第1章 数据库系统概论课件.ppt

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1、Visual FoxPro数据库原理与应用 第1章数据库基本知识 本本 章章 要要 点点n数据库管理技术发展的三个阶段n数据库系统的组成n数据库管理系统的功能思考题 1.1.1 数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展，数据处理及时地应用了这一先进的技术手段，使数据处理的效率和深度大大提高，也促使数据处理和数据管理的技术得到了很大的发展，其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理等四个阶段。 1.1数据库管理技术的发展 1.1.2 数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展，数据处理及时地应用了这一先进的技术手段，使数据处理的效率和深度大大提高，也促使数据处理和数据

2、管理的技术得到了很大的发展，其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理等四个阶段。 1.1.2 数据处理 数据处理就是将数据转换为信息的过程。数据处理的内容主要包括：数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律和及其相互联系，通过分析、归纳、推理等科学方法，利用计算机技术、数据库技术等技术手段，提取有效的信息资源，为进一步分析、管理、决策提供依据。 数据处理也称信息处理。 例如，学生各门成绩为原始数据，经过计算得出平均成绩和总成绩等信息，计算处理的过程就是数据处理。要 点 1 1人工管

3、理阶段人工管理阶段 早期的计算机主要用于科学计算，计算处理的数据量很小，基本上不存在数据管理的问题。从50年代初开始，开始将计算机应用于数据处理。当时的计算机没有专门管理数据的软件，也没有像磁盘这样可随机存取的外部存储设备，对数据的管理没有一定的格式，数据依附于处理它的应用程序，使数据和应用程序一一对应，互为依赖。 由于数据与应用程序的对应、依赖关系，应用程序中的数据无法被其他程序利用，程序与程序之间存在着大量重复数据，称为数据冗余；同时，由于数据是对应某一应用程序的，使得数据的独立性很差，如果数据的类型、结构、存取方式或输入输出方式发生变化，处理它的程序必须相应改变，数据结构性差，而且数据不

4、能长期保存。 在人工管理阶段，应用程序与数据之间的关系所示。 应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组n 如图1-1 2文件管理阶段文件管理阶段 从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段，应用程序通过专门管理数据的软件即文件系统管理来使用数据。由于计算机存储技术的发展和操作系统的出现，同时计算机硬件也已经具有可直接存取的磁盘、磁带及磁鼓等外部存储设备，软件则出现了高级语言和操作系统，而操作系统的一项主要功能是文件管理，因此，数据处理应用程序利用操作系统的文件管理功能，将相关数据按一定的规则构成文件，通过文件系统对文件中的数据进行存取、管理，实现数据的文件管理方式。 文件管理阶段

5、中，文件系统为程序与数据之间提供了一个公共接口，使应用程序采用统一的存取方法来存取、操作数据，程序与数据之间不再是直接的对应关系，因而程序和数据有了一定的独立性。但文件系统只是简单地存放数据，数据的存取在很大程序上仍依赖于应用程序，不同程序难于共享同一数据文件，数据独立性较差。此外，由于文件系统没有一个相应的模型约束数据的存储，因而仍有较高的数据冗余，这又极易造成数据的不一致性。 在文件管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-2所示。 操作系统应用程序n应用程序2数据组2数据组n应用程序1数据组1如图1-2 3数据库管理阶段数据库管理阶段 数据库管理阶段是60年代末在文件管理基础上发展起来的

6、。随着计算机系统性价比的持续提高，软件技术的不断发展，人们克服了文件系统的不足，开发了一类新的数据管理软件数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS），运用数据库技术进行数据管理，将数据管理技术推向了数据库管理阶段。 数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据实行统一、集中、独立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整性和安全性，提高了数据管理效率。数据库也是以文件方式存储数据的，但它是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，由数据库管理软件DBMS把所有应用程序中使用的相关数据汇集起来，按统一的数据模型，以记录为单位存储在数据库中，为各个应用程序

