数据库系统基本概念

数据库系统基本概念第1章数据库概述主要内容1.1数据管理技术的发展1.2数据描述1.3数据抽象的级别1.4数据库管理系统1.5数据库系统1.1数据管理技术的发展存储器的容量、存储速率直接影响数据管理技术的发展数据处理包括：数据计算、数据管理数据管理技术直接影响数据处理的效率数据管理技术的发展与硬件、软件、计算机应用范围有密切联系数据管理技术分为以下几个阶段1.1.1人工管理阶段1.1.2文件系统阶段1.1.3数据库阶段1.1.4高级数据库阶段1.1.1人工管理阶段计算机应用：科技计算硬件：只有磁带、卡片、纸带软件：只有汇编语言，无数据管理软件数据处理方式：批处理数据管理特点：P1数据不保存在机器中无专门的数据管理软件只有程序概念数据面向程序1.1.2文件系统阶段计算机应用：科技计算、信息管理硬件：已有磁盘、磁鼓软件：有高级语言和操作系统，其中文件系统为数据管理软件数据处理方式：批处理、联机实时处理数据管理特点：P2数据以“文件”形式保存在外存中数据的物理结构与逻辑结构有区别，程序与数据有设备独立性文件组织多样，但文件间相互独立，缺乏联系数据与程序间的依赖关系减弱，但未根本改变对数据的操作以记录为单位1.1.2文件系统阶段文件系统的缺陷：P2例P3数据冗余性数据不一致性数据联系弱解决办法倒排文件系统通过指针的方式加强数据间的联系---数据库方式1.1.3数据库阶段进入该阶段的标志P3数据库管理方式的特点P4采用复杂的数据模型表示数据结构有较高的数据独立性（物理数据、逻辑数据）P4分为用户逻辑结构、整体逻辑结构、物理结构三级数据库系统为用提供方便的用户接口提供数据库恢复、并发控制、数据完整性、数据安全性功能，确保数据安全、正确、可靠操作以记录或数据项为单位，增加系统灵活性程序和数据联系图P51.1.3数据库阶段---相关概念1、数据(DATA)数据是描述现实世界中各种具体事务或抽象概念的可存储并具有明确意义的信息。数据的例子数据与其语义是不可分的数据的形式本身并不能完全表达其内容，需要经过语义解释。例：1001.1.3数据库阶段---相关概念2、数据库(DB)是一个数据集合，它存储的数据是按照一定的数据模型组织、描述和存储的。方便共享冗余度小数据间联系密切数据独立性高数据库中存储的基本对象是数据。例：一个按照关系模型组织的数据库实例链接11.1.3数据库阶段---相关概念3、数据库管理系统(DBMS)是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制。基于某种数据模型层次型网状型关系型面向对象型1.1.3数据库阶段---相关概念4、数据库系统(DBS)指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。一般由计算机硬件、操作系统、数据库管理系统、数据库、应用程序和用户、数据库管理员等组成。5、数据库技术研究数据库的结构、存储、管理和使用的软件学科是一门综合性强的学科1.1.4高级数据库阶段主要标志20世纪80年代分布式数据库系统21世纪Web数据库系统面向对象的概念建模实体联系图、对象联系图、UML类图开放数据库互联技术建立一个公共的、与DBMS型号无关的应用程序 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 接口事物特性到计算机中的具体表示，有三个阶段概念设计逻辑设计物理设计1.2.1概念设计中的数据描述1.2.2逻辑设计中的数据描述1.2.3物理设计中的数据描述1.2.3数据联系的描述1.2数据描述概念设计是根据用户需求设计数据库的概念结构相关术语P7实体（entity）实体集（entityset）属性（attriute）实体标示符（identifier）或键（key）1.2.1概念设计中的数据描述逻辑设计是根据概念设计的结果设计数据库的逻辑结构表达方式实现方法相关术语P7字段（field）记录（record）文件（file）关键码（key）1.2.2逻辑设计中的数据描述概念设计和逻辑设计术语对应关系P7概念的类型和值类型是概念的内涵值是概念的外延数据描述的两种形式物理数据描述逻辑数据描述两种数据要进行相互转换1.2.2逻辑设计中的数据描述1.2.3物理设计中的数据描述存储器设备层次高速缓存主存快闪存储器磁盘存储器光存储器磁带存储器物理存储中的数据描述位（bit）字节（byte）字（word）块（block）桶（bucket）卷（volume）联系是实体之间的相互关系二元联系的类型P9一对一一对多多对多三元联系和一元联系P111.2.4数据联系的描述1.3数据抽象的级别1.3.1数据抽象的过程1.3.2概念模型1.3.3逻辑模型1.3.4外部模型1.3.5内部模型1.3.6三层模式和两级映像1.3.7高度的数据独立性1.3.1数据抽象的过程模型是对现实世界的抽象在数据库技术中，用模型的概念描述数据库的结构与语义，对现实世界的数据进行抽象。