山东农业大学信息学院 数据库系统概论 An Introduction to Database Systems Department of Computer Science School of Information Shandong Agricultural University 联系方式 v任课教师 孙未 vTel 8242497 vE mail sw v办公室 文 609 教材及参考书 1 教材 萨师煊 王珊 数据库系统概论 第四版 高等教育出版社 2006 5 A First Course in Database Systems Jeffrey D Ullman Jennifer Widom Dept Of Computer Science Stanford University 教材及参考书 2 参考书 Date C J An Introduction to Database System Ed 7 Addison Wesley 2000 学习方式 听课 启发式 讨论式 读书 预习 复习 报告 综合练习 考试成绩 v平时成绩30 书面作业 小测验 考勤 提问 v期末考试70 内容安排 1 基础篇 第一章 绪论 第二章 关系数据库 第三章 关系数据库标准语言SQL 第四章 数据库安全性 第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇 第六章 关系数据理论数据库设计 第七章 数据库设计 第八章 数据库编程 内容安排 2 系统篇 第九章 关系查询处理和查询优化 第十章 数据库恢复技术 第十一章 并发控制 第十二章 数据库管理系统 第一至第十一章是本科专业的基本教程 书中有 号的部分除外 第十二至第十七章是高级教程 数据库系统概论 An Introduction to Database Systems 第一章 绪论 第一章 绪论 1 1 数据库系统概述 1 2 数据模型 1 3 数据库系统结构 1 4 数据库系统的组成 1 5 小结 数据库的地位 v数据库技术产生于六十年代末 是数据管理的最新技 术 是计算机科学的重要分支 v数据库技术是信息系统的核心和基础 它的出现极大 地促进了计算机应用向各行各业的渗透 v数据库的建设规模 数据库信息量的大小和使用频度 已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志 第一章 绪论 1 1 数据库系统概述 1 1 1 四个基本概念 1 1 2 数据管理技术的产生和发展 1 1 3 数据库系统的特点 1 1 1 四个基本概念 v数据 Data v数据库 Database v数据库管理系统 DBMS v数据库系统 DBS 一 数据 v 数据 Data 是数据库中存储的基本对象 v 数据的定义 描述事物的符号记录 v 数据的种类 文本 图形 图像 音频 视频 学生的档案记录 货物的运输情况等 v 数据的特点 数据与其语义是不可分的 数据举例 v 数据的含义称为数据的语义 数据与其语义是不可分的 例如 96是一个数据 语义1 学生某门课的成绩 语义2 某人的体重 语义3 计算机系98级学生人数 语义4 请同学给出 数据举例 v学生档案中的学生记录 李明 男 197205 江苏南京市 计算机系 1990 语义 学生姓名 性别 出生年月 籍贯 所在院系 入学时间 解释 李明是个大学生 1972年5月出生 江苏南京市人 1990年考入计算机系 请给出另一个解释和语义 二 数据库 v数据库的定义 数据库 Database 简称DB 是长期储存在计算机内 有 组织的 可共享的大量数据的集合 v数据库的基本特征 数据按一定的数据模型组织 描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展 三 数据库管理系统 v什么是DBMS 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 是基础软件 是一个大型复杂的软件系统 vDBMS的用途 科学地组织和存储数据 高效地获取和维护数据 硬件平台 基础软件平台 软件基础构架平台 应用软件平台 软件产品 协同软件 办公软件 数据库系统数据库系统 操作系统操作系统 中间件 应用服务器 数据库在计算机系统中的位置 DBMS的主要功能 数据定义功能 提供数据定义语言 DDL 定义数据库中的数据对象 数据组织 存储和管理 分类组织 存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率 DBMS的主要功能 数据操纵功能 提供数据操纵语言 DML 实现对数据库的基本操作 查询 插入 删除和修改 数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立 运行和维护时由DBMS统一管理和控制 保证数据的安全性 完整性 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复 DBMS的主要功能 数据库的建立和维护功能 实用程序 数据库初始数据装载转换 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等 其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作 四 数据库系统 v什么是数据库系统 Database System 简称DBS 在计算机系统中引入数据库后的系统构成 v数据库系统的构成 数据库 数据库管理系统 及其开发工具 应用系统 数据库管理员 数据库 应用系统 应用开发工 具 操作系 统 数据库管理系 统 数据库管理员 用户用户用户 数据库系统 1 1 数据库系统概述 1 1 1 四个基本概念 1 1 2 数据管理技术的产生和发展 1 1 3 数据库系统的特点 数据管理技术的产生和发展 v什么是数据管理 对数据进行分类 组织 编码 存储 检索和维护 数据处理的中心问题 v数据管理技术的发展过程 人工管理阶段 20世纪40年代中 50年代中 文件系统阶段 20世纪50年代末 60年代中 数据库系统阶段 20世纪60年代末 现在 数据管理技术的产生和发展 续 v数据管理技术的发展动力 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展 一 人工管理阶段 v时期 20世纪40年代中 50年代中 v产生的背景 应用需求科学计算 硬件水平无直接存取存储设备 软件水平没有操作系统 处理方式批处理 人工管理阶段 续 v特点 数据的管理者 用户 程序员 数据不保存 数据面向的对象 某一应用程序 数据的共享程度 无共享 冗余度极大 数据的独立性 不独立 