起。,2022年12月3日星期六, 数据共享数据库中的数据是考虑所有用户的数据需求、面向整个系统组织的，而不是面向某个具体应用的。因此数据库中包含了所有用户的数据成分，但每个用户通常只用到其中一部分数据。不同用户所使用的数据可以重叠，同一部分数据也可为多用户共享，如图所示。,2022年12月3日星期六, 减少了数据冗余在数据库方式下，用户不是自建文件，而是取自数据库中的某个子集，它并非独立存在，而是靠DBMS从数据库中

16、映射出来的，所以叫做逻辑文件。如图所示，用户使用的是逻辑文件，因此尽管一个数据可能出现在不同的逻辑文件中，但实际上的物理存储只可能出现一次，减少了数据冗余。,2022年12月3日星期六, 有较高的数据独立性数据独立性是指数据库中的数据与应用程序之间不存在依赖关系，而是相互独立的。,2022年12月3日星期六, 方便的用户接口用户不仅可以通过数据库系统提供的查询语言交互式命令来操纵数据库，也可以通过程序方式编程来操纵数据库，这样就拓宽了数据库的应用面。,2022年12月3日星期六, 统一的数据管理与控制功能数据库中的数据不仅要由数据库管理系统进行统一的管理，同时还要进行统一的控制。主要的控制功能

17、有： 数据的完整性 数据的安全性 并发控制 数据库的恢复,2022年12月3日星期六, 数据的完整性数据的完整性在DB的应用中是很重要的，为了保证DB的正确性，要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。,2022年12月3日星期六, 数据的安全性要保护DB以防止不合法的使用，避免数据的丢失、被窃取。在实际的应用中，并非每个应用都应该存取DB中的全部数据。它可能仅仅是对DB中的一部分数据进行操作。,2022年12月3日星期六, 并发控制当多个用户同时存取、修改DB中的数据时，可能会发生相互干扰，使DB中数据的完整性受到破坏，而导致数据的不一致性、DB的并发控制

18、防止了这种现象的发生，提高了DB的利用率。,2022年12月3日星期六, DB的恢复当出现软硬件的故障，数据库系统应具有恢复能力，能把DB恢复到最近某个时刻的正确状态。,2022年12月3日星期六,1.3 数据库系统结构,1.3.1 DB体系结构1.3.2 数据库系统的组成1.3.3 DB应用系统体系结构, ,2022年12月3日星期六,数据库系统(DBS)：是实现有组织、动态地存储大量相关的结构化数据、方便各类用户访问数据库的计算机软/硬件资源的集合。可从不同的层次或不同的角度来分析DBS结构：从DBMS的角度来看，DBS通常采用三级模式结构，这是DBMS内部的系统结构，通常称作数据库体系结

19、构；从数据库最终用户的角度看，DBS结构也可以说就是面向用户的数据库应用系统，它可以分为三个层次和多种类型，这是DBS外部的体系结构，简称DBS体系结构或者数据库应用系统体系结构。,2022年12月3日星期六,1.3.1 DB体系结构,1三级模式结构2两级映像3两级数据独立性4DB的抽象层次5数据库的数据模式与数据模型的关系, ,2022年12月3日星期六,DB体系结构：DB的总框架。 DBS在总的体系结构上具有：外部级、概念级、内部级三级结构的特征 外部级：最接近用户，是单个用户所能看到的数据特性； 概念级：涉及所有用户的数据定义； 内部级：最接近物理存储设备,涉及到物理数据存储的结构； 三

20、级结构称为：DB的体系结构，也称为“三级模式结构”，或“数据抽象的三个级别”。,2022年12月3日星期六,1三级模式结构,模式: 对DB中全体数据的逻辑结构和特征的描述，数据模式是DB的框架，反映的是DB中数据的结构及其相互关系。 DB的三级模式： 概念模式 外模式 内模式, ,2022年12月3日星期六,DB的三级模式结构,2022年12月3日星期六, 概念模式(模式、DB模式、逻辑模式),DB中全部数据整体逻辑结构和特征的描述。是现实世界中一个组织或部门实体及其联系的抽象模型在具体DBS中的实现。一个DB只有一个概念模式，是DBS三级模式结构的中间层。是DB中全体数据的逻辑描述，而不是D