7、提供方便、快捷的查询、使用。 数据库系统与文件系统的区别是：数据库中数据的存储是按同一结构进行的，不同的应用程序都可直接操作使用这些数据，应用程序与数据间保持高度的独立性；数据库系统提供一套有效的管理手段，保持数据的完整性、一致性和安全性，使数据具有充分的共享性；数据库系统还为用户管理、控制数据的操作，提供了功能强大的操作命令，使用户直接使用命令或将命令嵌入应用程序中，简单方便地实现数据库的管理、控制操作 在数据库管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-3所示。 数据库管理系统数据库应用程序2应用程序1应用程序n如图1-31.2 数据库系统 1.2.1 数据库系统的组成 数据库应用系统简称为

8、数据库系统（DataBase System，DBS），是一个计算机应用系统。它由计算机硬件、数据库管理系统、数据库、应用程序和用户等部分组成。 应用程序硬件语言编译 DBMSOS 1.2.1 1.2.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 1 数据与信息 人们通常使用各种各样的物理符号来表示客观事物的特性和特征，这些符号及其组合就是数据。数据的概念包括两个方面，即数据内容和数据形式。数据内容是指所描述客观事物的具体特性，也就是通常所说数据的“值”；数据形式则是指数据内容存储在媒体上的具体形式，也就是通常所说数据的“类型”。数据主要有数字、文字、声音、图形和图像等多种形式。 信息是指数据经

9、过加工处理后所获取的有用知识。信息是以某种数据形式表现的。 数据和信息是两个相互联系、但又相互区别的概念；数据是信息的具体表现形式，信息是数据有意义的表现。 1计算机硬件计算机硬件 计算机硬件（Hardware）是数据库系统赖以存在的物质基础，是存储数据库及运行数据库管理系统DBMS的硬件资源，主要包括主机、存储设备、I/O通道等。大型数据库系统一般都建立在计算机网络环境下。为使数据库系统获得较满意的运行效果，应对计算机的CPU、内存、磁盘、I/O通道等技术性能指标，采用较高的配置。 2数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS

10、）是指负责数据库存取、维护、管理的系统软件。DBMS提供对数据库中数据资源进行统一管理和控制的功能，将用户应用程序与数据库数据相互隔离。它是数据库系统的核心，其功能的强弱是衡量数据库系统性能优劣的主要指标。 DBMS必须运行在相应的系统平台上，在操作系统和相关的系统软件支持下，才能有效地运行。 3数据库数据库 数据库(DataBase，DB )是指数据库系统中以一定组织方式将相关数据组织在一起，存储在外部存储设备上所形成的、能为多个用户共享的、与应用程序相互独立的相关数据集合。数据库中的数据也是以文件的形式存储在存储介质上的，它是数据库系统操作的对象和结果。数据库中的数据具有集中性和共享性。所

11、谓集中性是指把数据库看成性质不同的数据文件的集合，其中的数据冗余很小。所谓共享性是指多个不同用户使用不同语言，为了不同应用目的可同时存取数据库中的数据。 数据库中的数据由DBMS进行统一管理和控制，用户对数据库进行的各种数据操作都是通过DBMS实现的。 4应用程序应用程序 应用程序（Application）是在DBMS的基础上，由用户根据应用的实际需要所开发的、处理特定业务的应用程序。应用程序的操作范围通常仅是数据库的一个子集，也即用户所需的那部分数据。 5数据库用户数据库用户 用户（User）是指管理、开发、使用数据库系统的所有人员，通常包括数据库管理员、应用程序员和终端用户。数据库管理员（

12、DataBase Administrator，DBA）负责管理、监督、维护数据库系统的正常运行；应用程序员（Application Programmer）负责分析、设计、开发、维护数据库系统中运行的各类应用程序；终端用户（End-User）是在DBMS与应用程序支持下，操作使用数据库系统的普通使用者。不同规模的数据库系统，用户的人员配置可以根据实际情况有所不同，大多数用户都属于终端用户，在小型数据库系统中，特别是在微机上运行的数据库系统中，通常DBA就由终端用户担任。 1.3 数据库系统体系结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构

13、，包括3个模式（外模式、模式和内模式）和2个映射（外模式-模式映射和模式-内模式映射）。美国ANSI/X3/SPARC的数据库管理系统研究小组于1975年、1978年提出了标准化的建议，将数据库结构分为3级：面向用户或应用程序员的用户级；面向建立和维护数据库人员的概念级；面向系统程序员的物理级。用户级对应外模式，概念级对应模式，物理级对应内模式，使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图，就是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，简而言之，视图就是数据库在用户“眼中”的反映，很显然，不同层次（级别）用户所“看到”的数据库是不相同的。数据库系统的体系结构如图1-4所示。数据库 内模式

