三级数据库教程 1数据库概述.ppt

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1、数据库原理及应用主讲：方启泉数据库原理1数据库原理2l使用教材：数据库原理及开发应用（周屹使用教材：数据库原理及开发应用（周屹/清华）清华）u熟悉数据库系统的基本概念。熟悉数据库系统的基本概念。u掌握关系模型的基本概念及原理。掌握关系模型的基本概念及原理。u掌握关系数据库查询语言掌握关系数据库查询语言SQLSQL。u掌握数据库设计方法。掌握数据库设计方法。u了解数据库应用开发过程。了解数据库应用开发过程。u掌握使用掌握使用SQL SERVERSQL SERVER进行数据管理。进行数据管理。l参考书：参考书：SQL SERVER 2005 SQL SERVER 2005 入门与提高入门与提高（文

2、龙（文龙/清华）清华）数据库原理3课程目标课程目标第1章 数据库概述第2章 数据模型第3章 关系数据库的基本理论第4章 结构化查询语言SQL第5章 关系模式的规范化设计第6章 数据库设计第7章 数据库的安全与保护第8章 SQL SERVER数据库应用数据库原理4l 上机实验（使用SQL SERVER数据库）课程讲授课程讲授数据库原理5 信息与数据信息与数据 数据管理技术发展数据管理技术发展 数据库技术发展数据库技术发展 数据库系统结构数据库系统结构 数据库系统术语数据库系统术语1 1。数据库概述。数据库概述数据库原理6数数 据据 (Data)对客观对象的符号表示，可以是数值数据，也可以是对客观

3、对象的符号表示，可以是数值数据，也可以是非数值数据。如声音、图像等。非数值数据。如声音、图像等。数据是数据库中存储的基本对象。数据是数据库中存储的基本对象。数据需要经过解释才有意义，才能成为信息。数据需要经过解释才有意义，才能成为信息。例：学生档案中数据记录例：学生档案中数据记录（李明，男，（李明，男，19881988，青岛，计算机系，青岛，计算机系，20062006）-记录值记录值（姓名，性别，生日，籍贯，系专业，年级）（姓名，性别，生日，籍贯，系专业，年级）-记录类型记录类型现实世界在人们头脑中的反映，它以文字、数据、符号、现实世界在人们头脑中的反映，它以文字、数据、符号、声音、图像等形式

4、记录下来，可以进行传递和处理，为人声音、图像等形式记录下来，可以进行传递和处理，为人们的生产、建设、管理提供依据。们的生产、建设、管理提供依据。信息通过数据形式来表示，是数据中蕴含的意义。信息通过数据形式来表示，是数据中蕴含的意义。信信 息息 (Info)信息与数据信息与数据数据是数据是信息的信息的表现，表现，信息是信息是数据的数据的含义含义数据库原理7数据管数据管理技术理技术对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，目的就是从大量的，杂乱无索、传送等操作，目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的数据中筛选出有意义的信息。章的，难以理解的数

5、据中筛选出有意义的信息。数据管理技术分三个阶段数据管理技术分三个阶段:1.1.人工管理阶段（人工管理阶段（2020世纪世纪5050年代中期以前）年代中期以前）2.2.文件系统阶段（文件系统阶段（2020世纪世纪5050年代后期年代后期6060年代中期）年代中期）3.3.数据库系统阶段（数据库系统阶段（2020世纪世纪6060年代后期年代后期今）今）硬件和软件的发展，硬件和软件的发展，数据管理需求扩大。数据管理需求扩大。数据管理技术的发展数据管理技术的发展数据库原理8uu 人工管理阶段人工管理阶段(-50(-50年代中期年代中期)应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序n n

6、数据集数据集 1 1数据集数据集 2 2数据集数据集 n nl 计算机主要用于科学计算计算机主要用于科学计算 (处理对象主要是数学公式。)l 外存为顺序存取设备外存为顺序存取设备 (磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备。)l无无操作系统及数据管理软件操作系统及数据管理软件 (机器语言或汇编语言，数据对应具体应用，由编程人员单独设计，数据包含在程序中数据不保存。)l 数据处理为批处理数据处理为批处理l l 数据不单独保存数据不单独保存 (数据在程序中，与相应程序共存。)l应用程序管理数据应用程序管理数据 (在程序中设计数据的逻辑结构和物理存储结构。)l数据不共享数据不共享 (数据与程序对应，

7、容易产生冗余。)l数据不具有独立性数据不具有独立性 （脱离了程序数据没有任何存在的意义。）背背 景景特特 点点数据库原理9l 文件系统阶段（文件系统阶段（-60-60年代中期）年代中期）文件文件系统系统文件1文件2文件n应用程序1应用程序2应用程序nl 计算机不但用于科学计算还用于管理。计算机不但用于科学计算还用于管理。l 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。l 软件出现操作系统和高级软件。软件出现操作系统和高级软件。l 批处理，并能联机实时处理。批处理，并能联机实时处理。l 数据以文件形式可长期保存在外存磁盘。数据以文件形式可长期保存在外存磁盘。l由文件系统管

