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教学辅助课件,Visual FoxPro 数据库原理与应用,第1章 数据库基本知识,本 章 要 点,数据库管理技术发展的三个阶段 数据库系统的组成 数据库管理系统的功能,思考题,1.1.1 数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展,数据处理及时地应用了这一先进的技术手段,使数据处理的效率和深度大大提高,也促使数据处理和数据管理的技术得到了很大的发展,其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理等四个阶段。,1.1数据库管理技术的发展,1.1.2 数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展,数据处理及时地应用了这一先进的技术手段,使数据处理的效率和深度大大提高,也促使数据处理和数据管理的技术得到了很大的发展,其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理等四个阶段。,1.1.2 数据处理 数据处理就是将数据转换为信息的过程。数据处理的内容主要包括:数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中,根据数据自身的规律和及其相互联系,通过分析、归纳、推理等科学方法,利用计算机技术、数据库技术等技术手段,提取有效的信息资源,为进一步分析、管理、决策提供依据。 数据处理也称信息处理。 例如,学生各门成绩为原始数据,经过计算得出平均成绩和总成绩等信息,计算处理的过程就是数据处理。,要 点,1人工管理阶段 早期的计算机主要用于科学计算,计算处理的数据量很小,基本上不存在数据管理的问题。从50年代初开始,开始将计算机应用于数据处理。当时的计算机没有专门管理数据的软件,也没有像磁盘这样可随机存取的外部存储设备,对数据的管理没有一定的格式,数据依附于处理它的应用程序,使数据和应用程序一一对应,互为依赖。 由于数据与应用程序的对应、依赖关系,应用程序中的数据无法被其他程序利用,程序与程序之间存在着大量重复数据,称为数据冗余;同时,由于数据是对应某一应用程序的,使得数据的独立性很差,如果数据的类型、结构、存取方式或输入输出方式发生变化,处理它的程序必须相应改变,数据结构性差,而且数据不能长期保存。,在人工管理阶段,应用程序与数据之间的关系所示。,如图1-1,2文件管理阶段 从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段,应用程序通过专门管理数据的软件即文件系统管理来使用数据。由于计算机存储技术的发展和操作系统的出现,同时计算机硬件也已经具有可直接存取的磁盘、磁带及磁鼓等外部存储设备,软件则出现了高级语言和操作系统,而操作系统的一项主要功能是文件管理,因此,数据处理应用程序利用操作系统的文件管理功能,将相关数据按一定的规则构成文件,通过文件系统对文件中的数据进行存取、管理,实现数据的文件管理方式。,文件管理阶段中,文件系统为程序与数据之间提供了一个公共接口,使应用程序采用统一的存取方法来存取、操作数据,程序与数据之间不再是直接的对应关系,因而程序和数据有了一定的独立性。但文件系统只是简单地存放数据,数据的存取在很大程序上仍依赖于应用程序,不同程序难于共享同一数据文件,数据独立性较差。此外,由于文件系统没有一个相应的模型约束数据的存储,因而仍有较高的数据冗余,这又极易造成数据的不一致性。,在文件管理阶段,应用程序与数据之间的关系如图1-2所示。,如图1-2,3数据库管理阶段 数据库管理阶段是60年代末在文件管理基础上发展起来的。随着计算机系统性价比的持续提高,软件技术的不断发展,人们克服了文件系统的不足,开发了一类新的数据管理软件数据库管理系统(DataBase Management System,DBMS),运用数据库技术进行数据管理,将数据管理技术推向了数据库管理阶段。 数据库技术使数据有了统一的结构,对所有的数据实行统一、集中、独立的管理,以实现数据的共享,保证数据的完整性和安全性,提高了数据管理效率。数据库也是以文件方式存储数据的,但它是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间,由数据库管理软件DBMS把所有应用程序中使用的相关数据汇集起来,按统一的数据模型,以记录为单位存储在数据库中,为各个应用程序提供方便、快捷的查询、使用。,数据库系统与文件系统的区别是:数据库中数据的存储是按同一结构进行的,不同的应用程序都可直接操作使用这些数据,应用程序与数据间保持高度的独立性;数据库系统提供一套有效的管理手段,保持数据的完整性、一致性和安全性,使数据具有充分的共享性;数据库系统还为用户管理、控制数据的操作,提供了功能强大的操作命令,使用户直接使用命令或将命令嵌入应用程序中,简单方便地实现数据库的管理、控制操作,在数据库管理阶段,应用程序与数据之间的关系如图1-3所示。 ,如图1-3,1.2 数据库系统,1.2.1 数据库系统的组成 数据库应用系统简称为数据库系统(DataBase System,DBS),是一个计算机应用系统。它由计算机硬件、数据库管理系统、数据库、应用程序和用户等部分组成。,1.2.1 信息、数据与数据处理,1 数据与信息 人们通常使用各种各样的物理符号来表示客观事物的特性和特征,这些符号及其组合就是数据。数据的概念包括两个方面,即数据内容和数据形式。数据内容是指所描述客观事物的具体特性,也就是通常所说数据的“值”;数据形式则是指数据内容存储在媒体上的具体形式,也就是通常所说数据的“类型”。数据主要有数字、文字、声音、图形和图像等多种形式。 信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识。信息是以某种数据形式表现的。 数据和信息是两个相互联系、但又相互区别的概念;数据是信息的具体表现形式,信息是数据有意义的表现。,1计算机硬件 计算机硬件(Hardware)是数据库系统赖以存在的物质基础,是存储数据库及运行数据库管理系统DBMS的硬件资源,主要包括主机、存储设备、I/O通道等。大型数据库系统一般都建立在计算机网络环境下。 为使数据库系统获得较满意的运行效果,应对计算机的CPU、内存、磁盘、I/O通道等技术性能指标,采用较高的配置。 2数据库管理系统 数据库管理系统(DataBase Management System,DBMS)是指负责数据库存取、维护、管理的系统软件。