,数据库系统原理 及应用教程 (第4版） ISBN 978-7-111-45858-6 苗雪兰 刘瑞新等,机械工业出版社,本章教学目标、重点和难点,教学目标：使学生了解数据库的作用，了解数据库管理系统的功能和特点，了解数据库的发展史，了解数据库系统的体系结构和三级数据模式结构，了解数据库管理员的职责和二级映象技术及作用，掌握数据库系统的基本概念。 教学重点：数据库概念，数据管理与数据库特点，数据库管理系统功能，数据库管理系统的功能结构、三级数据模式结构。 教学难点：数据库概念，数据管理与数据库的特点，数据库系统的三级数据模式结构和二级映象技术。,1.1 数据库系统基本概念 1.2 数据库系统及发展 1.3 数据库系统的结构,第1章 数据库系统概述,1.1 数据库系统基本概念 1.1.1 信息与数据,1. 信息、信息特征及作用 信息就是新的、有用的事实和知识。 信息具有四个基本特征： 1) 内容是关于客观事物或思想方面的知识； 2) 有用的，它是人们活动的必需知识； 3) 能够在空间和时间上被传递，在空间上传递信息称为信息通信，在时间上传递信息称为信息存储； 4) 需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。 信息的作用： 1) 提高人们对事物的认识，减少人们活动的盲目性； 2) 社会机体进行活动的纽带，社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作，使整个社会协调发展； 3) 管理活动的核心。,数据是用于载荷信息的物理符号。 数据的4个特征： 1) 数据有“型”和“值”之分。 2) 数据受数据类型和取值范围的约束。 3) 数据有定性表示和定量表示之分。 4) 数据应具有载体和多种表现形式。,2. 数据、数据和信息的关系,(1) 数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类别组织保存，在需要的时候能够提供数据； (2) 数据加工：对数据变换、抽取和运算，得到更有用的数据，指导或控制人的行为或事物的变化； (3) 数据传播：在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人得到信息。,1. 数据处理及分类,1.1.2 数据管理与数据库,组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,数据管理是其他数据处理的核心和基础。,2. 数据管理及及作用,数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。 1) 数据库中的数据具有数据整体性。 2) 数据库中的数据具有数据共享性。 不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,数据库（DB）是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。,3. 数据库及性质,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,2. 数据库应用系统,凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统。一个数据库应用系统应携带有足够的数据量。 数据库应用系统可以被划分为数据传递系统、数据处理系统和管理信息系统。,1. 数据库管理系统,1.1.3 数据库管理系统与数据库应用系统,4. 数据库系统,一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、应用软件和数据库管理员等5部分构成。,1) 信息管理系统是以数据库技术为基础的。 2) 信息管理系统一般采用功能选单方式控制程序。 3) 信息管理系统的功能模块大致相同。,3.管理信息系统,1) 手工管理阶段不保存大量的数据。 2) 手工管理阶段没有软件系统对数据进行管理。 3) 手工管理阶段基本上没有“文件”概念。 4) 手工管理阶段一组数据对应一个程序。,1.2.1 手工数据管理阶段,1.2 数据库系统及发展,1. 文件管理阶段的数据管理特点,1) 管理的数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中。 2) 文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存取、查询及维护功能。 3) 文件系统中的数据文件已经具有多样化。 4) 文件系统的数据存取是以记录为单位的。,1.2.2 文件系统数据管理阶段,1) 文件系统的数据冗余度大。 2) 文件系统中缺乏数据与程序独立性。 文件系统中的数据文件是为某一特定应用服务的，数据文件的可重复利用率非常低。 当数据的逻辑结构改变时，必须修改它的应用程序，同时也要修改文件结构的定义。 3) 应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变。,2. 文件系统在数据管理上的主要缺点,1. 数据库设计时面向数据模型对象 2. 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高 1) 现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据。 2) 当系统需要扩充时，新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。 3) 多用户或多程序可以在同时共同使用同一数据。,1.2.4 数据库系统数据管理阶段,(1)数据的物理独立性 应用程序对数据存储结构（也称物理结构）的依赖程度。数据物理独立性高是指当数据的物理结构发生变化时，应用程序不需要修改也可以正常工作。 (2) 数据的逻辑独立性 应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度。数据逻辑独立性高是指当数据库系统的数据全局逻辑结构改变时，它们对应的应用程序不需要改变仍可以正常运行。,3. 数据和程序之间具有较高的独立性,5. 数据库中数据的最小存取单位是数据项,数据的安全性控制：保护数据库，以防止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。 数据的完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制。 数据的并发控制：排除由于数据共享，即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。 