8、理数据由文件系统管理数据 数据的逻辑结构和物理结构有了一定的区别，用户程序处理的逻辑结构与物理存储结构之间的转换由文件系统存取方式来实现。l数据有了一定共享性，缺乏联系。数据有了一定共享性，缺乏联系。程序只需用文件名就可存取数据，数据之间的联系要程序构造。l 文件只存储数据记录，不存储结构描述信息。文件只存储数据记录，不存储结构描述信息。文件数据操作都要程序实现，文件之间是孤立的，不能反映现实世界实体之间的相互联系。背背 景景特特 点点数据库原理10数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段l 数据库系统阶段（数据库系统阶段（6060年代末期以来）年代末期以来）应用程序1应用程序

9、2应用程序nDBDBDBMS 计算机在商业领域广泛应用，数据管理计算机在商业领域广泛应用，数据管理 量大，共享性要求高。量大，共享性要求高。外存有了大容量存储设备。外存有了大容量存储设备。出现专门数据库管理软件。出现专门数据库管理软件。联机实时处理要求更多。联机实时处理要求更多。采用数据模型表示复杂的数据结构。采用数据模型表示复杂的数据结构。(有层次模型、网状模型、关系模型、对象模型等，数据模型可以表示数据本身有层次模型、网状模型、关系模型、对象模型等，数据模型可以表示数据本身 及数据之间的联系。及数据之间的联系。)数据共享性好数据共享性好 ，冗余度低，冗余度低 （数据之间建立联系。）（数据之

10、间建立联系。）数据独立性高数据独立性高 （数据库以三级体系结构实现，有较好的物理独立性和逻辑独立性）（数据库以三级体系结构实现，有较好的物理独立性和逻辑独立性）数据由数据由DBMSDBMS统一管理和控制统一管理和控制 （安全性、完整性、并发控制、故障恢复）（安全性、完整性、并发控制、故障恢复）背背 景景特特 点点数据库原理11 从上世纪从上世纪6060年代末数据库出现以来，数据库技术的发展年代末数据库出现以来，数据库技术的发展经历了经历了3 3代：代：l 第一阶段（第一阶段（6060年代末年代末-70-70年代）年代）以层次模型和网状模型的数据库为主。以层次模型和网状模型的数据库为主。l 第二

11、阶段（第二阶段（7070年代年代-80-80年代）年代）以关系模型数据库为主。以关系模型数据库为主。l 第三阶段（第三阶段（8080年代后期以来）年代后期以来）以对象数据模型为特征，集数据管理、对象管理、知识管理为一体，以对象数据模型为特征，集数据管理、对象管理、知识管理为一体，融合各种新技术，如网络技术、分布处理、并行计算、人工智能、多媒融合各种新技术，如网络技术、分布处理、并行计算、人工智能、多媒体等，产生了一系列新型的现代数据库技术，如对象数据库，分布式数体等，产生了一系列新型的现代数据库技术，如对象数据库，分布式数据库，据库，WebWeb数据库、知识库等。数据库、知识库等。数据库技术的

12、发展数据库技术的发展19681968年，年，IBMIBM发布层次模型发布层次模型IMSIMS。19711971年，美国年，美国CODASYLCODASYL数据数据系统语言协会下系统语言协会下DBTGDBTG数据数据库任务组建立网状模型。库任务组建立网状模型。19701970年，年，IBM CoddIBM Codd提出关提出关系模型。系模型。数据库原理12 数据库数据库(DB)(DB)长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中数据按一定数据模型组织、描述和储存。数据库中数据按一定数据模型组织、描述和储存。l 较小的冗余度较小的冗余度l

13、 较高的数据独立性较高的数据独立性l 可为各种用户共享可为各种用户共享数据库技术基本概念数据库技术基本概念9696英语英语C0002C0002计计301301信息信息李一凡李一凡00097003000970039595高等数学高等数学C0001C0001信信103103电信电信王峰涛王峰涛00097002000970028787英语英语C0002C0002管管201201管理管理张丽张丽00097001000970019090高等数学高等数学C0001C0001管管201201管理管理张丽张丽0009700100097001学习成绩学习成绩GradeGrade课程名课程名NameCourNam

