(精品)01 数据库概述.ppt

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1、数据库概述数据库概述王传栋王传栋南京邮电大学计算机学院南京邮电大学计算机学院2内容与要求内容与要求n知知识点点q（1）知）知识点一：数据点一：数据库的基本概念的基本概念q（2）知）知识点二：数据模型点二：数据模型q（3）知）知识点三：数据点三：数据库系系统的的结构构q（4）知）知识点四：数据点四：数据库管理系管理系统n教学基本要求教学基本要求q掌握数据掌握数据库的基本概念；了解数据的基本概念；了解数据库的的发展展历程；掌握数据模程；掌握数据模型的基本概念；掌握关系数据型的基本概念；掌握关系数据库系系统的三的三级模式体系模式体系结构和数构和数据独立性等概念；了解关系数据据独立性等概念；了解关系数

2、据库管理系管理系统的功能、的功能、组成和目成和目标，了解关系数据，了解关系数据库管理系管理系统的工作的工作过程。程。3引言引言n计算机算机应用的用的3个个领域域q科学科学计算算q过程控制程控制q数据数据处理（理（70%）n示例示例q成成绩管理、学籍管理、磁卡售管理、学籍管理、磁卡售饭q火火车订票、汽票、汽车订票、票、飞机机订票票q银行系行系统、移、移动计费q n实质：软件件+数据数据库4数据与数据处理数据与数据处理n数据数据q是是对事物描述的符号事物描述的符号记录，它，它描述事物中人描述事物中人们所感所感兴趣的特趣的特征，它能被征，它能被计算机算机识别、存、存储和和处理理q信息信息n数据数据处

3、理与管理理与管理q“数据数据处理理”的真正含的真正含义应该是是为了了产生信生信息而息而处理数据理数据5数据库技术的产生与发展数据库技术的产生与发展n4个个发展展阶段段6人工管理阶段人工管理阶段n时间：20世世纪50年代中期以前年代中期以前n计算机算机q主要用于科学主要用于科学计算算q外部存外部存储器：磁器：磁带、卡片和、卡片和纸带等，无磁等，无磁盘q软件：机器件：机器语言、言、汇编语言言q数据数据处理方式：批理方式：批处理理n特点：特点：q 数据不保存在数据不保存在计算机内算机内 q 没有没有专用的用的软件件对数据数据进行管理行管理q 只有程序（只有程序（program）概念，没有文件（概念，

4、没有文件（file）概念概念q 数据面向程序，即一数据面向程序，即一组数据数据对应一个程序一个程序7文件系统阶段文件系统阶段n时间：20世世纪50年代后期至年代后期至60年代中期年代中期n计算机算机q不不仅用于科学用于科学计算，算，还用于信息管理用于信息管理q外部存外部存储器：已有磁器：已有磁盘、磁鼓等直接存取存、磁鼓等直接存取存储设备q软件：高件：高级语言和操作系言和操作系统（有：（有：专门管理外存的文件系管理外存的文件系统）q数据数据处理方式：有批理方式：有批处理，也有理，也有联机机实时处理理n特点：特点：q 数据以数据以“文件文件”形式形式长期保存在外存磁期保存在外存磁盘q 数据的数据的

5、逻辑结构构与与物理物理结构构有了区有了区别，但比，但比较简单q 文件文件组织多多样化：索引文件、化：索引文件、链接文件和直接存取文件等接文件和直接存取文件等q 应用程序和数据分离，用程序和数据分离，实现数据共享数据共享 q 对数据的操作以数据的操作以记录为单位位8数据库阶段数据库阶段n时间：20世世纪60年代末年代末 n计算机算机软硬件迅速硬件迅速发展展n标志：志：q1968年，年，IBM公司推出公司推出层次模型的次模型的IMS系系统q1969年，年，CODASYL发布布DBTG报告，提出网状模型告，提出网状模型q1970年，年，E.F.Codd提出关系模型，奠定关系提出关系模型，奠定关系DB

