1、數據庫基本原理和應用數據庫基本原理和應用2第1章 數據庫概述 四個基本概念四個基本概念 數據數據(Data) 數據庫數據庫(Database) 數據庫管理系統數據庫管理系統(DBMS) 數據庫系統數據庫系統(DBS) 數據處理與數據管理數據處理與數據管理 數據管理發展的三個階段數據管理發展的三個階段 數據獨立性數據獨立性數據庫基本原理和應用3數據 數據數據(Data)是數據庫中存儲的基本對象是數據庫中存儲的基本對象 數據的定義數據的定義描述事物的符號記錄描述事物的符號記錄 數據的種類數據的種類文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、貨物的運輸

2、情況等貨物的運輸情況等 數據的特點數據的特點數據與其語義是不可分的數據與其語義是不可分的數據庫基本原理和應用4數據舉例 數據的含義稱為數據的語義，數據與其語義是不可分數據的含義稱為數據的語義，數據與其語義是不可分的。的。例如例如 93是一個數據是一個數據語義語義1：學生某門課的成績：學生某門課的成績語義語義2：某人的體重：某人的體重語義語義3：計算機系：計算機系2003級學生人數級學生人數語義語義4：請同學給出。：請同學給出。數據庫基本原理和應用5數據舉例 學生檔案中的學生記錄學生檔案中的學生記錄（李明，男，（李明，男，198705，江蘇南京市，經金，江蘇南京市，經金，1990）語義：學生姓名

3、、性別、出生年月、籍貫、所在院語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在院系、入學時間系、入學時間解釋：李明是個大學生，解釋：李明是個大學生，1987年年5月出生，江蘇南月出生，江蘇南京市人，京市人，1990年考入經金學院年考入經金學院請給出另一個解釋和語義請給出另一個解釋和語義數據庫基本原理和應用6數據庫 數據庫的定義數據庫的定義數據庫數據庫(Database,簡稱簡稱DB)是長期儲存在計算機內、是長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的大量數據的集合。有組織的、可共享的大量數據的集合。 數據庫的基本特征數據庫的基本特征數據按一定的數據模型組織、描述和儲存數據按一定的數據模型組織、描述和儲存可

4、為各種用戶共享可為各種用戶共享冗余度較小冗余度較小數據獨立性較高數據獨立性較高易擴展易擴展數據庫基本原理和應用7數據庫管理系統o專門用于實現對數據進行管理和專門用于實現對數據進行管理和維護的系統軟件；維護的系統軟件；o位于用戶與操作系統之間的一層位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件；數據管理軟件；o利用利用DBMS能科學地組織和存儲能科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據。數據、高效地獲取和維護數據。o如：如：SQL Server，Oracle，Sybase，Mysql。o數據庫管理系統數據庫管理系統 (Database Management System，DBMS)數據庫基本原理和應

5、用8DBMS的主要功能 數據定義功能數據定義功能提供數據定義語言提供數據定義語言(DDL)定義數據庫中的數據對象定義數據庫中的數據對象 數據組織、存儲和管理數據組織、存儲和管理分類組織、存儲和管理各種數據分類組織、存儲和管理各種數據確定組織數據的文件結構和存取方式確定組織數據的文件結構和存取方式實現數據之間的聯系實現數據之間的聯系提供多種存取方法提高存取效率提供多種存取方法提高存取效率數據庫基本原理和應用9DBMS的主要功能（續） 數據操縱功能數據操縱功能提供數據操縱語言提供數據操縱語言(DML) 實現對數據庫的基本操作實現對數據庫的基本操作 (查詢、插入、刪除和修改查詢、插入、刪除和修改)

6、數據庫的事務管理和運行管理數據庫的事務管理和運行管理數據庫在建立、運行和維護時由數據庫在建立、運行和維護時由DBMS統一管理和控制統一管理和控制保證數據的安全性、完整性、多用戶對數據的并發使用保證數據的安全性、完整性、多用戶對數據的并發使用發生故障后的系統恢復發生故障后的系統恢復數據庫基本原理和應用10DBMS的主要功能（續） 數據庫的建立和維護功能數據庫的建立和維護功能(實用程序實用程序)數據庫初始數據裝載轉換數據庫初始數據裝載轉換數據庫轉儲數據庫轉儲介質故障恢復介質故障恢復數據庫的重組織數據庫的重組織性能監視分析等性能監視分析等 其它功能其它功能DBMS與網絡中其它軟件系統的通信與網絡中其

7、它軟件系統的通信兩個兩個DBMS系統的數據轉換系統的數據轉換異構數據庫之間的互訪和互操作異構數據庫之間的互訪和互操作數據庫基本原理和應用11數據庫系統數據庫系統（數據庫系統（Database System，DBS） 在計算機系統中引入數據庫后的系統構成在計算機系統中引入數據庫后的系統構成 數據庫系統的構成數據庫系統的構成數據庫：是數據的匯集，它以一定的組織形式保存在存數據庫：是數據的匯集，它以一定的組織形式保存在存儲介質上。儲介質上。數據庫管理系統：是管理數據庫的系統軟件，它可以實數據庫管理系統：是管理數據庫的系統軟件，它可以實現數據庫系統的各種功能?，F數據庫系統的各種功能。應用系統應用系統:

