数据库概论课件.ppt
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1、第1章 数据库概论 本章的重要概念(一)(1)DB、DBMS和DBS的定义(2)数据管理技术的发展阶段人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段和高级数据库技术阶段等各阶段的特点。(3)数据描述概念设计、逻辑设计和物理设计等各阶段中数据描述的术语,概念设计中实体间二元联系的描述(1:1,1:N,M:N)。本章的重要概念(二)(4)数据模型数据模型的定义,两类数据模型,逻辑模型的形式定义,ER模型,层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型的数据结构以及联系的实现方式。(5)DB的体系结构三级结构,两级映象,两级数据独立性,体系结构各个层次中记录的联系。(6)DBMS DBMS的工作模式、主要功
2、能和模块组成。(7)DBSDBS的组成,DBA,DBS的全局结构,DBS结构的分类。前 言 从20世纪50年代中期开始,计算机的应用由科学研究部门逐渐扩展到企业、行政部门。至60年代,数据处理已成为计算机的主要应用。在60年代末,数据库技术作为数据处理中的一门新技术发展起来的。经过30多年的发展,数据库技术已是计算机软件领域的一个重要分支,形成了较为完整的理论体系和实用技术。本章先回顾数据管理技术的发展过程,然后介绍数据库中的基本概念,以使读者对数据库的概貌有所了解。1.1 引言v1963年,美国Honeywell公司的IDS(Integrated Data Store)系统投入运行,揭开了数
3、据库技术的序幕。v20世纪70年代是数据库蓬勃发展的年代,网状系统和层次系统占据了整个数据库商用市场,而关系系统仅处于实验阶段。v20世纪80年代,关系系统由于使用简便以及硬件性能的改善,逐步代替网状系统和层次系统占领了市场。v20世纪90年代,关系数据库已成为数据库技术的主流。v进入21世纪以后,无论是市场的需求还是技术条件的成熟,对象数据库技术、网络数据库技术的推广和普及已成定局。1.1.1 数据和信息v数据是数据库系统研究和处理的对象。数据与信息十分不开的,它们既有联系又有区别。v所谓数据,通常指用符号记录下来的、可以识别的信息。v信息与数据之间存在着固有的联系:数据是信息的符号表示或称
4、为载体;信息则是数据的内涵,是对数据语义的解释。1.1.2 数据处理与数据管理 v数据处理是指从某些已知的数据出发,推导加工出一些新的数据,这些新的数据又表示了新的信息。v数据管理是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作,这部分操作是数据处理业务的基本环节,而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。v数据处理是与数据管理相联系的,数据管理技术的优劣,将直接影响数据处理的效率。1.1.3 数据库技术的基本术语(一)v定义定义1.1 数据库(数据库(Database,简记为,简记为DB)DB是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。DB能为各种用户共享,具有较小冗
5、余度、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特点。1.1.3 数据库技术的基本术语(二)v定义定义1.2 数据库管理系统(数据库管理系统(Database Management System,简记为,简记为DBMS)DBMS是位于用户与操作系统(OS)之间的一层数据管理软件,它为用户或应用程序提供访问DB的方法,包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型,可以分为层次型、网状型、关系型和面向对象型等。DBMSOSDB 用户1.1.3 数据库技术的基本术语(三)v定义定义1.3 数据库系统(数据库系统(Database System,简记为简记为DBS)DBS是实现有
6、组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统,即它是采用数据库技术的计算机系统。v定义定义1.4 数据库技术数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。1.2 数据库的由来和发展v磁盘容量的发展磁盘容量的发展v数据管理技术的发展经历了人工管理、文件系统、数据库阶段和高级数据库阶段。时间(年)19561965197119781981198519952003容量(MB轴)53010060012005000100001800001.2.1 人工管理阶段v在人工管理阶段(20世纪50年代中期以前),计算机主要用于科学计算,其他工作还没有展
7、开。外部存储器只有磁带、卡片和纸带等,还没有磁盘等字节存取存储设备。软件只有汇编语言,尚无数据管理方面的软件。数据处理的方式基本上是批处理。v人工管理阶段的数据管理有下列特点:人工管理阶段的数据管理有下列特点:数据不保存在计算机内。没有专用的软件对数据进行管理。只有程序(program)的概念,没有文件(file)的概念。数据的组织方式必须由程序员自行设计与安排。数据面向程序。即一组数据对应一个程序。1.2.2 文件系统阶段(一)v在这一阶段(20世纪50年代后期至60年代中期),计算机不仅用于科学计算,还用于信息管理。随着数据量的增加,数据的存储、检索和维护问题成为紧迫的需要,数据结构和数据