6、理理论基基础n特点特点q采用数据模型表示：复采用数据模型表示：复杂的数据的数据结构构q较高的高的数据独立性数据独立性q提供方便的用提供方便的用户接口接口 q提供数据控制功能提供数据控制功能q系系统灵活性灵活性 数据恢复：数据恢复：DB从错误状态恢复到正确状态从错误状态恢复到正确状态并发控制：控制和协调并发操作，防止出现错误数据并发控制：控制和协调并发操作，防止出现错误数据完整性：数据控制在有效的范围内完整性：数据控制在有效的范围内安全性：按指定方式操作指定数据，防止泄密和破坏安全性：按指定方式操作指定数据，防止泄密和破坏9数据库阶段数据库阶段n系系统环境境10数据库阶段数据库阶段n几个概念几个

7、概念q数据数据库（Database，DB）：）：长期存期存储在在计算机内、有算机内、有组织、统一管理的相关数据集合，一管理的相关数据集合，为各种用各种用户共享，具有共享，具有较小冗余度、小冗余度、数据数据间联系系紧密而又有密而又有较高的数据独立性等特点高的数据独立性等特点 q数据数据库管理系管理系统（DBMS）：）：是位于用是位于用户与与OS之之间的一的一层数据数据管理管理软件，件，为用用户或或应用程序提供用程序提供访问DB的方法，包括的方法，包括DB的的建立、建立、查询、更新及各种数据控制、更新及各种数据控制q数据数据库系系统（DBS）：）：是是实现有有组织地、地、动态地存地存储大量关大量关

8、联数据、方便多用数据、方便多用户访问的的计算机硬件、算机硬件、软件和数据件和数据资源源组成的成的系系统，采用数据，采用数据库技技术的的计算机系算机系统q数据数据库技技术（DBT）：）：是研究数据是研究数据库的的结构、存构、存储、设计、管、管理和使用的一理和使用的一门软件学科件学科11高级数据库阶段高级数据库阶段n标志志q20世世纪80年代的分布式数据年代的分布式数据库（DDBS）：物理分布、物理分布、逻辑整体整体q20世世纪90年代年代对象数据象数据库（ODBS）n 对象数据模型象数据模型n 封装性、封装性、继承性、可重用性承性、可重用性q中中间件（件（ODBC，JDBC）q21世世纪的的We

9、b数据数据库、XML数据数据库q现代信息集成技代信息集成技术nDWnOLAPnDM）12数据模型数据模型n模型（模型（model）q对现实世界的抽象世界的抽象n数据模型：数据模型：描述数据描述数据库的的结构和构和语义，对现实世界的数据世界的数据进行抽象行抽象13数据模型的数据模型的3个要素个要素n数据数据结构构描述系描述系统的静的静态属性属性q对象象类型（型（object type）的集合，）的集合，两两类对象：象：n与数据与数据类型、内容、性型、内容、性质有关的有关的对象象n与数据之与数据之间联系有关的系有关的对象象q数据数据结构是数据的构是数据的逻辑表示，表示，常以其数据常以其数据结构的构

10、的类型来命名数据型来命名数据模型（模型（层次、网状、关系次、网状、关系）n数据操作数据操作描述系描述系统的的动态特性特性q对数据数据库中各种中各种对象的象的实例，允例，允许执行的操作集合，包括操作及行的操作集合，包括操作及有关的操作有关的操作规则，两，两类操作：操作：检索、更新（增、索、更新（增、删、改）、改）q数据模型必数据模型必须定定义操作的具体含操作的具体含义、符号、符号、规则以及以及实现操作的操作的语言言n完整性完整性约束条件束条件一一组完整性完整性规则的集合的集合14数据模型的分类数据模型的分类n按照按照类型划分型划分q层次模型、网状模型、关系模型、次模型、网状模型、关系模型、对象模

