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2.系统没有专用的软件对i数据进行管理绪论:数据库原理与应用 经历了三代演变:层次/网状系统、关系系统、 新一代数据库系统家族 造就了三位图灵奖turing award得主: C.W.Bachman、E.F.Codd 和 James Gray 发展了一门计算机基础学科:以数据模型和 DBMS核心技术为主,内容丰富、领域宽广 形成了一个巨大的软件产业:DBMS及其相关工 具产品、应用解决方案 当前,在大、中、小、微型计算机上都 有数据库系统在运行。 信息资源已成为各部门的重要财富和 资源,各行各业均需应用信息系统,而数据库是信息系统的 核心。 数据库是其它很多系统的核心或重要 组成部分,如:MIS( Management Information System) 管理信息系统DSS( Decision Support System)决策支持 系统,知识库,规则库,专家系统,智能数据库 计算机辅 助设计与制造工程数据库计算机集成制造 数据库技术与其他学科相结合,涌现出各种新型 的数据库系统,如:分布式数据库系统并行数据库系统面 向对象数据库系统知识库系统多媒体数据库系统 模 糊数据库系统网络数据库系统第一章:数据库系统概述1.1.1.1 信息(Information ) 信息的定义:信息是关于现实世界事物的存在方式或 运动状态的反映的综合,具体说是一种被加工为特定形式的 数据,但这种数据形式对接收者来说是有意义的,而且对当 前和将来的决策具有明显的或实际的价值。 信息的特征 信息源于物质和能量,它不可能脱离物质而存在, 信息的传递需要物质载体,信息的获取和传递要消耗能量。 信息是可以感知的,不同的信息源有不同的感知 形式。 信息是可存储、加工、传递和再生的。1.1.1.2 数据 (Data) 数据的定义:数据是用来记录信息的可识别的符号,是 信息的具体表现形式。 数据的表现形式:a。可用多种不同的数据形式表示同 一信息,而信息不随数据形式的不同而改变。b。数据的概念 在数据处理领域中已大大地拓宽了,其表现形式不仅包括数 字和文字,还包括图形、图象、声音等。这些数据可以记录 在纸上,也可记录在各种存储器中。LLL3数据与信息的联系:数据是信息的符号表示或 载体,信息则是数据的内涵,是对数据的语义解释。LL2数据处理:将数据转换成信息的过程,包括对数 据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的 是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息,作为决 策的依据。信息数据与数据处理的关系:信息=数据+数据处 理。数据是原料,是输入,而信息是产出,是输出结果。信 息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。1.2.1数据库技术的产生与发展 数据处理的中心问题是数据管理。 数据管理是指对数据的组织、分类、*编码、存储、 检索和维护。 随着计算机硬件和软件的发展,数据管理经历了 人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。1.2.1.1人工管理阶段(50年代中期以前) 这一阶段计算机主要用于科学计算。 硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带,没有磁盘 等直接存取设备。 软件只有汇编语言,没有操作系统和管理数据的 软件。数据处理的方式基本上是批处理。人工管理阶段的特点如下:1. 数据不保存因为当时计算机主要用于科学计算,对于数据保存的需求尚不迫切。 每个应用程序都要包括数据的存储结构、存取方 法、输入方式等,程序员编写应用程序时,还要安排数据的 物理存储,因此程序员负担很重。3. 数据不共享 数据是面向程序的,一组数据只能对应一个程序。 多个应用程序涉及某些相同的数据时,也必须各 自定义,因此程序之间有大量的冗余数据。4. 数据不具有独立性 程序依赖于数据,如果数据的类型、格式、或输 入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化,必须对应用程 序做出相应的修改。1.2.1.2文件系统阶段(50年代后期至60年代中 期) 这一阶段,计算机不仅用于科学计算,还大量用 于信息管理。 大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。 硬件有了磁盘、磁鼓等直接存储设备。 在软件方面,出现了高级语言和操作系统。 操作系统中有了专门管理数据的软件,一般称为 文件系统。处理方式有批处理,也有联机处理。文件管理数据的特点如下:数据库系统管理数据的特点如下:这是数据库系统阶段的最大改进,数据不再面向某个应用程 序而是面向整个系统,当前所有用户可同时存取库中的数据。这样便减少了不必要的数据冗余,节约存储空间,同时也避 免了数据之间的不相容性与不一致性。1.据以文件形式可长期保存下来2.独立性低3.一致性差用户可随时对文件进行查询、修改和增删等处理。2. 文件系统可对数据的存取晰管理程序员只与文件名打交道,不必明确数据的物理存储,大大减轻了程序员的负担。3. 文件形式多样化有顺序文件、倒排文件、索引文件等,因而对文件的记录可顺序访问,也可随机访问,更便于存储和查找数 据。有一定独立性 由专门的软件即文件系统进行数据管理,程序和 数据间由软件提供的存取方法进行转换,数据存储发生变化 不一定影响程序的运行。与人工管理阶段相比,文件系统阶段对数据的管理有了很大 的进步,但一些根本性问题仍没有彻底解决,主要表现在以 下三方面:1. 数据冗余度大各数据文件之间没有有机的联系,一个文件基本上对应于一个应用程序,数据不能共享。数据和程序相互依赖,一旦改变数据的逻辑结构,必须修改相应的应用程序。而应用程序发生变化,如改用另一种程序设计语言来编写程序,也需修改数据结构。由于相同数据的重复存储、各自管理,在进行更新操作时,容易造成数据的不一致性。