21、B本身，它是装配数据的一个结构框架。概念模式由DBMS提供的DDL来定义和描述。,2022年12月3日星期六, 外模式(子模式、用户模式),是用户观念下局部数据结构的逻辑描述，是DB用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。是用户与DBS之间的接口。不同用户的外模式不相同。一个DB可以有多个外模式，外模式表示了用户所理解的实体、实体属性和实体间的联系。外模式是概念模式的一个逻辑子集。外模式由DBMS提供的DDL来定义和描述。, ,2022年12月3日星期六,设置外模式的优点：方便用户使用，简化用户接口；保证数据的独立性；有利于数据共享；有利于数据安全和保密。,2022年12月3日星期

22、六, 内模式(存储模式),是对DB中数据物理结构和存储方式的描述，是数据在DB内部的表示形式。一个DB只有一个内模式。在内模式中规定了所有数据的物理组织，以及优化性能、响应时间和存储空间需求等信息。是DBMS管理的最低层，它是物理存储设备上存储数据时的物理抽象。内模式由DBMS提供的DDL来定义和描述。, ,2022年12月3日星期六,分层抽象的DB结构可归纳为4点： 对一个DB的整体逻辑结构和特征的描述，即DB的概念结构是独立于DB其他层次结构即内模式的描述。 当定义DB的层次结构时，应首先定义全局逻辑结构，而全局逻辑结构是根据整体数据规划时得到的概念结构，结合选用的数据模型定义的。, ,2

23、022年12月3日星期六,一个DB的内模式依赖于概念模式，它具体地将概念模式中所定义的数据结构及其联系进行适当的组织，并给出具体存储策略，以最优的万式提高时空效率。 内模式独立于外模式，也独立于具体的存储设备。,2022年12月3日星期六,用户逻辑结构即外部模式是在全局逻辑结构描述的基础上定义的，它独立于内模式和存储设备。,2022年12月3日星期六,特定的应用程序是在外模式描述的逻辑结构上编写的，它依赖于特定的外模式。 由于应用程序只依赖于外模式，所以也独立于内模式和存储设备，并且概念模式的改变不会导致相对应的外模式的变化，应用程序也独立于概念模式。,2022年12月3日星期六,2两级映像,

24、DBS的三级模式是对数据进行三个级别的抽象，使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在机器中的具体表示方式和存储方式。为实现三个抽象级别的联系和转换，DBMS提供两个层次的映像： 外模式/概念模式映像 概念模式/内模式映像 映像:是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。,2022年12月3日星期六, 外模式/概念模式映像定义各外模式与概念模式间的映像关系。对应于同一个概念模式可有多个外模式,每个外模式,DBS都有一个外模式/概念模式映像,它定义了该外模式与概念模式间的对应关系。映像定义常在各自的外模式中加以描述。,2022年12月3日星期六, 概念模式/内模式映像定义DB全局逻辑

25、结构与存储结构间的对应关系。因这两级的数据结构可能不一致，即记录类型、字段类型的命名和组成可能不一样，故该映像说明概念记录和内部记录间的对应性。概念模式/内模式映像一般是在内模式中加以描述。,2022年12月3日星期六,3两级数据独立性, 物理数据独立性若修改DB的内模式(DB的物理结构有所变化),则只修改概念模式/内模式映像即可。可使概念模式尽可能保持不变,即对内模式的修改尽量不影响概念模式,对外模式和应用程序的影响则更小。 逻辑数据独立性若修改DB的概念模式(增加记录类型或增加数据项),则只修改外模式/概念模式映像,可使外模式和应用程序尽可能保持不变。, ,2022年12月3日星期六,DB

26、三级模式体系结构是数据管理的结构框架,按照其组织的数据是DB的内容。设计DB时,主要是定义DB的各级模式;在用户使用DB时,关心的是DB的内容。DB的模式通常是相对稳定的,而DB的数据则是经常变化的。,2022年12月3日星期六,4DB的抽象层次,DBS的三级模式结构定义了DB的三个抽象层次： 物理DB 概念DB 逻辑DBDB的三种不同模式只是提供处理数据的框架，而填入这些框架中的数据才是DB的内容。根据三级模式结构引出的DB抽象层次，是从不同角度观察DB的视图。,2022年12月3日星期六, 物理DB(系统程序员视图，或数据的存储结构)以内模式为框架的DB称为物理DB。DB中最里面的一个层次