11、型象模型n根据数据抽象根据数据抽象级别划分划分q概念模型：概念模型：ER模型模型q逻辑模型：模型：n全局全局逻辑模型：模型：层次模型、网状模型、关系模型、次模型、网状模型、关系模型、对象模型象模型n局部局部逻辑模型：模型：外部模型外部模型q内部模型：内部模型：存存储模型模型数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程15数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程16n问题域的需求域的需求陈述述q实现教学管理，要求教学管理，要求记录：n学生的学生的学号，姓名，年学号，姓名，年龄，性，性别，籍，籍贯等信息；等信息；教教师的的教教师号，号，教教师姓名，姓名，职称

12、，性称，性别等信息；等信息；课程的程的课程号，程号，课程名，学分，程名，学分，学学时数，先修数，先修课，授，授课教教师；学生学生选修修课程的程的成成绩信息信息q规定：定：n1位教位教师可可讲授多授多门课程，程，1门课程只能有程只能有1位任位任课教教师n1位学生可以位学生可以选修多修多门课程，程，1门课程可以被多名同学程可以被多名同学选修修n1门课程只有程只有1门先修先修课，1门课可以是多可以是多门课的先修的先修课q报表（表（数据的外在表数据的外在表现）n统计每位学生每位学生的的选课门数、数、总分、平均分、最高分、最低分分、平均分、最高分、最低分n统计每位教每位教师的所授的所授课每每门课程程的的

13、选修人数、平均分、最高分、修人数、平均分、最高分、最低分最低分数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程17数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程18n最好的表示方法：最好的表示方法：ER图，因此概念模型，因此概念模型也称也称ER模型模型nER模型：模型：Entity Relationship Model，1976年年P.P.Chen 提出提出nER图成分成分q矩形框：矩形框：表示表示实体集，也称体集，也称实体体类型型q菱形框：菱形框：表示表示联系集系集q椭圆形框：形框：表示属性表示属性q下划下划线：表示表示实体体码q连接接线：连接接实体集与属性，或

14、体集与属性，或联系系集与属性集与属性q联系系类型：型：1:1，1:N，M:Nn概念概念设计概念模概念模型（型（抽象抽象级别最高最高的模型的模型）数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程19n特点特点q表达表达数据的整体数据的整体逻辑结构构，是系，是系统用用户对整个整个应用用项目涉及数据的全面描述目涉及数据的全面描述q概念模型是从概念模型是从用用户需求的需求的观点点出出发，对数数据建模据建模q概念模型概念模型独立于硬件和独立于硬件和软件件n硬件独立意味着概念模型硬件独立意味着概念模型不依不依赖于硬件于硬件设备n软件独立意味着概念模型件独立意味着概念模型不依不依赖于于实现时的

15、的DBMS软件件q概念模型是概念模型是一种信息媒介一种信息媒介n是数据是数据库设计人人员与用与用户之之间进行交流行交流的工具的工具n概念概念设计概念模概念模型（型（抽象抽象级别最高最高的模型的模型）数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程20n概念概念设计概念模概念模型（型（抽象抽象级别最高最高的模型的模型）数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程21数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程22n逻辑设计逻辑模型模型q确定确定DBMS的的类型型q将概念模型将概念模型转换成适合成适合DBMS特点的特点的逻辑模型模型n特点：特点：q

16、表达表达DB的整体的整体逻辑结构构，是是设计人人员对整个整个应用用项目数据目数据库的全面描述的全面描述q从数据从数据库实现的的观点出点出发，对数据建模数据建模q独立于硬件，但依独立于硬件，但依赖于于DBMSq是数据是数据库设计人人员与与应用程序用程序员之之间进行交流的工具行交流的工具层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程23n关系模型关系模型q详细内容参内容参见第第2章章n特点：特点：q由若干个关系模式由若干个关系模式组成成q用二用二维表格（关系）表达表格（关系）表达实体集和体集和联系系q数据数据导航：航：通通过“键”实现