14、eCour课程号课程号IdCourIdCour院地址院地址AddrAddr所在学院所在学院InstInst姓名姓名NameStuNameStu学号学号IDStuIDStu数据库原理13数据库数据库管理系统管理系统(DBMS)(DBMS)DBMSDBMS是是位位于于用用户户与与操操作作系系统统之之间间的的一一层层数数据据管管理理软软件件。为用户或应用程序提供访问为用户或应用程序提供访问DBDB的方法。的方法。l 数据定义功能数据定义功能l 数据操纵功能数据操纵功能 查询、插入、删除、修改等。查询、插入、删除、修改等。硬件硬件操操作作系系统统应应用用 系系统统DBMSl 数据库运行管理功能数据库运

15、行管理功能 保保证证数数据据的的安安全全性性、完完整整性性、并并发发使使用及故障恢复。用及故障恢复。l 数据库维护功能数据库维护功能 原原始始数数据据输输入入和和转转换换、DBDB转转储储、恢恢复复、DBDB的重组织、性能监视、分析功能等。的重组织、性能监视、分析功能等。数据库原理14数据库数据库系统系统(DBS)(DBS)指指在在计计算算机机系系统统中中引引入入数数据据库库后后构构成成的的计算机应用系统。计算机应用系统。数数据据库库系系统统是是实实际际可可运运行行的的，存存储储、维维护护及及可可以以为为应应用用系系统统提提供供数数据据访访问问服服务务的的集集成成系系统统，是是存存储储介介质质

16、、处处理理对对象象和和管管理理系系统统的的集集合合体体，是是以以数数据据库库方方式式管管理理大大量量共享数据的计算机系统。共享数据的计算机系统。数数据据库库系系统统通通常常由由数数据据库库、软软件件（包包括括OSOS、数数据据库库管管理理系系统统、应应用用系系统统、开开发发管管理理工工具具等等）、各各级级人人员员（包包括括数数据据库库管管理理员员DBADBA、开发人员、用户等）组成。、开发人员、用户等）组成。数据库原理15数据库系统数据库系统数据库数据库软软 件件人人 员员DBMSOS高级高级语言语言及其及其编译编译系统系统应用应用开发开发工具工具DB应用应用系统系统DBA系系统统分分析析员员

17、应应用用程程序序员员用用户户DB设设计计员员数据库系统组成数据库系统组成数据库原理16数据库系统结构数据库系统结构数据库数据库操作系统操作系统DBMSDBMS应用开发系统应用开发系统应用系统应用系统用户用户用户用户用户用户DBADBA数据库原理17从从DBMSDBMS角度角度从最终用户角度从最终用户角度外模式外模式(External Schema)(External Schema)模式模式(Schema)(Schema)内模式内模式(Internal Schema)(Internal Schema)单用户结构单用户结构分布式结构分布式结构客户客户/服务器结构服务器结构主从式结构主从式结构数据库

18、系统结构数据库系统结构数据库系统数据库系统结构两种分结构两种分类方法：类方法：DBDB管理角度管理角度及及最终用户角最终用户角度度两种角度。两种角度。数据库原理18数数数数库库库库据据据据应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序外模式外模式外模式外模式 A A A A外模式外模式外模式外模式 B B B B 外模式外模式 /模式模式 模模模模 式式式式 模式模式 /内模式内模式用户级用户级数据库数据库概念级数据库概念级数据库物理级数据库物理级数据库DBMSDBMS 内模式内模式内模式内模式 DBMSDBMS角度角度数据库三级数据库三级模式

19、结构模式结构数据库原理19例：用来描述学生学习情况的数据库概念模式可由学生档案、课程例：用来描述学生学习情况的数据库概念模式可由学生档案、课程情况及学生成绩三个记录类型组成。情况及学生成绩三个记录类型组成。学生档案（学号，姓名，性别，出生年月，籍贯，所在学院，专学生档案（学号，姓名，性别，出生年月，籍贯，所在学院，专业班级）业班级）课程情况（课程号，课程名，授课老师，所用教材，作者）课程情况（课程号，课程名，授课老师，所用教材，作者）学生成绩（学号，姓名，课程号，课程名，课程成绩）学生成绩（学号，姓名，课程号，课程名，课程成绩）概念模式概念模式(Schema)(Schema)简简称称模模式式，

20、是是数数据据库库的的总总框框架架，是是对对数数据据库库中中全全体体数数据据的的逻逻辑辑结结构构和和特特征征的的描描述述。一一个个数数据据库库只只有有一一个个概概念念模式。模式。概概念念模模式式可可由由若若干干个个数数据据库库记记录录类类型型组组成成，用用数数据据定定义语言义语言DDLDDL来描述，每个记录类型可以生成一张数据表。来描述，每个记录类型可以生成一张数据表。数据库结构的基本术语数据库结构的基本术语数据库原理20内模式内模式(Internal)(Internal)也称存储模式。是对数据库物理存储结构的描述，具也称存储模式。是对数据库物理存储结构的描述，具体说明数据如何存储在存储介质上。