1.2.1.3数据库系统阶段(60年代末开始) 60年代后期,计算机应用于管理的规模更加庞大, 数据量急剧增加; 硬件方面出现了大容量磁盘,使计算机联机存取 大量数据成为可能; 系统的的需要。 为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求, 出现了统一管理数据的专门软件系统,即数据库硬件价格下 降,而软件价格上升,使开发和维护系统软件的成本增加。 文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用管 理系统。按照某种数据模型,将全组织的各种数据组织到一个结构化 的数据库中,整个组织的数据不是一盘散沙,可表示出数据 之间的有机关联。3. 数据独立性高 数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。 数据的逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改 变时,数据的局部逻辑结构不变,由于应用程序是依据数据 的局部逻辑结构编写的,所以应用程序不必须修改,从而保 证了数据与程序间的逻辑独立性。 数据的物理独立性是指当数据的存储结构改变 时,数据的逻辑结构不变,从而应用程序也不必改变。4. 有统一的数据控制功能 数据库为多个用户和应用程序所共享,对数据存 取往往是并发的,即多个用户可以同时存取数据库中的数据, 甚至可以同时存取数据库中的同一个数据,为确保数据库数 据的正确有效和数据库系统有效运行,提供下述四方面的数 据控制功能。(1)数据安全性 (security) 控制 :防止不合法使用数据造 成数据泄露和破坏,保证数据安全和机密;(2)数据完整性(integrity)控制:系统通过设置一些完整性 规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。 正确性是指数据的合法性,如年龄属于 数值型数据,只能含0,1,.9,不能含字母或特殊符号; 有效性是指数据是否在其定义的有效 范围,如月份只能用112之间的正整数表示; 相容性是指表示同一事实的两个数据 应相同,否则就不相容,如一个人不能有两个性别。(3)并发(concurrency)控制:多用户同时存取或修改数 据库时,防止相互干扰而提供给用户不正确的数据,并使数 据库受到破坏。(4)数据恢(recovery):当数据库被破坏或数据不可靠 时,系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的 正确状态。从文件系统管理发展到数据库系统管理是信息处理领域的一 个重大变化。在文件系统阶段,人们关注的是系统功能的设 计.因I比程序设计外于主导地位,数据服从干程序设计:而 在数据库系统阶段,数据的结构设计成为信息系统首先关心的问题。1.2.2数据库技术的研究领域1. 数据库管理系统软件的研制 DBMS是数据库系统的基础。DBMS的研制包括 研制DBMS本身及以DBMS为核心的一组相互联系的软 件系统,包括工具软件和中间件。研制的目标是提高系统的 性能和提高用户的生产率。2. 数据库设计 数据库设计的研究范围包括:数据库的设计方法、 设计工具和设计理论的研究,数据模型和数据建模的研究, 计算机辅助数据库设计及其软件系统的研究,数据库设计规 范和标准的研究等。3. 数据库理论数据库理论的研究主要集中于关系规范化理论、关系数据理 论等。1.3.1数据库系统的组成:数据库系统通常是指数据库和相 应的软硬件系统。主要由数据(库)用户、软件和硬件四部 分组成。1.3.1.1数据(库) 数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数 据的集合。 它可以供用户共享,具有尽可能小的冗余度和较 高的数据独立性,使得数据存储最优,数据最容易操作,并 且具有完善的自我保护能力和数据恢复能力。数据库特点:集成性:把某特定应用环境中的各种应用相 关的数据及其数据之间的联系全部地集中地并按照一定的结 构形式进行存储,或者说,把数据库看成为若干个单个性质 不同的数据文件的联合和统一的数据整体。共享性:数据 库中的一块块数据可为多个不同的用户所共享,即多个不同 的用户,使用多种不同的语言,为了不同的应用目的,而同 时存取数据库,甚至同时存取同一块数据,即多用户系统。1.3.1.2 用户 用户是指使用数据库的人,即对数据库的存储、 维护和检索等操作。用户分为三类:终端用户(End User)主要是使用数据库 的各级管理人员、工程技术人员、科研人员,一般为非计算 机专业人员;应用程序员(Application Programmer) 负责为终端用户设计和编制应用程序,以便终端用户对数据 库进行存取操作。数据库管理员(Dadabase Administrator,简称DBA)DBA是指全面负责数据库系 统的管理、维护和正常使用的”人员,其职责如下:(1) 参与数据库设计的全过程,决定数据库的结构和内容;(2) 定义数据的安全性和完整性,负责分配用户对数据库的使用 权限和口令管理;(3)监督控制数据库的使用和运行,改进 和重新构造数据库系统。当数据库受到破坏时,应负责恢复 数据库;当数据库的结构需要改变时,完成对数据结构的修 改。DBA不仅要有较高的技术专长和较深的资历,并应具有了解和阐明管理要求的能力。特别对于大型数据库系 统,DBA极为重要。对于常见的微机数据库系统,通常只有 一个用户,常常不设DBA,DBA的职责由应用程序员或终端 用户代替。1.3.1.3软件(Software)负责数据库存取、维护和 管理的软件系统,即数据库管理系统(Data Base Management System,简称DBMS),数据库系统的各 类人员对数据库的各种操作请求都由DBMS完成DBMS 是数据库系统的核心软件。1.3.1.4 硬件(Hardware ) 存储和运行数据库系统的硬件设备。 包括CPU、内存、大容量的存储设备、夕卜部设备
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