17、q使用使用DDL语言（言（create table,alter table,drop table）维护表表结构构q使用使用DML语言（言（insert,update,delete,select）维护和和查询表中数据表中数据数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程24n关系模型关系模型数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程25n层次模型次模型n用用树型（型（层次）次）结构构表示表示实体体类型及型及实体体间联系系n只能表达只能表达1:N联系，系，M:N联系通系通过辅助手助手段段实现n层次次顺序序严格、复格、复杂，数据数据查询和更新操作和更新操作复复杂、

18、编程复程复杂n数据数据导航：通航：通过“指指针”实现数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程26n网状网状模型模型q用有向用有向图结构表示构表示实体体类型及型及实体体间联系系q数据数据结构复构复杂和和编程复程复杂nM:N联系容易系容易实现（一（一个个M:N联系可拆成两个系可拆成两个1:N联系）系）q查询效率效率较高高q数据数据导航：通航：通过指指针实现数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程27nOO模型模型q将将OO思想引入数据思想引入数据库n未普及未普及q对象（象（object）n是是现实世界中世界中实体的模体的模型化型化n与与实体概念相仿，但体

19、概念相仿，但远比比实体复体复杂 q将属性集和方法集相同的将属性集和方法集相同的所有所有对象象组合在一起，构合在一起，构成了一个成了一个类（class）28数据的抽象过程数据的抽象过程n4种种逻辑模型的模型的对比比数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程29n外部模型外部模型q设计经过概念模型到概念模型到逻辑模型，已形成数据模型，已形成数据库的全的全局局逻辑结构构q但，用但，用户应用中有特定的用中有特定的业务需求需求q外部模型由一系列外部模型由一系列视图组成成n视图（虚表）（虚表）n使用使用DDL语言（言（create view）创建是数据的局部建是数据的局部逻辑结构构数据

20、的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程30n外部模型外部模型n特点：特点：q是是全局全局逻辑模型的模型的 一个一个逻辑子集子集q独立于硬件，依独立于硬件，依赖于于DBMSq反映了用反映了用户使用数据使用数据库的的观点点q示例：示例：n统计每位学生每位学生的的选课门数、数、总分、平均分、最高分、最低分分、平均分、最高分、最低分n优点：点：q简化了用化了用户的的观点点q有助于数据有助于数据库的安的安全性保全性保护q对概念模型的支持概念模型的支持数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程31数据的抽象过程数据的抽象过程n示例：示例：学生学生选修修课程程32n内

21、部模型内部模型q又称又称为物理模型，是数据物理模型，是数据库最低最低层的抽象的抽象q描述数据在磁描述数据在磁盘或磁或磁带上的存上的存储方式（文件方式（文件结构）、存取构）、存取设备（外存（外存的空的空间分配）和存取方法（主索引和分配）和存取方法（主索引和辅助索引）助索引）q是与硬件和是与硬件和软件件紧密相密相连的的q模型模型实现n在在层次、网状模型次、网状模型设计时，要精心，要精心设计内内部模型，以提高系部模型，以提高系统的效率的效率n在关系模在关系模设计中，不必考中，不必考虑内部内部级的的设计细节，由系由系统自自动实现q索引的索引的创建由建由DDL语言（言（create index）实现33

22、数据模型数据模型n总结34数据库的体系结构数据库的体系结构n三三级模式与两模式与两级映像映像n数据独立性数据独立性q逻辑独立性独立性q物理独立性物理独立性35数据库的体系结构数据库的体系结构n三三级模式模式q逻辑模式：模式：DB的整体抽象表示的整体抽象表示nDB全部数据的整体全部数据的整体逻辑结构描述构描述n由由逻辑记录类型型组成，包括数据成，包括数据联系、完整性、安全性等系、完整性、安全性等q外模式：外模式：DB的局部抽象表示的局部抽象表示n用用户与数据与数据库系系统的接口，由外部的接口，由外部记录组成成n用用户使用的局部数据的使用的局部数据的逻辑结构和特征描述构和特征描述q内模式：内模式：

