第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

1、1.1 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),1.2 數(shù)據(jù)模型與信息模型,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)導論,1.1 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),首先了解：數(shù)據(jù)庫管理技術是怎樣發(fā)展而來的？什么是數(shù)據(jù)庫？什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)的關系是什么？ 可將數(shù)據(jù)庫想象成?存放數(shù)據(jù)的倉庫那么數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Data Base Management System，DBMS）這個軟件就是倉庫保管員，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就對應整個倉庫部

2、門(包括倉庫保管員、所有的貨物及其存儲管理設施)，而信息系統(tǒng)就是建立在倉庫之上的數(shù)據(jù)加工廠。,1.1 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),一、數(shù)據(jù)管理的發(fā)展,數(shù)據(jù)管理的三個階段人工管理,,文件管理,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),1.1 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),二、數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)庫(DB)： 數(shù)據(jù)庫是按一定結(jié)構組織，并長期存儲在計算機內(nèi)、可共享的大量數(shù)據(jù)的有機集合。,關系？,,,,,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)： 管理和維護數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS

3、)： 有管理數(shù)據(jù)庫功能的計算機系統(tǒng),,,OracleDB2 SQL Server……,1.1 數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),管理信息系統(tǒng)（MIS）是以多種技術為工具和手段，具有對信息進行加工處理、存儲和傳遞等功能，同時具有預測、控制、組織和決策等功能的人-機系統(tǒng)。,完整的MIS應包括：輔助決策系統(tǒng)控制系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)DB、知識庫對外交換信息的接口,1.2 數(shù)據(jù)模型與信息模型,分類：信息模型(概念模型)：是表示實體及其聯(lián)系

4、的模型。是從用戶角度對數(shù)據(jù)建模，用于DB設計。數(shù)據(jù)模型：是表示數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的模型。是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)關系、特征的抽象。是從計算機角度對數(shù)據(jù)建模，用于DBMS實現(xiàn)。,,現(xiàn)實世界,,,,,認識、分析、抽象,一、信息的三個世界:,描述規(guī)范轉(zhuǎn)換,一、信息的三個世界,現(xiàn)實 信息 機器 世界 世界 世界,信息世界的基本概念： 實體：事物及聯(lián)系 屬性：實體的特征,分析抽象,編碼規(guī)范,↓

5、 ↓ ↓ 事物----?信息----?數(shù)據(jù),屬性域:屬性取值范圍 鍵: 關鍵字/碼 實體型:結(jié)構 實體集:一組同類實體,三個世界術語間關系：,,,,學生,,,學,,號,,姓,,名,,年齡,,性別,,籍貫,,,,,,,學生,1,,,990927,胡,,偉,22,男,,湖南,,,,,,,學生,2,,,990652,張 春,24,男,,湖北,,,,,,,學生,3,,,991091,程 軍

6、,23,男,,山西,,,,,,,學生,4,,,990676,王,,翌,22,女,,四川,,,,,,,,,,,,,,,,用信息模型,用數(shù)據(jù)模型,二、信息模型,1.概念實體集間的聯(lián)系:1：1 1：m m：n,例：系 --- 系主任學生 --- 座位班級 --- 學生公司 --- 職員學生 --- 圖書運動員 --- 項目,設實體集： E1 E2,E-

7、R模型,實體聯(lián)系模型：該模型直接從現(xiàn)實世界中抽象出實體類型及實體間聯(lián)系，然后用E-R圖表示的數(shù)據(jù)模型。,實體名,屬性名,,E-R圖的四個基本成分：,矩形框表示實體型,橢圓形表示屬性,菱形表示聯(lián)系,連接實體型與聯(lián)系類型，也可用于表示實體與屬性的聯(lián)系并注明種類；對構成碼的屬性，在屬性名下畫一橫線表示。,1.3.3,二、信息模型,2. 信息模型的表示方法,二、信息模型,E-R圖例:實體集、屬性、聯(lián)系,? 總分: sum? 成績:

8、score,二、信息模型,3.實體集間聯(lián)系的表示兩實體集間多實體集間同一實體集內(nèi),聯(lián)系名,n,m,1,n,1. 數(shù)據(jù)模型的三要素(1)數(shù)據(jù)結(jié)構（描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性） ①數(shù)據(jù)庫對象類型：與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關的對象；與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象。 ②數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系：隱式和顯式。(2)數(shù)據(jù)操作（描述系統(tǒng)的動態(tài)特性）指對數(shù)據(jù)庫各種對象允許進行操作的集合，包括操作語言及有關操作規(guī)則的定義。(3)數(shù)據(jù)的完整性

9、約束是對數(shù)據(jù)及其關系的制約規(guī)則的集合。,三、數(shù)據(jù)模型,2. 主要數(shù)據(jù)模型 （1）三種基本數(shù)據(jù)模型： 層次模型： 網(wǎng)狀模型： 關系模型： （2）面向?qū)ο竽Ｐ?（3）謂詞模型 （4）XML模型 （5）擴充的數(shù)據(jù)模型,三、數(shù)據(jù)模型,3. 層次模型 數(shù)據(jù)結(jié)構：樹結(jié)構,,記錄集(類型),1: n的聯(lián)系,教材圖1-6： 層次數(shù)據(jù)庫的型和值示例,層次模型