根据数据抽象的级别，定义四种模型P11概念模型逻辑模型外部模型内部模型数据抽象过程（数据库设计过程）P121.3.2概念模型概念模型的抽象级别最高概念模型的特点概念模型表达了数据的整体逻辑结构---系统用户概念模型从用户需求的观点出发，对数据建模概念模型独立于硬件和软件概念模型是数据库设计人员与用户交流的工具概念模型主要是实体联系模型（ER）用ER图表示1.3.2概念模型ER图的四个基本成分矩形框：实体类型菱形框：联系类型椭圆形框：实体类型和联系类型的属性直线：连接联系类型与其涉及的实体类型，标有联系种类实体联系模型（例）P131.3.2概念模型ER模型的优点接近于人的思维，容易理解与计算机无关，用户容易接受ER模型的局限只能说明实体间语义的联系没有详细的数据结构1.3.3逻辑模型逻辑模型的特点表达了DB的整体逻辑结构---设计人员逻辑模型从数据库实现的观点出发，对数据建模逻辑模型独立于硬件，但依赖于软件（DBMS）逻辑模型是数据库设计人员与程序员交流的工具逻辑模型主要有层次、网状、关系模型1.3.3逻辑模型---层次模型构成（例P14）用树型结构表示实体类型树结点是记录类型，非根节点又且只有一个父结点上层记录类型与下层记录类型之间联系为：1：N特点记录之间的联系通过指针实现查询效率高缺点只能表示1：N的联系，表示M：N的联系复杂数据查询、更新操作复杂，导致编写应用程序复杂1.3.3逻辑模型---网状模型构成（例P15）CODASYL组织用有向图表示实体类型及实体间的联系有向图结点是记录类型有向边表示从箭尾到箭头的记录类型之间联系为1：N特点记录之间的联系通过指针实现M：N的联系容易实现查询效率高缺点编写应用程序复杂程序员要熟悉数据库的逻辑结构1.3.3逻辑模型---关系模型构成（例P16）用二维 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 结构表达实体集用外键表示实体间的联系概念关系即二维表格关系模式为记录类型，其实例为关系关系模型是由多个关系模式组成的集合特点用关键码导航数据表格简单，编程时不涉及存储结构、访问技术的细节是数学化模型(集合论、数理逻辑)，使用SQL语言三种逻辑模型的比较P17关系模型的数据结构学号姓名年龄性别1001张一18女1002王二19男1003李三20男课程号课程名任课教师C01语文刘四C02数学赵五学号课程号成绩1003C02651003C01671001C01801002C0125学生关系课程关系选课及成绩关系三个关系模式组成数据结构1.3.4外部模型可为不同的业务单位设计不同的外部模型外部模型中的模式成为“视图”（view）视图只是一个定义视图的数据从逻辑模型的数据库中得到特点外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集外部模型独立于硬件，依赖于软件外部模型反映了用户使用数据库的观点优点简化了用户的观点有助于数据库的安全性保护外部模型是对概念模型的支持1.3.5内部模型内部模型又称为物理模型，是数据最低层的抽象内部模型主要描述数据在磁盘或磁带上的存储方式（文件结构）存取设备（外存的空间分配）存取方法（主索引和辅助索引）内部模型与硬件、软件紧密相连在关系模型下不必考虑内部级的设计细节1.3.6三级模式和两级映像数据库的体系结构分为三层外模式（外部模型）外模式是用户与数据库系统的接口是用户用到的那部分数据的描述有若干个外部记录类型组成逻辑模式（逻辑模型）逻辑模式是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述由若干个逻辑记录类型组成描述记录间的联系、操作、数据的完整性、安全性等要求内模式（内部模型）内模式是数据库在物理存储方面的描述定义所有的内部记录类型、索引和文件组织方式定义数据控制方面的细节外部模型1外部模型2外部模型3逻辑模型内部模型11.3.6三级模式和两级映像三级模式体系结构特点用户使用数据操纵语言（DML）操作数据库实际是操作外模式的