第1章数据库基础精选PPT.ppt
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1、第1章 数据库基础第1页,此课件共89页哦 本章主要介绍数据库的相关概念,包本章主要介绍数据库的相关概念,包括数据库系统的简介、数据库的体系结构、括数据库系统的简介、数据库的体系结构、数据模型、常见关系数据库、数据模型、常见关系数据库、SQL Server 2005数据库特性及数据库特性及Transact-SQL简介。简介。通过本章的学习,读者应该掌握数据通过本章的学习,读者应该掌握数据库系统、数据模型、数据库三级模式结构及库系统、数据模型、数据库三级模式结构及数据库规范化等概念对比常见的关系数据库数据库规范化等概念对比常见的关系数据库,了解,了解SQL Server 2005数据库特性和数据
2、库特性和Transact-SQL语言。语言。第2页,此课件共89页哦数据库技术产生于六十年代末,是数据管理的最新技术,是数据库技术产生于六十年代末,是数据管理的最新技术,是计算机科学的重要分支。计算机科学的重要分支。数据库技术是信息系统的核心和基础,它的出现极大地促数据库技术是信息系统的核心和基础,它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。进了计算机应用向各行各业的渗透。数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。衡量一个国家信息化程度的重要标志。第3页,此课件共89页哦1.11.1 数据库系统
3、简介数据库系统简介1.21.2 数据库的体系结构数据库的体系结构1.31.3 数据模型数据模型1.41.4 常见关系数据库常见关系数据库1.51.5 SQL Server 2005 SQL Server 2005数据库特性数据库特性1.61.6 Transact-SQL Transact-SQL简介简介第4页,此课件共89页哦1.1.1 四个基本概念数据数据(Data)数据库数据库(Database)数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)数据库系统数据库系统(DBS)第5页,此课件共89页哦一、数据数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据库中存储的基本对象数据的定义数据的定义描述事
4、物的符号记录描述事物的符号记录数据的种类数据的种类文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等数据的特点数据的特点数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的第6页,此课件共89页哦数据举例数据的含义称为数据的语义,数据与其语义是不可分的。数据的含义称为数据的语义,数据与其语义是不可分的。例如例如 93是一个数据是一个数据语义语义1:学生某门课的成绩:学生某门课的成绩语义语义2:某人的体重:某人的体重语义语义3:计算机系:计算机系2003级学生人数级学生人数语义语义4:请同学给出。:请同学给出。第7页,此课件共89
5、页哦数据举例学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录(李明,男,(李明,男,197205,江苏南京市,计算机系,江苏南京市,计算机系,1990)语义:学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、语义:学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间入学时间解释:李明是个大学生,解释:李明是个大学生,1972年年5月出生,江苏南京市人,月出生,江苏南京市人,1990年考入年考入计算机系计算机系请给出另一个解释和语义请给出另一个解释和语义第8页,此课件共89页哦二、数据库数据库的定义数据库的定义数数据据库库(Database,简简称称DB)是是长长期期储储存存在在计计算算机机内、有组织的、可共享的
6、大量数据的集合。内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库的基本特征数据库的基本特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展第9页,此课件共89页哦三、数据库管理系统什么是什么是DBMS位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。是基础软件,是一个大型复杂的软件系统是基础软件,是一个大型复杂的软件系统 DBMS的用途的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据第10页,此课件共89页哦
7、硬件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品协同软件协同软件办公软件办公软件数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统操作系统操作系统操作系统操作系统 中间件中间件 应用服务器应用服务器数据库在计算机系统中的位置第11页,此课件共89页哦DBMS的主要功能数据定义功能 提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理分类组织、存储和管理各种数据确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系提供多种存取方法提高存取效率第12页,此课件共89页哦DBMS的主要功能数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML)实现对
8、数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)数据库的事务管理和运行管理数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复第13页,此课件共89页哦DBMS的主要功能数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库初始数据装载转换 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等其它功能DBMS与网络中其它软件系统的通信两个DBMS系统的数据转换异构数据库之间的互访和互操作第14页,此课件共89页哦四、数据库系统什么是数据库系统什么是数据库系统(Database System,简称DBS)在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库