8、管理技术迅速发展起来。此时,外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取存储设备。软件领域出现了高级语言和操作系统。操作系统中的文件系统是专门管理外存的数据管理软件。数据处理的方式有批处理,也有联机实时处理。1.2.2 文件系统阶段(二)v文件系统阶段的数据管理有以下特点:文件系统阶段的数据管理有以下特点:数据以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。数据的逻辑结构与物理结构有了区别,但比较简单。文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件等。数据不再属于某个特定的程序,可以重复使用,即数据面向应用。对数据的操作以记录为单位。v随着数据管理规模的扩大,数据量急剧增加,文件系统显露随着数据管理
9、规模的扩大,数据量急剧增加,文件系统显露出三个缺陷:出三个缺陷:数据冗余(redundancy)数据不一致(inconsistency)数据联系弱(poor data relationship)1.2.3 数据库阶段(一)v数据管理技术进入数据库阶段的标志是数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪世纪60年代末的三件大事:年代末的三件大事:1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统。1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告,总结了当时各式各样的数据库,提出网状模型。1970年美国IBM公司的E.F.Codd 连续发表论文,提出关系模型,奠定了关系数据库的理论基础。1.2.3
10、数据库阶段(二)v数据库阶段的数据管理具有以下特点:数据库阶段的数据管理具有以下特点:采用数据模型表示复杂的数据结构。有较高的数据独立性。数据库系统为用户提供了方便的用户接口。数据库系统提供以下四方面的数据控制功能:数据库的并发控制,数据库的恢复,数据的完整性和数据安全性。增加了系统的灵活性 1.2.3 数据库阶段(三)v数据库系统的结构数据库系统的结构1.2.3 数据库阶段(四)v程序和数据间的联系程序和数据间的联系 v文件系统阶段信息处理的传统方式文件系统阶段信息处理的传统方式1.2.3 数据库阶段(五)v数据库阶段信息处理方式的演变数据库阶段信息处理方式的演变 1.2.4 高级数据库技术
11、阶段(一)v分布式数据库系统主要有下面三个特点分布式数据库系统主要有下面三个特点数据库的数据物理上分布在各个场地,但逻辑上是一个整体。每个场地既可以执行局部应用(访问本地DB),也可以执行全局应用(访问异地DB)。各地的计算机由数据通信网络相联系。本地计算机单独不能胜任的处理任务,可以通过通信网络取得其它DB和计算机的支持。1.2.4 高级数据库技术阶段(二)v分布式数据库系统 1.2.4 高级数据库技术阶段(三)v对象数据库系统主要有以下两个特点对象数据库系统主要有以下两个特点 对象数据模型能完整地描述现实世界地数据结构,能表达数据间嵌套、递归的联系。具有面向对象技术的封装性(把数据与操作定
12、义在一起)和继承性(继承数据结构和操作)的特点,提高了软件的可重用性。v网络数据库系统网络数据库系统 1.3 数据描述在数据处理中,数据描述将涉及到不同的范畴。从事物的特性到计算机中的具体表示,实际上经历了三个阶段概念设计中的数据描述、逻辑设计中的数据描述和物理设计中的数据描述。本节先介绍这三个阶段的数据描述,再介绍数据之间联系如何描述。1.3.1 概念设计中的数据描述v实体(实体(entity):):客观存在,可以相互区别的事物称为实体。v实体集(实体集(entity set):):性质相同的同类实体的集合,称为实体集。v属性(属性(attribute):):实体有很多特性,每一个特性称为属
13、性。每一个属性有一个值域,其类型可以是整数型、实数型、字符串型等。v实体标识符(实体标识符(identifier):):能惟一标识实体的属性或属性集,称为实体标识符。有时也称为关键码(key),或简称为键。1.3.2 逻辑设计中的数据描述(一)v字段(字段(field):):标记实体属性的命名单位称为字段,或数据项。它是可以命名的最小信息单位,所以又称为数据元素或初等项。v记录(记录(record):):字段的有序集合称为记录。v文件(文件(file):):同一类记录的集合称为文件。v关键码(关键码(key):):能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集,称为记录的关键码(简称为键)。1.3.2
14、 逻辑设计中的数据描述(二)v术语的对应关系术语的对应关系 概念设计逻辑设计 实体 记录 属性 字段(数据项)实体集 文件 实体标识符 关键码1.3.3 物理设计中的数据描述v位(位(bit,比特):,比特):一个二进制位称为“位”。一位只能取0或1两个状态。v字节(字节(byte):):8个比特称为一个字节,可以存放一个字符所对应的ASCII码。v字(字(word):):若干个字节组成一个字。一个字所含的二进制位的位数称为字长。v块(块(block):):又称为物理块或物理记录。块是内存和外存交换信息的最小单位,每块的大小,通常为210214字节。v桶(桶(bucket):):外存的逻辑单位
15、,一个桶可以包含一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。v卷(卷(volume):):一个输入输出设备所能装载的全部有用信息,称为“卷”。1.3.4 数据联系的描述(一)v定义定义1.5 联系(联系(relationship)是实体之间的相互关系。与一个联系有关的实体集个数,称为联系的元数。v定义定义1.6 二元联系有以下三种类型:二元联系有以下三种类型:一对一联系:一对一联系:如果实体集E1中每个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系,反之亦然,那么实体集E1和E2的联系称为“一对一联系”,记为“1:1”。一对多联系:一对多联系:如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个(零个或多
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