数据库系统概论 1 绪论

《数据库原理》课时：48(8)学时任课教师：马力（[e-mail]）计算机与通信工程学院计算机科学系2教材与参考书•选用教材–王珊，萨师煊《数据库系统概论（第四版）》•参考书–王珊，陈红数据库系统原理教程清华大学出版社–施伯乐等编著数据库系统教程高等教育出版社–杨冬青等译数据库系统概念机械工业出版社–Jeffrey.D.Ullman,JenniferWidom,AFirstCourseinDatabaseSystems,PreticeHall,Dept.ofComputerScienceStanfordUniversity–C.JDate,AnIntroductiontoDatabaseSystem(Ed.8),,Addison-Wesley,20033考试成绩•平时成绩（书面作业+考勤）10%•上机实验（包括大作业）20%•期末考试70%4内容安排1•基础篇–绪论–关系数据库–关系数据库标准语言SQL–关系查询优化–关系数据库设计理论5内容安排2•设计篇–数据库设计•系统篇–数据库保护（安全性、完整性、恢复、并发控制）–数据库技术新进展6内容安排3•上机（16学时）–选用数据库：Oracle11g7第一章绪论1.1引言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8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9数据库的地位•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。•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。•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。10数据库技术发展回顾•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•造就了三位图灵奖得主–C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray•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及相关工具产品、应用解决方案11三位图灵奖得主E.F.CoddJimGrayC.W.Bachman12Charles.W.Bachman网状数据库之父1960年为通用电气制造了世界上第一个网状数据库系统IDS积极推动与促成了数据库标准的制定：DBTG报告在数据库技术的产生、发展与推广应用方面都发挥了巨大的作用由于他在数据库方面的杰出成就1973获图灵奖，获奖演说“作为导航员的程序员”。1983年成立自己的公司BachmanInformationSystem13EdgarF.Codd博士关系数据库之父、美国工程院院士原是英国人，1923生于英格兰中部波特兰第二次世界大战时应征入伍，在皇家空军服役。1942-1945年间任机长，参与了许多惊心动魄的空战。英国牛津大学数学专业理学士及硕士学位，毕业后到IBM公司工作从事操作系统和自动机理论研究年近40重返密歇根大学进修计算机与通信专业，1963年获得硕士学位，1965年又获得博士学位。60年代后期开始数据库研究,1970年E.F.Codd博士提出关系模型概念(CACM,Vol.13,Vol.6,1970)1981年获图灵奖，获奖演说“关系数据库：提高生产率的实际基础”。84年从IBM公司退休还创办了一个研究所：关系研究所（TheRelationalInstitute）和一个公司：Codd&Associations，进行关系数据库产品的研发、销售、咨询等业务14JamesGray数据库技术和事务处理专家1944年生，美国加州大学伯克利分校，计算机科学系博士。先后在贝尔实验室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向转向数据库领域。由于他在数据库和事务处理研究方面的元创性贡献以及在将研究原型转化为商业产品的系统实现方面的技术领袖地位，1998年获奖(时任微软研究员)，获奖演说“信息技术今后的目标”。15数据库：一个巨大的软件产业•已形成一个巨大的软件产业•是理论成果转化为产品的成功范例理论创立原型研制产品上市经济效益161.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据管理技术的产生与发展1.1.3数据库技术的研究领域（了解）17四个基本概念•数据(Data)•数据库(Database)•数据库管理系统(DBMS)•数据库系统(DBS)18一、数据•数据(Data)是数据库中存储的基本对象•数据的定义–描述事物的符号记录•组成数据的符号种类–数字、字符串、日期、逻辑值、文本、图形、图象、声音•数据的特点–数据与其语义是不可分的19数据举例•学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）•数据的形式本身不能完全表达其内容•数据的解释–语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间–解释：李明是个大学生，1972年出生，男，江苏人，1990年考入计算机系请给出另外一个语义和解释20二、数据库•人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。•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、可共享的大量数据集合。•数据库的特征–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21三、数据库管理系统•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。•DBMS的用途–科学地组织和存储数据–高效地获取和维护数据22DBMS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)23DBMS的主要功能•数据库的事务管理和运行管理–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•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24DBMS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25四、数据库系统•什么是数据库系统–数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统。–在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。•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26数据库系统(续)•数据库系统构成图示用户用户用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统DBDBA271.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据管理技术的产生与发展1.1.3数据库技术的研究领域281.1.2数据管理技术的产生和发展•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–是数据处理的中心问题。•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29数据管理技术的产生和发展(续)•数据管理技术的发展过程–人工管理阶段(40年代中--50年代中)–文件系统阶段(50年代末--60年代中)–数据库系统阶段(60年代末--现在)30一、人工管理•时期–40年代中--50年代中•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31人工管理(续)特点1–数据的管理者：应用程序，数据不保存。特点2–数据面向的对象：某一应用程序应用程序与数据的对应关系图应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…32人工管理(续)特点3–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33二、文件系统•时期–50年代末--60年代中•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34文件系统(续)特点1–数据的管理者：文件系统，数据可长期保存特点2–数据面向的对象：某一应用程序应用程序与数据的对应关系应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…35文件系统(续)特点3–数据的共享程度：共享性差、冗余度大特点4–数据的结构化：记录内有结构,整体无结构•文件系统中数据的结构–记录内有结构。–数据的结构是靠程序定义和解释的。–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。–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对描述数据间的联系。–数据的最小存取单位是记录。36文件系统(续)特点5–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37三、数据库系统•时期–60年代末以来•产生的背景–应用背景大规模管理–硬件背景大容量磁盘–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38数据库系统(续)特点1–数据的管理者：DBMS特点2–数据面向的对象：现实世界应用程序与数据的对应关系DBMS应用程序1应用程序2数据库…39数据库系统(续)特点3－数据的共享程度：共享性高•数据的高共享性的好处－降低数据的冗余度，节省存储空间－避免数据间的不一致性(同一数据不同拷贝的值不一样)－使系统易于扩充40数据库系统(续)特点4－数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性•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。•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。41数据库系统(续)特点5－数据的结构化：整体结构化•数据结构化－整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。－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。特点6－数据控制能力：由DBMS统一管理和控制42DBMS对数据的控制功能•数据的安全性（Security）保护–使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。•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。•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。•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。431.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据管理技术的产生与发展1.1.3数据库技术的研究领域（了解）441.1.3数据库技术的研究领域•数据库管理系统软件的研制–DBMS本身–以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统•工具软件•中间件•数据库设计–数据库设计方法–设计工具–设计理论–数据模型和数据建模•数据库理论–关系的规范化理论–关系数据理论45第一章绪论1.1引言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46数据模型•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。•通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。•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47数据模型(续)•数据模型分成两个不同的层次(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，主要用于数据库设计(2)逻辑模型和物理模型–逻辑模型主要包括网