9、系统的构成数据库数据库管理系统(及其开发工具)应用系统数据库管理员 第15页,此课件共89页哦数据库数据库 应用系统应用系统应用开发工具操作系统数据库管理系统数据库管理系统数据库管理员数据库管理员用户用户用户数据库系统数据库系统第16页,此课件共89页哦1.1数据库系统简介数据库系统简介 1.1.1 1.1.1数据库技术的发展数据库技术的发展 数据库技术是应数据管理任务的需求数据库技术是应数据管理任务的需求而产生的。而产生的。随着计算机技术的发展,对数据管理随着计算机技术的发展,对数据管理技术也不断地提出了更高的要求,其先后经技术也不断地提出了更高的要求,其先后经历了人工管理、文件系统、数据库
10、系统历了人工管理、文件系统、数据库系统3个个阶段。这阶段。这3个阶段的特点分别如下所述。个阶段的特点分别如下所述。第17页,此课件共89页哦q 人工管理阶段(20世纪世纪50年代中期以前)年代中期以前)特点:(1)数据不保存 (2)应用程序管理数据 数据需要由应用程序自己管理,没有相应的软件系统负责数据的管理工作。应用程序数据需要由应用程序自己管理,没有相应的软件系统负责数据的管理工作。应用程序中不仅要规定数据的逻辑结构,而且要设计物理结构,包括存储结构、存取方法、输入中不仅要规定数据的逻辑结构,而且要设计物理结构,包括存储结构、存取方法、输入方式等。因此程序员负相很重。方式等。因此程序员负相
11、很重。(3)数据不共享 数据是面向应用的,一组数据只能对应一个程序。数据是面向应用的,一组数据只能对应一个程序。(4)数据不具有独立性 数据的逻辑结构或物理结构发生变化后,必须对应用程序做相应的修改。数据的逻辑结构或物理结构发生变化后,必须对应用程序做相应的修改。第18页,此课件共89页哦应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n图1-3 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系第19页,此课件共89页哦q 文件系统阶段(50年代后期年代后期60年代中期)年代中期)特点:(1)数据可长期保存 (2)由文件系统管理数据 相互独立的数据文件相互独立的数据文件;“按文件名访问,按记录进行
12、存取按文件名访问,按记录进行存取”的管理技术的管理技术;记录记录内的结构性而整体无结构;内的结构性而整体无结构;存取方法存取方法转换使应用程序与数据之间有了转换使应用程序与数据之间有了一定的独立一定的独立性;性;数据在存储上的改变不一定反映在程序上。数据在存储上的改变不一定反映在程序上。(3)数据共享性差,冗余度大 文件仍然是面向应用的文件仍然是面向应用的;数据的冗余度大数据的冗余度大;数据的修改和维护困难数据的修改和维护困难 (4)数据独立性差 不容易扩充;数据与程序之间仍缺乏独立性;是一个无弹性的无结构的数据集不容易扩充;数据与程序之间仍缺乏独立性;是一个无弹性的无结构的数据集合。合。第2
13、0页,此课件共89页哦应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n图1-4 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系存取方法第21页,此课件共89页哦q数据库系统阶段(60年代年代 )特点:(1)数据结构化 数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。文件系统中,尽管其记录内部已有了某些结构,但记录之间没文件系统中,尽管其记录内部已有了某些结构,但记录之间没有联系。数据的最小存取单位是记录。有联系。数据的最小存取单位是记录。数据库系统实现整体数据的结构化,描述数据时不仅要描述数数据库系统实现整体数据的结构化,描述数据时不仅要描述数据本身,还要描述数据之间
14、的联系。数据不再针对其一应用,是据本身,还要描述数据之间的联系。数据不再针对其一应用,是面向全组织,具有整体的结构化。数据的最小存取单位是数据项。面向全组织,具有整体的结构化。数据的最小存取单位是数据项。第22页,此课件共89页哦学生记录格式示例学生记录格式示例主记录详细记录格式示例主记录详细记录格式示例(a)第23页,此课件共89页哦主记录详细记录格式示例主记录详细记录格式示例(b)面向组织面向组织(多个应用)的学生数据组织多个应用)的学生数据组织第24页,此课件共89页哦(2)数据的共享性高,冗余度低,易扩充数据的共享性高,冗余度低,易扩充 面向整个系统的数据库系统中的数据可以被多个用户、
15、多个应用共享使用。共享导致数据冗余度低,同时可避免数据之间的不相容性与不一致性。容易增加新的应用,这就使得数据库系统弹性大,易于扩充。(3)数据独立性高数据独立性高n 物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。也就是说,数据在磁盘上的数据库中怎样存储是由DBMS管理的、用户程序不需要了解,应用程序要处理的只是数据的逻辑结构,这样当数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。n逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的,也就是说,数据的逻辑结构改变了,用户程序也可以不变。数据独立性是由数据独立性是由DBMSDBMS的的二级映象功能二级映象功能来保证的。来保
16、证的。第25页,此课件共89页哦(4)数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制n 数据库的共享是并发的(Concurrency)。n DBMS还必须提供的数据控制功能:(1)数据的安全性(Security)(2)数据的完整性(Integrity)正确性、有效性和相容性 (3)并发(Concurrency)控制 (4)数据库恢复(Recovery)第26页,此课件共89页哦应用程序1应用程序2图图1-5 数据库管理阶段程序与数据的对应关系数据库管理阶段程序与数据的对应关系 DBMS 数据库数据库第27页,此课件共89页哦表表1-1 1-1 数据管理三个阶段的比较数据管理三个阶段的比较数据