27、，是物理存储设备上实际存储着的数据集合(原始数据)。是系统程序员用文件方式组织的一个个物理文件(存储文件)。他们编制专门的存取程序，实现对文件中数据的存取。,2022年12月3日星期六, 概念DB以概念模式为框架的DB称为概念DB。它是DB结构中的中间层次,是DB的整体逻辑表示，它描述每一个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系。概念DB描述了DBS所有对象的逻辑关系，不涉及它们的物理存储情况。概念DB本身并不是一个实际存在的DB，而是实际存在的物理DB的一种逻辑描述。数据库管理员概念下的DB，称DB管理员的视图。,2022年12月3日星期六, 逻辑DB以外模式为框架的DB称为逻辑DB。它是DB结构

28、最外一层，是用户所看到和使用的DB，故称为用户DB或用户视图。逻辑DB是某个或某些用户使用的数据集合，即用户看到和使用的那部分数据的逻辑结构(称为局部逻辑结构)。用户根据系统提供的外模式用查询语言或应用程序对DB的数据进行所需的操作。, ,2022年12月3日星期六,对一个DBS而言,实际存在的是物理DB,它是数据访问的基础。概念DB是物理DB的抽象表示，用户DB是概念DB的部分抽取，是用户与DB的接口。DBMS的中心工作之一就是完成三个层次DB之间的转换，把用户对DB的操作转化成对物理DB的操作。DBMS实现映像的能力，将直接影响该DBS能够达到的数据独立性的程度。,2022年12月3日星期

29、六,5DB的数据模式与数据模型的关系,概念模式和子模式建立在逻辑数据模型上；概念上的区别：数据模式是一个DB的基于特定数据模型的结构定义，它是数据模型中有关数据结构及其相互关系的描述，仅是数据模型的一部分。,2022年12月3日星期六,1.3.2 DBS的组成,1硬件支撑环境2软件系统3DB4人员5DBMS,2022年12月3日星期六,1硬件支撑环境,硬件是存储DB和运行DBMS的物质基础。DBS对硬件的要求：有足够大的内存以存放OS、DBMS例行程序、应用程序、数据库表等；有大容量的直接存取的外存储器，供存放数据和系统副本；有较强的数据通道能力以提高数据处理速度；有些DBS还要求提供网络环境

30、。,2022年12月3日星期六,2软件系统, DBMSDBMS是DBS的核心，用于DB的建立、使用和维护。 支持DBMS运行的OSDBMS向OS申请所需的软/硬件资源，并接受OS的控制和调度，OS是DBMS与硬件之间的接口。 具有与DB接口的高级语言及其编译系统为开发DB应用系统，需要各种高级语言及其编译系统。高级语言必须具有与DB的接口，由其编译系统来识别和转换高级语言中存取DB的语句，以实现对DB的访问。, ,2022年12月3日星期六,以DBMS为核心的应用开发工具软件应用开发工具软件是系统为应用开发人员和最终用户提供的功能强、效率高一组开发工具集。这些开发工具基本上都是可视化的第四代语

31、言开发工具，具有友好的图形用户界面、支持客户机/服务器运行模式，具有较高的应用系统开发效率。 为某种应用环境开发的DB应用程序应用程序是DBS的批处理用户和终端用户借助应用程序、终端命令，通过DBMS访问DB的应用软件。,2022年12月3日星期六,3. 数据库是一个单位或组织需要管理的全部相关数据的集合，它是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的、统一管理的数据集合。它是DBS的基本成分，通常包括两部分内容： 物理数据库 数据字典(DD),2022年12月3日星期六, 物理数据库其中存放按一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的工作数据；,2022年12月3日星期六, 数据字典(DD)其

32、中存放关于DB中各级模式的描述信息，包括所有数据的结构名、意义、描述定义、存储格式、完整性约束、使用权限等信息。因DD包含DBS中的大量描述信息而不是用户数据，故也称为“描述信息库”。结构上DD也是一个DB，为了区分物理DB中的数据和DD的数据，通常称DD中的数据为元数据，组成DD文件的属性称为元属性。DD是DBMS存取和管理数据的基本依据，主要由系统管理和使用。在关系DBS中，DD通常主要包括：表示DB文件的文件、表示DB中属性的文件、视图定义文件、授权关系文件、索引关系文件等。,2022年12月3日星期六,4. 人员 软件开发人员主耍负责DBS的开发设计、程序编制、系统调试和安装工作； 软