14、概念模式-内模式映射 外模式 1 外模式 1 物理级 存储视图 概念模式 概念级 全局视图 用户视图 外模式-概念模式映射 用户级 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 3 应用程序 4 OS DBMS 1模式模式 模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述，是所有用户的公共数据视图（全局视图）。它是由数据库系统提供的数据模式描述语言（Data Description language，模式DDL）来描述、定义的，体现、反映了数据库系统的整体观。 2外模式外模式 外模式又称子模

15、式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言（外模式DLL）来描述、定义对应于用户的数据记录（外模式），也可以利用数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML）对这些数据记录进行。外模式反映了数据库的用户观。 3内模式内模式 内模式又称存储模式，对应于物理级。它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式

16、由内模式描述语言（内模式DLL）来描述、定义，它是数据库的存储观。 在一个数据库系统中，只有惟一的数据库，因而作为定义、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式，也是惟一的，但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的，所以对应的外模式不是惟一的，也不可能惟一。 4三级模式间的映射三级模式间的映射 数据库系统的三级模式是数据在三个级别（层次）上的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。实际上，对于一个数据库系统而言，只有物理级数据库是客观存在的，它是进行数据库操作的基础，概念级数据库中不过是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述（即模式

17、），用户级数据库则是用户与数据库的接口，它是概念级数据库的一个子集（外模式）。 用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变；另一方面，通过模式内模式映射，定义建立数据的逻辑结构（模式）与存储结构（内模式）间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。 1.4 数据库管理系统的功能 作为数据库系统核心软件的数据库管理系统DBMS，通过三级模式间的映射转换，为用户实现了数据

18、库的建立、使用、维护操作，因此，DBMS必须具备相应的功能。它主要包括如下功能： 1数据库定义（描述）功能 2数据库操纵功能 3数据库管理 功能 4通信功能 1数据库定义（描述）功能数据库定义（描述）功能 DBMS为数据库的建立提供了数据定义（描述）语言（DDL）。用户使用DDL定义数据库的子模式（外模式）、模式和内模式，以定义和刻画数据库的逻辑结构，正确描述数据之间的联系，DBMS根据这些数据定义，从物理记录导出全局逻辑记录，再从全局逻辑记录导出应用程序所需的数据记录。 2数据库操纵功能数据库操纵功能 DBMS提供数据操纵语言（DML）实现对数据库检索、插入、修改、删除等基本操作。DML通常

19、分为两类：一类是嵌入主语言中的，如嵌入C、COBOL等词组语言中，这类DML一般本身不能独立使用，称之为宿主型语言；另一类是交互式命令语言，它语法简单，可独立使用，称之为自含型语言。目前DBMS广泛采用的就是可独立使用的自含型语言，为用户或应用程序员提供操作使用数据库的语言工具。Visual FoxPro 6提供的是自含型语言。 3数据库管理功能数据库管理功能 DBMS提供了对数据库的建立、更新、重编、结构维护、恢复及性能监测等管理功能。它是DBMS运行的核心部分，主要包括两方面的功能：系统建立与维护功能和系统运行控制功能，分别通过相应的控制程序完成有关功能，包括系统总控、存取控制（即存取权限

20、检查）、并发控制、数据库完整性控制、数据访问、数据装入、性能监测、系统恢复等。所有数据库的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行，以保证运行的正确执行，保证数据库的正确有效。 4通信功能通信功能 DBMS提供数据库与操作系统OS的联机处理接口，以及与远程作业输入的接口。 另外，作为用户与数据库的接口，用户可以通过交互式和应用程序方式使用数据库。交互式直观明了、使用简单，通常是借助于DBMS的DML对数据库中数据进行操作；应用程序方式则是用户或应用程序员依据外模式（子模式）编写应用程序模块，实现对数据库中数据的各种操作。 DBMS的功能随不同系统而有所不同，大型系统的功能较强、较全，而小型系统的功能则较弱。如目前运行于微机上的许多DBMS就不具备存取控制功能，对数据库操作的权限管理很弱或者没有，而在网络环境下运行的DBMS则具有存取控制以及并发控制功能。n谢谢！