17、库系统的出现使信息系统从以加工数据的数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中程序为中心心转向围绕共享的转向围绕共享的数据库为中心数据库为中心的新阶段。的新阶段。第28页,此课件共89页哦数据收集和数据库创建数据收集和数据库创建(20世纪世纪60年代和更早)年代和更早)原始文件处理原始文件处理 数据库管理系统数据库管理系统 (70年代)年代)层次和网状数据库系统层次和网状数据库系统关系数据库系统关系数据库系统数据建模工具:数据建模工具:E-RE-R模型等模型等索引和数据组织技术:索引和数据组织技术:B+B+树,树,HashHash等等查询语言查询语言:SQL:SQL等等用户界面:表单、报
18、告等用户界面:表单、报告等查询处理和查询优化查询处理和查询优化事务管理:恢复和并发控制等事务管理:恢复和并发控制等联机事务处理(联机事务处理(OLTP)OLTP)数数据据库库技技术术的的演演化化第29页,此课件共89页哦 数据仓库和数据挖掘数据仓库和数据挖掘(8080年代后期现在)年代后期现在)数据仓库和数据仓库和OLAPOLAP技术技术数据挖掘和知识发现数据挖掘和知识发现 高级数据库系统高级数据库系统 (80年代中期现在)年代中期现在)高级数据模型:高级数据模型:扩充关系、面向对象、对象关系、演绎面向应用:面向应用:空间的、时间的、多媒体的、主动的、科学的、知识库基于基于Web的数据库系统的
19、数据库系统(9090年代现在)年代现在)基于基于XMLXML的数据库系统的数据库系统 Web Web挖掘挖掘新一代综合信息系统新一代综合信息系统(2000)第30页,此课件共89页哦1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构1)模式(模式(Schema)也称也称逻辑模式逻辑模式,是数据库中,是数据库中全体全体数据的逻辑结构和特征的描数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的述,是所有用户的公共公共数据视图数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础,统一综合地考虑了所有用户的需求,并将这
20、些需求有机地结合成一个逻辑整体。模式定义包括数据的逻辑结构定义、数据之间的联系定义以及安全性、完整性要求的定义。DBMS提供模式定义语言模式定义语言(模式模式DDL)来严格地定义模式。第31页,此课件共89页哦2)外模式(外模式(External Schema)也称也称子模式子模式(Subshema)或或用户模式用户模式,它是数据库用户,它是数据库用户(包括应用包括应用程序员和最终用户程序员和最终用户)能够看见和使用的能够看见和使用的局部局部数据的逻辑结构和数据的逻辑结构和特征的描述,特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表
21、示。据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。DBMS提供子模式定义语言(子模式DDL)来严格地定义子模式。第32页,此课件共89页哦3)内模式(内模式(Internal Schema)也称也称存储模式存储模式(Storage schema),一个数据库只有一,一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。在数据库内部的表示方式。例如,记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储
22、,是否加密;数据的存储记录结构有何规定等。DBMS提供提供内模式描述语言内模式描述语言(内模式内模式DDL,或者存储模式,或者存储模式DDL)来严格地定义内模式。来严格地定义内模式。第33页,此课件共89页哦三、内模式(Internal Schema)内模式(也称存储模式)内模式(也称存储模式)是数据物理结构和存储方式的描述是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式(顺序存储,按照记录的存储方式(顺序存储,按照B树结构存储,树结构存储,按按hash方法存储)方法存储)索引的组织方式索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否压缩存储数据是否加
23、密数据是否加密数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式一个数据库只有一个内模式第34页,此课件共89页哦应用A应用B应用C应用C外模式2外模式1外模式3模式内模式DB123外模式外模式/模式映象模式映象模式模式/内模式映象内模式映象图图1-24 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构第35页,此课件共89页哦1.3.2 数据库系统的二级映象功能与数据独立性数据库系统的二级映象功能与数据独立性三级模式之间的二级映象:三级模式之间的二级映象:1.外模式外模式/模式映象模式映象 对于对于每一个每一个外模式,数据库系统都有一个外模式外模式,数据库系统都有一个外模式/模式映
24、象,它定义模式映象,它定义了该外模式与模式之间的对应关系了该外模式与模式之间的对应关系(这些映象定义通常包含在各自外模这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中式的描述中)。当模式改变时(例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等),DBA对各个外模式模式的映象作相应改变,可以使外模式保持不变。数据的逻辑独立性第36页,此课件共89页哦 2.模式模式/内模式映象内模式映象 存在一个唯一的模式内模式映象,它定义了数据库全局逻辑存在一个唯一的模式内模式映象,它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系(该映象定义通常包含在模式描结构与存储结构之间的对应关系(该映象定义通常包含在模式描述中
25、)。述中)。例如,说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据库的存储结构改变了(例如选用了另一种存储结构),由DBA对模式内模式映象作相应改变,可以使模式保持不变。数据的物理独立性第37页,此课件共89页哦1.3数数 据据 模模 型型 1.3.1 1.3.1数据模型的概念数据模型的概念 数据模型是数据库系统的核心与基础,数据模型是数据库系统的核心与基础,是描述数据与数据之间的联系、数据的语义是描述数据与数据之间的联系、数据的语义、数据一致性约束的概念性工具的集合。、数据一致性约束的概念性工具的集合。第38页,此课件共89页哦 (1)数据结构)数据结构 (2)数据操作)数据操作 (3)完整性约
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