33、件使用人员DB最终用户，通过应用系统的用户接口使用DB。主要工作是对DB进行查询和修改。 软件管理人员软件管理人员称为数据库管理员（DBA），他们负责全面地管理和控制DBS。, ,2022年12月3日星期六,DBA其主要职责： 参与DBS的设计与建立； 对系统的运行实行监控； 定义数据的安全性要求和完整性约束条件； 负责DB性能的改进和DB的重组及重构工作。,2022年12月3日星期六,5DBMS, DBMS的工作模式 DBMS的主要功能 DBMS的组成,2022年12月3日星期六, DBMS的工作模式DBMS接受应用程序的数据请求和处理请求,然后将用户的数据请求(高级指令)转换成复杂的机器代

34、码(低层指令),通过其实现对DB的操作,并接受对DB操作而得到的查询结果,同时对查询结果进行处理(格式转换),最后将处理结果返回给用户。,请按键,应用程序,DBMS,数据请求,数据请求,DB,数据（处理结果）,数据（查询结果）, ,2022年12月3日星期六,用户对DB进行操作,是由DBMS把操作从应用程序带到外部级、概念级,再导向内部级,进而通过OS操纵存储器中的数据。DBMS为应用程序在内存开辟一个DB的系统缓冲区,用于数据的传输和格式转换。三级模式结构定义存放在DD中。用户访问DB的过程如图所示。,2022年12月3日星期六, DBMS的主要功能 DB的定义 DB的操纵 DB的运行管理

35、数据组织、存储与管理 DB的保护 DB的维护 通信,2022年12月3日星期六, DB的定义DBMS提供DDL，供用户定义：DB的三级模式结构、两级映像；数据的完整性约束、保密限制等约束。,2022年12月3日星期六, DB的操纵DBMS提供DML实现对数据的操作。基本的数据操作有两类：查询(或检索)更新(包括插入、删除、修改),2022年12月3日星期六, DB的运行管理是DBMS的运行控制、管理功能。包括:多用户环境下的并发控制安全性检查和存取权限控制完整性检查和执行运行日志的组织管理事务的管理和自动恢复,2022年12月3日星期六, 数据组织、存储与管理分类组织、存储和管理各种数据，包括

36、数据字典(亦称系统目录)、用户数据、存取路径等等; 确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。基本目标：是提高存储空间利用率，选择合适的存取方法提高存取(如随机查询、顺序查询、增加、删除、修改)效率。,2022年12月3日星期六, DB的保护DB中的数据是信息社会的战略资源，对数据的保护是至关重要的大事。DBMS对DB的保护通过四个方面实现： DB的恢复 DB的并发控制 数据完整性控制 数据安全性控制DBMS的其他保护功能还有系统缓冲区的管理以及数据存储的某些自适应调节机制等。,2022年12月3日星期六, DB的维护这一部分包括DB的数据载入、转换、转储，D

37、B的改组以及性能监控等功能。这些功能分别由各个实用程序完成。,2022年12月3日星期六, 通信 DBMS具有与操作系统的联机处理、分时系统及远程作业输入的相应接口，负责处理数据的传送。对网络环境下的DBS，还应包括DBMS与网络中其他软件系统的通信功能；DB之间的互操作功能。,2022年12月3日星期六, DBMS的组成DBMS由数据和元数据、存储管理器、查询处理器、事务管理器、查询、模式更新和更新等部分组成，如图所示。,2022年12月3日星期六,1.3.3 DB应用系统体系结构,1三个层次2结构类型, ,2022年12月3日星期六,DB应用系统体系结构：指DBS中数据存储层、业务处理层、

38、界面表示层以及网络通讯之间的布局与分布关系。,2022年12月3日星期六,1三个层次, 数据存储层：主要完成对DB中数据的各种维护操作；这一层的功能一般由DBS来承担。 业务处理层：也可称为应用层，它是DB应用将要处理的与用户紧密相关的各种业务操作；该层次上的工作通常使用有关的程序设计语言的编程来完成； 界面表示层：也称为用户界面层，是用户向DBS提出请求和接收回答的地方，它主要用于DBS与用户之间的交互，它是DB应用系统提供给用户的可视化的、图形操作界面。,2022年12月3日星期六,2结构类型, 单用户结构 集中式结构 客户机/服务器结构 浏览器/服务器结构,2022年12月3日星期六,