外部记录程序员与外模式发生联系外模式是逻辑模式的逻辑子集逻辑模式不涉及到存储结构、访问技术等逻辑模式提供了连接外模式与内模式的中间观点，使它们彼此独立内模式不涉及物理记录和设备约束文件系统比内模式更接近物理存储和访问1.3.6三级模式和两级映像为实现三个抽象级别的联系和转换，DBMS提供两个层次的映像（mapping）外模式/模式映像存在于外模式和逻辑模式之间定义外模式和概念模式间的对应性在外模式中描述模式/内模式映像存在于逻辑模式级和内模式之间定义逻辑模式和内模式间的对应性一般在内模式中描述数据库管理员建立与维护DBMSOS1.3.7高度的数据独立性基础：三级模式结构数据独立性(DataIndependence)指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。物理数据独立性内模式修改时，修改模式/内模式映像，而不影响逻辑模式逻辑数据独立性逻辑模式修改，修改外模式/模式映像，而不影响外模式和程序1.3数据抽象的级别数据库三级模式结构的优缺点优点：提供数据物理独立性和逻辑独立性。缺点：增加系统额外开销。系统要保存三级结构、两级映象的内容用户与数据库的数据传输要在三级结构中转换说明：实际的商用DBMS中，三级结构常常模糊处理1.3数据抽象的级别用户、宿主语言（主语言）P19自含型(交互型)DML、嵌入型(宿主型)DML用户界面是用户和数据库系统间的一条分界线数据库模式和模式的“实例”数据库模式：是一个数据库的基于特定模型的数据结构的定义，相对稳定。数据库实例：在任意一个特定的时刻，数据库中存储的数据称为一个数据库的实例，随时改变。例：说明数据库模式与数据库实例。链接2数据抽象各层中记录的联系1.4数据库管理系统1.4.1DBMS的工作模式1.4.2DBMS的主要功能1.4.1DBMS的工作模式数据库管理系统就是指数据库系统中管理数据的软件系统。P20DBMS工作示意图是数据库系统的核心组成部分对DB的一切操作都通过DBMS进行DBMS的主要目标：把数据作为可管理的资源用户访问数据的过程P21由DBMS把操作从应用程序带到外部级、概念级，在导向内部级DBMS为应用程序开辟缓冲区：数据传输和格式转换用数据字典存放三级结构定义返回1.4.2DBMS的主要功能1、数据库的定义功能2、数据库的操作功能提供DML实现对数据的操作：检索和更新过程性DML和非过程性DMLP21查询语言是DML中的检索语句部分3、数据库的保护功能数据库的恢复数据库的并发控制数据库的完整性控制数据库的安全性控制1.4.2DBMS的主要功能4、数据库的维护功能数据的载入、转换、转储数据库改组性能监控程序5、数据字典（DD）：存放三级结构定义对数据库的操作都要经过DD才能完成DD子系统1.5数据库系统（DBS）组成数据库：与应用有关的全部数据的集合应用数据集合：物理数据库各级数据结构的描述：由DD管理硬件软件：DBMS、OS、各种主语言、应用开发支撑软件数据库管理员（DBA）P23DBA的素质DBA的定义DBA的的主要职责1.5数据库系统（DBS）数据库系统的全局结构使用编写使用使用日志1.5数据库系统（DBS）DBS的效益灵活性简易性面向用户有效的数据控制加快应用系统的开发速度维护方便 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化本章小结数据管理技术的发展阶段了解三个发展阶段，理解每个阶段的特点。数据库系统阶段的数据独立性最高。数据库中的几个基本概念掌握DB、DBMS和DBS的概念，理解它们的区别。数据库系统的用户了解在DBS中，不同用户在任务上有什么不同本章小结数据描述和数据模型理解数据描述的三个领域。理解数据模型的概念。识记数据模型的种类，了解信息世界、数据世界中各自常用的数据模型。信息世界——概念模型（ER模型）数据世界——关系模型概念模型不仅独立于计算机硬件设备，而且独立于DBMS本章小结数据描述和数据模型识记结构数据模型的三个组成部分。数据模型表示的是数据库的框架，是客观事物及其联系的描述，能够以一定的结构形式表示出各种不同数据之间的联系。数据模型不是数据本身。本章小结数据库的体系结构理解数据库的三级模式结构和两级映象的概念，以及这种结构的好处。数据库管理系统掌握DBMS的主要功能。掌握通常的DBMS组成部分。数据库系统理解DBS的组成以及它的全局结构。数据库语言包括两个子语言，一个是数据定义子语言，另一个是数据操纵子语言元数据与数据字典的概念数据模型的概念