完全依赖于程序 数据的结构化 无结构 数据控制能力 应用程序自己控制 应用程序与数据的对应关系 人工管理阶段 应用程序1数据集1 应用程序2数据集2 应用程序 数据集n 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 二 文件系统阶段 v时期 20世纪50年代末 60年代中 v产生的背景 应用需求科学计算 管理 硬件水平磁盘 磁鼓 软件水平有文件系统 处理方式联机实时处理 批处理 文件系统阶段 续 v特点 数据的管理者 文件系统 数据可长期保存 数据面向的对象 某一应用程序 数据的共享程度 共享性差 冗余度大 数据的结构化 记录内有结构 整体无结构 数据的独立性 独立性差 数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序 数据控制能力 应用程序自己控制 应用程序与数据的对应关系 文件系统阶段 应用程序 文件 应用程序 文件2 应用程序 文件n 存取 方法 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 文件系统中数据的结构 v 记录内有结构 v 数据的结构是靠程序定义和解释的 v 数据只能是定长的 可以间接实现数据变长要求 但访问相应数据的应用 程序复杂了 v 文件间是独立的 因此数据整体无结构 可以间接实现数据整体的有结构 但必须在应用程序 中描述数据间的联系 v 数据的最小存取单位是记录 三 数据库系统阶段 v时期 20世纪60年代末以来 v产生的背景 应用背景大规模管理 硬件背景大容量磁盘 磁盘阵列 软件背景有数据库管理系统 处理方式联机实时处理 分布处理 批处理 1 1 数据库系统概述 1 1 1 四个基本概念 1 1 2 数据管理技术的产生和发展 1 1 3 数据库系统的特点 1 1 3 数据库系统的特点 v数据结构化 v数据的共享性高 冗余度低 易扩充 v数据独立性高 v数据由DBMS统一管理和控制 数据结构化 v整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 v整体结构化 不再仅仅针对某一个应用 而是面向全组织 不仅数据内部结构化 整体是结构化的 数据之间具有联系 v数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述 无需程序定义和解释 数据可以变长 数据的最小存取单位是数据项 数据的共享性高 冗余度低 易扩充 v数据库系统从整体角度看待和描述数据 数据 面向整个系统 可以被多个用户 多个应用共 享使用 v数据共享的好处 减少数据冗余 节约存储空间 避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充 数据独立性高 v 物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互 独立的 当数据的物理存储改变了 应用程序不用改变 v 逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的 数 据的逻辑结构改变了 用户程序也可以不变 v 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的 数据由DBMS统一管理和控制 v DBMS提供的数据控制功能 1 数据的安全性 Security 保护 保护数据 以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏 2 数据的完整性 Integrity 检查 将数据控制在有效的范围内 或保证数据之间满足一定的关系 3 并发 Concurrency 控制 对多用户的并发操作加以控制和协调 防止相互干扰而得到错误 的结果 4 数据库恢复 Recovery 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态 应用程序与数据的对应关系 数据库系统 DBMS 应用程序1 应用程序2 数据库 数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 第一章 绪论 1 1 数据库系统概述 1 2 数据模型 1 3 数据库系统结构 1 4 数据库系统的组成 1 5 小结 1 2 数据模型 1 2 1 两大类数据模型 1 2 2 数据模型的组成要素 1 2 3 概念模型 1 2 4 最常用的数据模型 1 2 5 层次模型 1 2 6 网状模型 1 2 7 关系模型 数据模型 v 在数据库中用数据模型这个工具来抽象 表示和处理现 实世界中的数据和信息 v 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟 v 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 1 2 1 两大类数据模型 v 数据模型分为两类 分属两个不同的层次 1 概念模型 也称信息模型 它是按用户的观点来对数据和 信息建模 用于数据库设计 2 逻辑模型和物理模型 逻辑模型主要包括网状模型 层次模型 关系模型 面向对 象模型等 按计算机系统的观点对数据建模 用于DBMS实 现 物理模型是对数据最底层的抽象 描述数据在系统内部的表 示方式和存取方法 在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法 两大类数据模型 续 v客观对象的抽象过程 两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型 两大类数据模型 续 DBMS支持的数据模型 概念模型 认识 抽象 信息世界 机器世界 现实世界中客观对象的抽象过程 现实世 界 现实世界 概念模型 数据库设计人员完成 逻辑模型 物理模型 由DBMS完成 概念模型 逻辑模型 数据库设计人员完成 1 2 数据模型 1 2 1 两大类数据模型 1 2 2 数据模型的组成要素 1 2 3 概念模型 1 2 4 最常用的数据模型 1 2 5 层次模型 1 2 6 网状模型 1 2 7 关系模型 1 2 2 数据模型的组成要素 v数据结构 v数据操作 v完整性约束条件 一 数据结构 v什么是数据结构 描述数据库的组成对象 以及对象之间的联系 v描述的内容 与数据类型 内容 性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象 v数据结构是对系统静态特性的描述 二 数据操作 v数据操作 对数据库中各种对象 型 的实例 值 允许执行的 操作及有关的操作规则 v数据操作的类型 查询