39、单用户结构可以运行在PC机上的DBS称为桌面型DBMS。桌面型DBMS虽在数据的完整性、安全性、并发性等方面存在许多缺陷，但已基本实现了DBMS所应具备的功能。在桌面型DBMS中，数据存储层、业务处理层和界面表示层的所有功能都存在于单台PC机上。适合未联网、个人用户及移动用户使用。,2022年12月3日星期六, 集中式结构采用大型主机和多个终端相结合的系统。该结构将OS、应用程序、DBS等数据和资源均放在作为核心的主机上,连接在主机上的终端,只作为主机的一种输入/输出设备。在此体系结构中，数据存储层和业务处理层都放在主机上，而界面表示层放在与主机相连接的各个终端上。,2022年12月3日星期六

40、, 客户机/服务器(C/S)结构在C/S结构中，客户机提出请求，服务器对客户机的服务请求作出回应。C/S结构的本质在于通过对服务功能的分布实现分工服务。每个服务器都为整个局域网系统提供自己最擅长的服务,让所有客户机来分享；客户机的应用程序借助服务器的服务功能实现复杂的应用功能。在C/S结构中，数据存储层处于服务器上，业务处理层和界面表示层处于客户机上。,2022年12月3日星期六, 浏览器/服务器(B/S)结构该结构的DB应用系统中，客户机端仅安装通用的浏览器软件实现同用户的输入/输出，而应用程序在服务器端安装和运行。服务器端，除了有DB服务器保存数据并运行基本的DB操作外，还有称作应用服务器

41、的服务器来处理客户端提交的处理要求。即C/S结构中客户端运行的程序转移到了应用服务器中。应用服务器充当客户机与DB服务器的中介，架起用户界面同DB之间的桥梁,故也称为三层结构。,2022年12月3日星期六,1.4 数据模型,1.4.1 概述1.4.2 层次数据模型1.4.3 网状数据模型1.4.4 关系数据模型1.4.5 面向对象数据模型,2022年12月3日星期六,1.4.1 概述,1数据模型及分类2数据模型的组成,2022年12月3日星期六,1数据模型及分类,模型是对现实世界的抽象。在DB技术中，用模型的概念描述DB的结构与语义，对现实世界进行抽象。即数据模型是现实世界数据特征的抽象，是用

42、来描述数据的一组概念和定义。换言之数据模型是能表示实体类型及实体间联系的模型。按照不同的应用层次可将其划分为： 概念数据模型 逻辑数据模型,2022年12月3日星期六, 概念数据模型(概念模型，也称信息模型)是独立于计算机系统的数据模型，不涉及信息在计算机中的表示，只用来描述某个特定组织所关心的信息结构，是对现实世界的第一层抽象；概念模型是按用户的观点对数据建模，强调其语义表达能力，是用户和DB设计人员之间进行交流的语言和工具。,2022年12月3日星期六, 逻辑数据模型(也称结构数据模型，简称数据模型)它直接面向DB的逻辑结构,是对现实世界的第二层抽象。它直接与DBMS有关,有严格的形式化定

43、义,以便在计算机系统中实现。它通常有一组严格定义的无二义性语法和语义的DB语言，人们可以用这种语言来定义、操纵DB中的数据。该类数据模型有层次模型、网状模型、关系模型等。,2022年12月3日星期六,2数据模型的组成,一个基本数据模型是一组向用户提供的规则，它们规定数据结构如何组织以及允许进行何种操作。数据模型的组成(数据模型的三要素): 数据结构 数据操作 数据的约束条件,2022年12月3日星期六, 数据结构规定如何把基本的数据项组织成较大的数据单位，以描述数据的类型、内容、性质和数据之间的相互关系。它是数据模型最基本的组成部分，规定了数据模型的静态特性。在DBS中通常按照数据结构的类型来

44、命名数据模型。,2022年12月3日星期六, 数据操作是指一组用于指定数据结构的任何有效的操作或推导规则。DB中主要的操作有查询和更新两大类。数据模型要给出这些操作确切的含义、操作规则和实现操作的语言。数据操作规定了数据模型的动态特性。,2022年12月3日星期六, 数据的约束条件是一组完整性规则的集合，它定义了给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定相容的DB状态的集合和可容许的状态改变，以保证DB中数据的正确性、有效性和相容性。完整性约束的定义对数据模型的动态特性作了进一步的描述与限定。每种数据模型都规定有： 通用的完整性约束条件 特殊的完整性约束条件,2022年12月3