21、体说明数据如何存储在存储介质上。譬如：记录的物理存储方式，索引方式，数据是否压譬如：记录的物理存储方式，索引方式，数据是否压缩，是否加密，数据的存储结构有何规定等等。缩，是否加密，数据的存储结构有何规定等等。外模式外模式(External)(External)是概念模式的一个子集，面向用户和应用程序，也称是概念模式的一个子集，面向用户和应用程序，也称用户视图，用来描述用户所看到的数据库结构。一个用户视图，用来描述用户所看到的数据库结构。一个数据库可以有多个外模式对应不同的用户应用。数据库可以有多个外模式对应不同的用户应用。为了数据安全，应用程序是根据外模式对数据的描述为了数据安全，应用程序是根

22、据外模式对数据的描述编写的，不直接访问概念模式。一个外模式可以对应编写的，不直接访问概念模式。一个外模式可以对应多个应用程序；但一个应用程序只能对应一个外模式。多个应用程序；但一个应用程序只能对应一个外模式。数据库原理21 为了实现三个层次模式之间的数据转换，为了实现三个层次模式之间的数据转换，DBMSDBMS在三级模式在三级模式之间提供了两层映象，以实现较高的逻辑独立性和物理独立性。之间提供了两层映象，以实现较高的逻辑独立性和物理独立性。u 外模式外模式/模式映象模式映象u 模式模式/内模式映象内模式映象 定义数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应性，模式定义数据库全局逻辑结构与存储结构之间

23、的对应性，模式/内模式映象是唯一的，该映像定义包含在模式的描述中。内模式映象是唯一的，该映像定义包含在模式的描述中。当当DBDB存储结构改变时，由存储结构改变时，由DBADBA对模式对模式/内模式的映象作相应内模式的映象作相应改变，可使模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了改变，可使模式保持不变，从而应用程序不必修改，实现了数数据与程序的物理独立性据与程序的物理独立性。模式模式/内模式映象内模式映象数据库的二级映象功能数据库的二级映象功能数据库原理22 定定义义外外模模式式和和模模式式之之间间的的对对应应关关系系。外外模模式式有有多多个个，对对每每一一个个外外模模式式，数数据据库库系系统统

24、都都有有一一个个外外模模式式/模模式式映映象象。这这些些映像定义包含在各自外模式的描述中。映像定义包含在各自外模式的描述中。当当模模式式改改变变时时，譬譬如如增增加加新新的的关关系系、新新的的属属性性、改改变变属属性性的的数数据据类类型型等等，由由DBADBA对对各各个个外外模模式式/模模式式的的映映象象作作相相应应改改变变，可可使使外外模模式式保保持持不不变变，从从而而应应用用程程序序不不必必修修改改，实实现现了了数数据据与与程序的逻辑独立性程序的逻辑独立性。外模式外模式/模式映象模式映象数据库原理23数数数数库库库库据据据据应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应

25、用程序应用程序应用程序应用程序外模式外模式外模式外模式 A A A A外模式外模式外模式外模式 B B B B 外模式外模式 /模式模式 模模模模 式式式式 模式模式 /内模式内模式用户级用户级数据库数据库概念级数据库概念级数据库物理级数据库物理级数据库DBMSDBMS 内模式内模式内模式内模式 数据库数据库三级三级模式结构模式结构数据库原理24数据表示数据表示应用系统应用系统外模式外模式模模 式式内模式内模式DBDBOSOSDBMSDBMS数据抽象级别数据抽象级别软件系统层次软件系统层次用户用户DBA,DBA,系统系统分析员分析员应用程应用程序员序员各种人员的数据视图各种人员的数据视图数据库

26、原理251.5 1.5 数据库技术的研究领域数据库技术的研究领域DBMSDBMS软件的研制软件的研制数据库设计数据库设计数据库理论数据库理论DBMS本身本身以以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统为核心的一组相互联系的软件系统（工具软件及中间件）（工具软件及中间件）目标目标：提高系统的可用性、可靠性、可伸缩性；提高性能和提高用户生产率。：提高系统的可用性、可靠性、可伸缩性；提高性能和提高用户生产率。DB设计方法、工具和理论的研究设计方法、工具和理论的研究数据模型和建模的研究数据模型和建模的研究计算机辅助数据库设计方法及软件系统的研究计算机辅助数据库设计方法及软件系统的研究DB设计规范和标准的研究设计规范和标准的研究目标目标：设计结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。：设计结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。关系的规范化理论关系的规范化理论关系数据理论关系数据理论数据逻辑演绎、知识推理、知识发现数据逻辑演绎、知识推理、知识发现并行算法并行算法