DBMS提供对数据库中数据资源进行统一管理和控制的功能,将用户应用程序与数据库数据相互隔离。它是数据库系统的核心,其功能的强弱是衡量数据库系统性能优劣的主要指标。 DBMS必须运行在相应的系统平台上,在操作系统和相关的系统软件支持下,才能有效地运行。,3数据库 数据库(DataBase,DB )是指数据库系统中以一定组织方式将相关数据组织在一起,存储在外部存储设备上所形成的、能为多个用户共享的、与应用程序相互独立的相关数据集合。数据库中的数据也是以文件的形式存储在存储介质上的,它是数据库系统操作的对象和结果。数据库中的数据具有集中性和共享性。所谓集中性是指把数据库看成性质不同的数据文件的集合,其中的数据冗余很小。所谓共享性是指多个不同用户使用不同语言,为了不同应用目的可同时存取数据库中的数据。 数据库中的数据由DBMS进行统一管理和控制,用户对数据库进行的各种数据操作都是通过DBMS实现的。,4应用程序 应用程序(Application)是在DBMS的基础上,由用户根据应用的实际需要所开发的、处理特定业务的应用程序。应用程序的操作范围通常仅是数据库的一个子集,也即用户所需的那部分数据。 5数据库用户 用户(User)是指管理、开发、使用数据库系统的所有人员,通常包括数据库管理员、应用程序员和终端用户。数据库管理员(DataBase Administrator,DBA)负责管理、监督、维护数据库系统的正常运行;应用程序员(Application Programmer)负责分析、设计、开发、维护数据库系统中运行的各类应用程序;终端用户(End-User)是在DBMS与应用程序支持下,操作使用数据库系统的普通使用者。不同规模的数据库系统,用户的人员配置可以根据实际情况有所不同,大多数用户都属于终端用户,在小型数据库系统中,特别是在微机上运行的数据库系统中,通常DBA就由终端用户担任。,1.3 数据库系统体系结构 为了有效地组织、管理数据,提高数据库的逻辑独立性和物理独立性,人们为数据库设计了一个严谨的体系结构,包括3个模式(外模式、模式和内模式)和2个映射(外模式-模式映射和模式-内模式映射)。美国ANSI/X3/SPARC的数据库管理系统研究小组于1975年、1978年提出了标准化的建议,将数据库结构分为3级:面向用户或应用程序员的用户级;面向建立和维护数据库人员的概念级;面向系统程序员的物理级。用户级对应外模式,概念级对应模式,物理级对应内模式,使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图,就是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法,简而言之,视图就是数据库在用户“眼中”的反映,很显然,不同层次(级别)用户所“看到”的数据库是不相同的。数据库系统的体系结构如图1-4所示。,1模式 模式又称概念模式或逻辑模式,对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据,按照统一的观点构造的全局逻辑结构,是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述,是所有用户的公共数据视图(全局视图)。它是由数据库系统提供的数据模式描述语言(Data Description language,模式DDL)来描述、定义的,体现、反映了数据库系统的整体观。,2外模式 外模式又称子模式,对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集,包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言(外模式DLL)来描述、定义对应于用户的数据记录(外模式),也可以利用数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML)对这些数据记录进行。外模式反映了数据库的用户观。,3内模式 内模式又称存储模式,对应于物理级。它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述,是数据库最低一级的逻辑描述,它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构,对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言(内模式DLL)来描述、定义,它是数据库的存储观。 在一个数据库系统中,只有惟一的数据库,因而作为定义、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式,也是惟一的,但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的,所以对应的外模式不是惟一的,也不可能惟一。,4三级模式间的映射 数据库系统的三级模式是数据在三个级别(层次)上的抽象,使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。实际上,对于一个数据库系统而言,只有物理级数据库是客观存在的,它是进行数据库操作的基础,概念级数据库中不过是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述(即模式),用户级数据库则是用户与数据库的接口,它是概念级数据库的一个子集(外模式)。 用户应用程序根据外模式进行数据操作,通过外模式模式映射,定义和建立某个外模式与模式间的对应关系,将外模式与模式联系起来,当模式发生改变时,只要改变其映射,就可以使外模式保持不变,对应的应用程序也可保持不变;另一方面,通过模式内模式映射,定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系,当数据的存储结构发生变化时,只需改变模式内模式映射,就能保持模式不变,因此应用程序也可以保持不变。,1.4 数据库管理系统的功能 作为数据库系统核心软件的数据库管理系统DBMS,通过三级模式间的映射转换,为用户实现了数据库的建立、使用、维护操作,因此,DBMS必须具备相应的功能。它主要包括如下功能: 1数据库定义(描述)功能 2数据库操纵功能 3数据库管理 功能 4通信功能,1数据库定义(描述)功能 DBMS为数据库的建立提供了数据定义(描述)语言(DDL)。用户使用DDL定义数据库的子模
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