10、的基本特點： 需按路徑查看給定記錄的值。,三、數(shù)據(jù)模型,4. 網(wǎng)狀模型 數(shù)據(jù)結(jié)構：圖結(jié)構,教材圖： 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的型和值示例,L1,L2,三、數(shù)據(jù)模型,思考：訂貨人與貨物：？,5.關系模型(1)數(shù)據(jù)結(jié)構,,屬性,元組,,,,,,,學號 姓名 年齡,,,,關系元組屬性(值)主鍵(主Key),主鍵,關系名,屬性名,例：學生(學號,姓名,年齡),關系模式：關系結(jié)構的描述 R(A1 ，A2，A3，….An),值,

11、三、數(shù)據(jù)模型,(2)數(shù)據(jù)操作與完整性約束基本數(shù)據(jù)操作：查、插、刪、改。使用非過程化語言。需滿足關系的完整性約束條件(3)存儲結(jié)構表以文件形式存儲,,表結(jié)構,,,,,5.關系模型,實體間聯(lián)系,實體,三種模型比較：,1.2 數(shù)據(jù)模型與信息模型,樹圖表,1:n層次聯(lián)系m:n間接聯(lián)系m:n任意聯(lián)系,通過指針(或路經(jīng))通過指針(或路經(jīng))自然聯(lián)系創(chuàng)建聯(lián)系,較高較難較高復雜較低容易,無無關系理論,過程式

12、 過程式非過程式,發(fā)展: 混合式,,應用程序,應用程序,應用程序,外模式 A,外模式 B,外模式 / 模式,概念模式,模式 / 內(nèi)模式,,,,,,,,,,用戶級數(shù)據(jù)庫,概念級數(shù)據(jù)庫,物理級數(shù)據(jù)庫,DBMS,,,,,內(nèi)模式,,,,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構：三級模式結(jié)構,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),模型與模式的區(qū)別： 模型以直觀清晰的圖形來表示，但計算機無法識別，須用一種語

13、言來描述它。 模式是對模型的具體語言描述。 2. 三級模式：外模式（子模式--- 多個）局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構和特征的描述。概念模式（模式--- 一個）全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構和特征的描述。定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構，還要定義與數(shù)據(jù)有關的安全性、完整性要求。內(nèi)模式（存儲模式、物理模式---一個）數(shù)據(jù)物理結(jié)構和存儲方式的描述。,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)獨立性: 程序與數(shù)據(jù)間的互不依賴性。數(shù)據(jù)的物理獨立性 數(shù)據(jù)

14、庫存儲結(jié)構的改變不影響邏輯結(jié)構及應用程序。數(shù)據(jù)的邏輯獨立性 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構的改變不影響應用程序。數(shù)據(jù)一致性： 語義相同的多個副本值一致。,3.數(shù)據(jù)庫的二級映象功能外模式/模式映象 實現(xiàn)數(shù)據(jù)邏輯獨立性; 完成綜合、抽象。模式/內(nèi)模式映象 實現(xiàn)數(shù)據(jù)物理獨立性; 完成優(yōu)化存放。,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),4、數(shù)據(jù)抽象 --- 三級DB,關系：數(shù)據(jù)模型————>模式———>DB建筑模型---

15、-> ---->,,物理DB,邏輯DB,用戶DB,藍圖,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),,,5、 DBS的組成：硬件平臺: 計算機、網(wǎng)絡軟件系統(tǒng)：OS開發(fā)工具DBMSDB應用軟件人：,DBS的層次關系,開發(fā)工具,OS,硬件,用戶,DBMS,應用軟件,？DB,DBA系統(tǒng)分析員 和DB設計者應用程序員用戶,6. DBMS 簡介,1)DBMS： 是介于用戶和OS之間的系統(tǒng)軟件，它實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)的有

16、效組織、管理和各種操作。關系：,特點：1. 完備高效2. 界面友好3. 事務管理4. 結(jié)構清晰5. 規(guī)范開放DBMS的功能 (1)對外： DB定義,建立,操縱,接口 (2)對內(nèi)： DB組織存儲,運行控制, 管理維護,DBS建立在OS之上， DBMS需要OS的支持。 DBMS是用戶操縱、管理 DB的工具。 說明:DBMS 、OS擴充,DBMS 簡介,2)DBMS

17、的組成 (1) 數(shù)據(jù)定義語言及其翻譯處理程序 (2) 數(shù)據(jù)操縱語言及其編譯（或解釋）程序 (3) 數(shù)據(jù)庫運行控制程序 (4) 實用程序(裝入,轉(zhuǎn)儲,恢復,重組,轉(zhuǎn)換,通信) 3)DBMS運行環(huán)境 (1)分布: 數(shù)據(jù)分布、功能分布、處理分布。 (2)開放：開放的硬件平臺、支撐軟件、網(wǎng)絡支持、 數(shù)據(jù)庫、用戶界面。,,,,,,,,,,,,⑤,,,②,③,④,⑧,⑦,⑥,,

18、①,日志,⑨記載日志,4)用戶訪問數(shù)據(jù)庫的工作過程,,,,應用程序A,狀態(tài),工作區(qū),,,,,,,,,,,數(shù)據(jù)庫技術領域的發(fā)展趨勢,1 泛數(shù)據(jù)研究:各種Web數(shù)據(jù)管理問題成為關注熱點2 國際數(shù)據(jù)庫研究界動態(tài) ：信息的存儲、組織、管理和訪問3 主流技術發(fā)展趨勢 3.1 信息集成 3.2 數(shù)據(jù)流管理 3.3 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫管理 3.4 XML 數(shù)據(jù)庫管理 3.5 云數(shù)據(jù)庫管理 3.6 DBMS的自適應管理 3.7 移動數(shù)據(jù)庫管