45、日星期六, 通用的完整性约束条件通常把具有普遍性的问题归纳成一组通用的约束规则，只有在满足给定约束规则的条件下才允许对DB进行更新操作。例如，关系模型中通用的约束规则是实体完整性和参照完整性。,2022年12月3日星期六, 特殊的完整性约束条件把能够反映某一应用所涉及的数据所必须遵守的特定的语义约束条件定义成特殊的完整性约束条件。例如：关系模型中特殊的约束规则是用户定义的完整性。,2022年12月3日星期六,1.4.2 层次数据模型,1数据结构 2数据操作 3完整性约束 4层次模型的优缺点,2022年12月3日星期六,1数据结构,层次模型用树型结构表示记录类型及其联系。树结构基本特点： 有且只

46、有一个结点没有父结点称根结点； 根以外的其他结点有且只有一个父结点。层次模型中，树的结点是记录型。上层记录型和下层记录型间的联系是1:N，用结点之间的连线表示。这种联系是父子之间的一对多的联系。层次模型中，同一父结点的子结点称为兄弟结点，没有子结点的结点称为叶结点。, ,2022年12月3日星期六,在现实世界中许多实体集之间的联系呈现出一种自然层次关系。例：学校教学单位层次模型,2022年12月3日星期六,2层次模型的数据操作, 查询操作 按给定条件沿一个层次路径查找所需要的记录。 更新操作 插入：先将数据写入系统输入/输出区，再指定由根记录开始的插入层次路径，完成插入操作。 删除：先用查询命

47、令定位到要删除的记录上，使待删除的记录变为当前记录，再用删除命令完成删除任务。 修改：先用查询语句将要修改的记录定位为当前记录，并将该记录读到系统输入/输出区，在其中对数据进行修改，然后用相应命令将修改后的记录值写回到DB中。,2022年12月3日星期六,3层次模型的完整性约束, 层次结构规定除根结点外，任何其他结点不能离开其父结点而孤立存在。 层次模型所体现的记录之间的联系只限于二元1:N或1:1的联系，这一约束限制了用层次模型描述现实世界的能力。 由于层次结构中的全部记录都是以有序树的形式组织起来的,当对某些层次结构进行修改时，不允许改变原DB中记录类型之间的父子联系，这使得DB的适应能力

48、受到限制。, ,2022年12月3日星期六,例如在下图所示的层次DB中，若删除计算机软件教研室，则该教研室所有老师的数据也将全部丢失。,2022年12月3日星期六,4层次模型的优缺点, 优点 结构简单、层次分明,便于在计算机内实现； 为有效地进行数据操纵提供条件； 对层次结构的数据有较高的处理效率； 提供了良好的完整性支持。, ,2022年12月3日星期六, 缺点 层次数据模型缺乏直接表达现实世界中非层次关系实体集间的复杂联系，如多对多的联系只能通过引入冗余数据或引入虚拟记录的方法来解决； 对插入或删除操作有较多的限制； 查询子结点必须通过父结点。,2022年12月3日星期六,1.4.3 网状

49、数据模型,1数据结构2数据操作3完整性约束4网状模型的优缺点,2022年12月3日星期六,1数据结构,网状模型结点间的联系不受层次的限制，可任意发生联系，它的结构是结点的连通图。, ,2022年12月3日星期六,网状模型结构的特点： 有一个以上结点没有父结点； 至少有一个结点有多于一个的父结点。 网状模型可以更直接地描述复杂的现实世界。在具体实现上，只支持1:N联系，对于记录间的M:N联系，可将其转换为1:N联系。 例：学生选课DB网状数据模型,2022年12月3日星期六,2数据操作, 查询操作 通过查询语句和取数语句配合使用实现的。 更新操作 网状数据模型的更新操作分为对记录的更新和对系的更

50、新两类。,2022年12月3日星期六,3完整性约束,网状模型一般没有层次模型那样严格的完整性约束条件，但具体的网状DBS，其数据操纵都加了一些限制，提供了一定的完整性约束。 支持记录键的概念，键即惟一标识记录的数据项的集合； 保证一个联系中父记录和子记录间是一对多的联系； 可支持父记录和子记录间某些约束条件。,2022年12月3日星期六,4网状模型的优缺点, 优点 能够更为直接地描述现实世界； 具有存取效率高等良好性能。, ,2022年12月3日星期六, 缺点 数据结构较复杂，且随应用环境的扩大，DB结构变得更复杂，不便于终端用户掌握； 其DDL、DML较杂，用户掌握使用较困难； 由于记录间联