郭文明05课件.ppt
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1、软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1. 绪论(数据库系统简介),概述 数据模型 数据库系统结构 数据库系统的组成 数据库新方向,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1 数据库系统概述,考查要点: 基本概念 数据 数据库 数据库管理系统 数据库系统 数据管理三个阶段 人工管理 文件系统 数据库 数据库系统特点 数据结构化 数据独立性 DBMS统一管理,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.1 基本概念,信息与数据 信息定义 哲学上:人们所认知与感知对象的抽象。 数学上:是确定性的度量,两次不定性之差,与随机对立。 物理上:是一种能量,与
2、熵对立。 信息特性 无限性、共享性、创造性。 信息系统(Information System,IS) 一系列相互关联信息的集合,该集合能够提供反馈机制以实现一定目标。 信息系统可以是手工的,也可以是计算机化的,一般指计算机化的信息系统。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.1 基本概念,信息与数据 数据 对现实世界中客观事物的符号表示。可以是数值数据,也可以是非数值数据,如声音、图像等。 数据有多种表现形式,他们都可以经过数字化后存入计算机。 信息与数据的联系 数据是信息的符号表示,或称载体; 信息是数据的内涵,是数据的语义解释; 数据是符号化的信息; 信息是语义化的数
3、据。 例,一幅黑白图象 数据黑白点阵 信息脸谱,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.1 基本概念,数据库: 数据的集合,存放数据的仓库。 由DBMS统一管理,多用户共享。 长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。 数据库管理系统DBMS: 系统软件,对数据库进行统一管理和控制。 DBMS功能: 数据定义(DDL) 数据操纵(DML) 运行管理(安全、完整、并发、恢复) 建立维护(导入、导出、备份恢复、重组织、分析),软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.1 基本概念,数据库系统: 带有数据库的整个计算机系统,一般由数据库、数据库管理系统(
4、及其开发工具)、应用系统、数据库管理员和用户构成。包括硬件、软件、数据、人员。,硬件,操作系统,DBMS,编译系统,应用开发工具软件,应用系统,PB,VB,VC DELPHI,Oracle,Db2, Sybase, SQL Server, Informix,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.2 数据管理发展阶段,数据库技术的研究对象 数据库技术是研究数据管理的技术。 数据处理 数据处理是对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。 数据处理的中心问题是数据管理。 数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护。 数据管理经历了三个阶段: 人工管理阶
5、段(50年代中期以前) 文件系统阶段(50年代后期-60年代中期) 数据库系统阶段(60年代后期开始),软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,人工管理阶段,背景: 计算机主要用于科学计算(数据量小、结构简单,如高阶方程、曲线拟和等)。 外存只有磁带、卡片、纸带等,没有磁盘等直接存取设备。 没有操作系统,没有数据管理软件(用户用机器指令编码)。 特点: 用户负责数据的组织、存储结构、存取方法、输入输出等细节。 数据完全面向特定的应用程序,每个用户使用自己的数据,数据不保存,用完就撤走。 数据与程序没有独立性,程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变。,软件学院 郭文明2004
6、.08,数据库系统概论讲义,人工管理阶段,数据与程序之间的关系,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,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,文件系统阶段,背景: 计算机用于科学计算,用于管理。 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。 有了专门管理数据的软件,一般称为文件系统,包括在操作系统中。 特点: 系统提供存取方法(索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件等),支持对文件的基本操作(增、删、改、查等),用户程序不必考虑物理细节。数据的存取基本上以记录为单位。 一个数据文件对应一个或几个用户程序,还是面向应用的。 数据与程序有一定的独立性,数据在存储上
7、的改变不一定反映在程序上。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,文件系统阶段,程序与数据之间的对应关系,应用程序1,应用程序2,应用程序n,文件1,文件2,文件n,存取 方法,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,文件系统阶段,数据与程序的独立性差: 文件系统的出现并没有从根本上改变数据与程序紧密结合的状况。 文件系统只是解脱了程序员对物理设备存取的负担,它并不理解数据的语义,只负责存储。 数据的语义信息只能由程序来解释,也就是说,数据收集以后怎么组织,以及数据取出来之后按什么含义应用,只有全权管理它的程序知道。 数据的逻辑结构改变则必须修改应用程序。 一个应用若
8、想共享另一个应用生成的数据,必须同另一个应用沟通,了解数据的语义与组织方式。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,文件系统阶段,数据的冗余度大: 数据仍然是面向应用的。 当不同应用程序所需要的数据有部分相同时,也必须建立各自的文件,而不能共享相同的数据。 数据分散管理。 数据的不一致性: 由于数据存在很多副本,给数据的修改与维护带来了困难,容易造成数据的不一致性。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库阶段,背景: 计算机管理的数据量大,关系复杂,共享性要求强(多种应用、不同语言共享数据)。 外存有了大容量磁盘,光盘。 软件价格上升,硬件价格下降,编制和维护
9、软件及应用程序成本相对增加,其中维护的成本更高,力求降低。 特点: 有了数据库管理系统。 面向全组织,面向现实世界。 独立性较强。 由DBMS统一存取,维护数据语义及结构,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库阶段,数据库观点:数据不是依赖于处理过程的附属品,而是现实世界中独立存在的对象。,数据集合,COBOL,FORTRAN,PL/SQL,C,JAVA,程序甲,程序戊,程序丙,程序丁,程序乙,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库系统 vs 文件系统,文件系统,数据管理,应用,应用,文件系统,应用 数据管理,应用 数据管理,数据库系统,文件系统,软件学