23、DB的的实际存存储的表示的表示nDB物理存物理存储描述，定描述，定义所有内部所有内部记录类型、索引和文件的型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的方式，以及数据控制方面的细节36数据库的体系结构数据库的体系结构n两两级映像映像q外模式外模式逻辑模式映像模式映像n存在于外模式和存在于外模式和逻辑模式之模式之间n用于定用于定义外模式和外模式和逻辑模式之模式之间的的对应性性n在外模式中描述的在外模式中描述的q逻辑模式内模式映像模式内模式映像n存在于存在于逻辑模式和内模式之模式和内模式之间n用于定用于定义逻辑模式和内模式之模式和内模式之间的的对应性性n在内模式中描述的在内模式中描述的37数据库的体

24、系结构数据库的体系结构n数据独立性数据独立性q应用程序和数据用程序和数据库的数据的数据结构之构之间相互独立，不受影响相互独立，不受影响n修改数据修改数据结构构时，不必修改外部的，不必修改外部的应用程序用程序q1）物理数据独立性）物理数据独立性n内模式的修改不影响内模式的修改不影响逻辑模式、外模式和模式、外模式和应用程序用程序n由由逻辑模式内模式映像模式内模式映像实现q2）逻辑数据独立性数据独立性n逻辑模式的修改不影响外模式和模式的修改不影响外模式和应用程序用程序n由外模式由外模式逻辑模式映像模式映像实现38数据库管理系统数据库管理系统nDBMS的工作模式的工作模式q1）用）用户向向DBMS发出

25、存取出存取请求求q2）DBMS接受接受请求，并将求，并将请求求 解解释转换成机器代成机器代码指令指令q3）DBMS依次依次检查外模式、外外模式、外 模式模式/模式映象、模式、模模式映象、模式、模 式式/内模式映象及内模式内模式映象及内模式q4）DBMS对DB执行存取操作行存取操作q5）从）从对DB的存取操作中接受的存取操作中接受结果果q6）对查询结果果进行行处理，如格式理，如格式转换q7）返回）返回处理理结果果给用用户39数据库管理系统数据库管理系统nDBMS的主要功能的主要功能q数据定数据定义功能功能 n定定义数据的模式、外模式和内模式三数据的模式、外模式和内模式三级模式模式结构构 n定定义

26、模式模式/内模式和外模式内模式和外模式/模式二模式二级映象映象 n定定义有关的有关的约束条件束条件 q数据操数据操纵功能功能 n数据数据库的基本操作：的基本操作：检索、更新（插入、修改、索、更新（插入、修改、删除）除）nDML有两有两类:q自主型：交互式自主型：交互式SQLq宿主型：嵌入式宿主型：嵌入式SQL40数据库管理系统数据库管理系统nDBMS的主要功能的主要功能q数据数据库保保护功能功能 n数据数据库恢复恢复n数据数据库的并的并发控制控制n数据完整性控制数据完整性控制n数据安全性控制数据安全性控制q数据数据库的的维护功能功能n数据装入、数据装入、转换、转储、重、重组、性能、性能监控控q

27、数据字典数据字典n系系统目目录n描述数据描述数据库中有关信息的数据目中有关信息的数据目录 41数据库管理系统数据库管理系统nDBMS的主要功能的主要功能q数据定数据定义功能功能 n定定义数据的模式、外模式和内模式三数据的模式、外模式和内模式三级模式模式结构构 n定定义模式模式/内模式和外模式内模式和外模式/模式二模式二级映象映象 n定定义有关的有关的约束条件束条件 q数据操数据操纵功能功能 n数据数据库的基本操作：的基本操作：检索、更新（插入、修改、索、更新（插入、修改、删除）除）nDML有两有两类:q自主型：交互式自主型：交互式SQLq宿主型：嵌入式宿主型：嵌入式SQL42数据库系统数据库系统nDBS的的组成成q数据数据库q硬件硬件q软件件q数据数据库管理管理员n职责nDBS的全局的全局结构构q略略nDBS的分的分类q略略