数据恢复：通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,4. 通过DBMS进行数据控制,1.3.1 数据库系统的体系结构,1. 数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求,1) 计算机内存要尽量大。 2) 计算机外存也要尽量大。 3) 计算机的数据传输速度要快。,2. 数据库系统的软件组成,操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和数据库。,1.3 数据库系统的结构,由开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件管理人员称为数据库管理员（DBA），职责为： 1) 参与数据库和应用系统的设计。 2) 参与决定数据库存储结构和存取策略。 3) 负责定义数据的安全性要求和完整性条件。 4) 负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作。 5) 负责数据库的改进和重组。,3. 人员组成及数据库管理员的职责,1. 数据定义功能：能够提供数据定义语言（简称DDL）和相应的建库机制。用户利用DDL可以方便地建立数据库。,2. 数据操纵功能：实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能。数据库管理系统通过提供数据操纵语言（DML）实现其数据操纵功能。,3. 数据库的建立和维护功能：指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能;指数据库结构的修改、变更及扩充功能。,4. 数据库的运行管理功能：包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。,1.3.2 数据库管理系统的功能结构,模式内模式映象,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。,1.3.3 数据库系统的三级数据模式结构,逻辑模式、外模式（子模式）、内模式（物理模式）。,(1) 逻辑模式（Schema）及概念数据库,对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。 (2) 外模式（External Schema）及用户数据库 对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。以子模式为框架的数据库为用户数据库。 (3) 内模式（Internal Schema）及物理数据库 数据的内部表示或底层描述。以物理模式为框架的数据库为物理数据库。,1. 数据库的三级模式结构,1) 外模式/模式的映象：定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。 2) 模式/内模式的映象：定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系。,2. 数据库系统的二级映象技术及作用,习题1,1.1答： 数据是用于载荷信息的物理符号。 数据的特征是：数据有“型”和“值”之分；数据受数据类型和取值范围的约束；数据有定性表示和定量表示之分；数据应具有载体和多种表现形式。 数据与信息的关系为：数据是信息的一种表现形式，正确的数据可表达信息，而虚假、错误的数据所表达的是谬误，不是信息。,1.2答： 数据处理是指对数据的收集、组织、整理、加工、存储和传播等工作。围绕着数据所做的工作均称为数据处理。 数据处理目的为：收集信息并将信息用数据表示和保存，为各种使用和数据处理提供数据；对数据进行变换、抽取和运算，从而得到更有用的数据，以指导或控制人的行为或事物的变化趋势；使更多的人得到并理解信息，从而使信息的作用充分发挥出来。,1.3答：数据管理的功能为：组织和保存数据功能；数据维护功能；数据查询和数据统计功能；数据的安全和完整性控制功能。 数据管理的目标是：收集完整的信息，将信息用数据表示，按数据结构合理科学地组织并保存数据；为各种使用快速地提供需要的正确数据，并保证数据的安全性和完整性。,1.4答： 数据库是数据管理的新方法和技术，是按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。 数据库中的数据具有数据整体性，即数据库中的数据要保持自身完整的数据结构；数据库中的数据具有数据共享性，不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据，多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,1.5答： 数据库管理系统简称DBMS，是专门用于管理数据库的计算机系统软件。 数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。,1.6答：数据冗余度大，会造成浪费存储空间的问题，使数据的存储、管理和查询都不容易实现。同时，由于文件系统中相同的数据需要重复存储和各自的管理，数据冗余度大还会给数据的修改和维护带来麻烦和困难，特别容易造成数据不一致的恶果。数据冗余度大时，由于数据重复出现，还使得数据统计的结果不正确。,1.7答： 数据的整体性是指在进行数据库设计时，要站在全局需要的角度进行抽象和组织数据，要完整地、准确地描述数据自身和数据之间联系的情况，要建立适合整体需要的数据模型。 数据的共享性是指由于数据库系统是从整体角度上看待和描述数据的，数据不再是面向某个应用，而是面向整个系统。 数据的整体性高会使得数据库中的数据冗余度变小，从而避免了由于数据冗余度大带来的数据冲突问题，也避免了由此产生的数据维护麻烦和数据统计错误问题。数据共享度高会提高数据的利用率，使得数据更有价值且更容易、更方便地被使用。,1.8答：数据库管理系统是提供数据库管理的计算机系统软件，为信息管理系统的设计提供了方法、手段和工具。利用数据库管理系统设计，信息管理系统可以达到事半功倍的效果。信息管理系统是实现某种具体事物管理功能的应用软件。信息管理系统的数据存放在数据库中，利用数据库管理系统，信息管理系统可以更快、更好地设计和实施。,1.9答：用文件系统管理数据会有三个缺陷： 由于文件之间缺乏联系，会造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储，所以数据冗余度大。 由于数据冗余，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样，从而产生数据不一致缺陷。 由于文件之间相互独立，缺乏联系，会造成数据联系弱的缺陷。,1.10答：数据库系统阶段的数据