10、院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库系统 vs 文件系统,例子: Supplier: sname, sno, city Project: jname, jno, city Part: pname, pno, color,供应商,项目,零件,供应,查询: “北京的所有工程” “供应红色零件给北京的工程的供应商” 维护: “不允许供应不存在的零件”,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库系统 vs 文件系统,数据库系统(关系): 数据统一按表结构存放,联系也表为表形式,设为S,P,J,SPJ。 查询:只需提查询要求,由系统完成查询过程。 SELECT SNO F
11、ROM P,J,SPJ WHERE SPJ.JNO = J.JNO AND SPJ.PNO=P.PNO AND J.CITY = “BEIJING” AND P.COLOR = “RED”; 维护:应用提出完整性约束,系统自动检查。 CREATE TABLE SPJ(, FOREIGN KEY (PNO) REFERENCES P(PNO),);,文件系统: 分别组织三个文件,存储各类对象的记录。 系统不支持文件间的联系,由应用程序负责查询表达及数据的维护。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,数据库系统 vs 文件系统,文件系统的弱点: 文件之间无联系 难于维护数据的完整性
12、数据库系统的用武之地: 有查询 数据复杂 效率两面观: 运行效率 开发效率,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.3 数据库系统特点,面向全组织的复杂的数据结构 支持全企业的应用而不是某一个应用。 数据反映了客观事物间的本质联系,而不是着眼于面向某个应用,是有结构的数据。这是数据库系统的主要特征之一,与文件系统的根本差别。文件系统只是记录的内部有结构,一个文件的记录之间是个线性序列,记录之间无联系。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.3 数据库系统特点,数据的冗余度小,易扩充 数据面向整个系统,而不是面向某一应用,数据集中管理,数据共享,因此冗余
13、度小。 节省存储空间,减少存取时间,且可避免数据之间的不相容性和不一致性。 每个应用选用数据库的一个子集,只要重新选取不同子集或者加上一小部分数据,就可以满足新的应用要求,这就是易扩充性。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.3 数据库系统特点,具有较高的数据和程序的独立性 数据与程序相对独立,把数据库的定义和描述从应用程序中分离出去。描述又是分级的(全局逻辑、局部逻辑、存储),数据的存取由系统管理,用户不必考虑存取路径等细节,从而简化了应用程序。 数据独立性:当数据的结构发生变化时,通过系统提供的映象(转换)功能,使应用程序不必改变,软件学院 郭文明2004.08,数
14、据库系统概论讲义,1.1.3 数据库系统特点,数据的物理独立性:当数据的存储结构改变时,通过数据的存储结构与逻辑结构之间的映象,数据的逻辑结构可以保持不变,从而应用程序也不必改变。 数据的逻辑独立性:当数据的总体逻辑结构改变时,通过数据的总体逻辑结构与局部逻辑结构之间的映象,数据的局部逻辑结构可以保持不变,从而应用程序也不必改变。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.1.3 数据库系统特点,统一的数据控制功能,数据共享程度高 数据的安全性控制(Security) 保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄露和破坏。 措施:用户标识与鉴定,存取控制。 数据的完整性控制(Inte
15、grity) 数据的正确性、有效性、相容性。 措施:完整性约束条件定义和检查。 并发控制(Concurrency) 对多用户的并发操作加以控制、协调,防止其互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性遭到破坏。 措施:封锁。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2 数据模型,数据模型定义 概念数据模型 结构数据模型的三要素 结构数据模型示例,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.1数据模型定义,信息世界: 数据库系统是面向计算机的,而应用是面向现实世界的,两个世界存在着很大差异,要直接将现实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的,因此引入一个信息世界作为
16、现实世界通向计算机实现的桥梁。 一方面,信息世界是对现实世界的抽象,从纷繁的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基本关系;另一方面,信息世界中的概念和关系,要以一定的方式映射到计算机世界中去,在计算机系统上最终实现。信息世界起到了承上启下的作用。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.1数据模型定义,概念数据模型,结构数据模型,应用,数据模型: 是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。,信息世界,计算机世界,现实世界,概念化,形式化,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.1数据模型定义,概念数据模型: 按用户的观点来对数据和信息建模。用
17、于组织信息世界的概念,表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系。这类模型强调其语义表达能力,概念简单、清晰,易于用户理解。它是现实世界到信息世界的抽象,是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。如E-R模型。 结构数据模型: 从计算机实现的观点来对数据建模。是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法。一般有严格的形式化定义,以便于在计算机上实现。如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.2概念数据模型,学生,课程,选修,姓名,学号,系别,课程名,先修课,老师,成绩,实体,联系,属性,E-R,软件学院 郭文明2004
18、.08,数据库系统概论讲义,1.2.2概念数据模型,ODL,Product,Person,Company,category,name,price,name,stockprice,address,ssn,buys,worksFor,madeBy,employs,makes,类,关联,属性,name,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.3 结构数据模型三要素,数据结构 数据操作 数据的约束条件,软件学院 郭文明2004.08,数据库系统概论讲义,1.2.3 结构数据模型三要素,数据结构: 描述系统的静态特性,即组成数据库的对象类型。包括: 数据本身:类型、内容、性质。如网状
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