8、由應用系統開發人員通過開發工具由應用系統開發人員通過開發工具( (如：如：Visual BasicVisual Basic，DelphiDelphi，PowerBuilder)PowerBuilder)實現的以數據實現的以數據庫為基礎的應用程序。庫為基礎的應用程序。數據庫管理員數據庫管理員(Database Administrator，DBA):負責負責數據庫的規劃、設計、協調、維護和管理等工作。數據庫的規劃、設計、協調、維護和管理等工作。數據庫基本原理和應用12 數據庫數據庫 應用系統應用系統應用開發工應用開發工具具 操 作 系操 作 系統統 數據庫管理系數據庫管理系統統 數據庫管理員數據庫

9、管理員用用戶用戶用戶用戶用戶 數據庫數據庫系統系統數據庫基本原理和應用13數據管理的發展數據處理與數據管理數據處理與數據管理 數據處理是指對各種形式的數據進行收集、存數據處理是指對各種形式的數據進行收集、存儲、加工和傳輸的一系列活動的總和。儲、加工和傳輸的一系列活動的總和。數據管理是數據處理的中心問題，它是指對數數據管理是數據處理的中心問題，它是指對數據的分類、組織、編碼、存儲和維護。據的分類、組織、編碼、存儲和維護。 數據處理是與數據管理相聯系的，數據管理技數據處理是與數據管理相聯系的，數據管理技術的優劣，將直接影響數據處理的效率。術的優劣，將直接影響數據處理的效率。隨著計算機硬件和軟件的不

10、斷發展，數據管理隨著計算機硬件和軟件的不斷發展，數據管理技術經歷了人工管理、文件管理、數據庫管理技術經歷了人工管理、文件管理、數據庫管理3個階段。個階段。數據庫基本原理和應用14數據管理的發展三階段人工管理階段人工管理階段時期：時期：20世紀世紀40年代中年代中-50年代中年代中產生的背景產生的背景應用需求：科學計算應用需求：科學計算硬件水平：無直接存取存儲設備硬件水平：無直接存取存儲設備軟件水平：沒有操作系統軟件水平：沒有操作系統處理方式：批處理處理方式：批處理數據庫基本原理和應用15人事管理應人事管理應用程序用程序教師信息教師信息數據組數據組學生管理應學生管理應用程序用程序學生信息學生信息

11、數據組數據組教務管理應教務管理應用程序用程序課程信息課程信息數據組數據組學生學生部門部門教務教務部門部門人事人事部門部門 人工管理階段：人工管理階段：應用程序和數據的依賴關系應用程序和數據的依賴關系數據庫基本原理和應用16數據管理的發展三階段（續）特點特點數據的管理者：用戶（程序員），數據不保存數據的管理者：用戶（程序員），數據不保存數據面向的對象：某一應用程序數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：無共享、冗余度極大數據的共享程度：無共享、冗余度極大數據的獨立性：不獨立，完全依賴于程序數據的獨立性：不獨立，完全依賴于程序數據的結構化：無結構數據的結構化：無結構數據控制能力：應用程序自己

12、控制數據控制能力：應用程序自己控制數據庫基本原理和應用17數據管理的發展三階段（續） 文件系統階段文件系統階段時期：時期：20世紀世紀50年代末年代末-60年代中年代中產生的背景產生的背景應用需求：科學計算、管理應用需求：科學計算、管理硬件水平：磁盤、磁鼓硬件水平：磁盤、磁鼓軟件水平：有文件系統軟件水平：有文件系統處理方式：聯機實時處理、批處理處理方式：聯機實時處理、批處理數據庫基本原理和應用18學生部門學生部門教務部門教務部門人事部門人事部門文件系統文件系統教師數教師數據文件據文件學生數學生數據文件據文件課程數課程數據文件據文件人事管理人事管理應用程序應用程序學生管理學生管理應用程序應用程序

13、教務管理教務管理應用程序應用程序文件管理階段：文件管理階段：應用程序和數據文件的關系應用程序和數據文件的關系數據庫基本原理和應用19數據管理的發展三階段（續）特點特點數據的管理者：文件系統，數據可長期保存數據的管理者：文件系統，數據可長期保存數據面向的對象：某一應用程序數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：共享性差、冗余度大數據的共享程度：共享性差、冗余度大數據的結構化：記錄內有結構，整體無結構數據的結構化：記錄內有結構，整體無結構數據的獨立性：獨立性差，數據的邏輯結構改變必數據的獨立性：獨立性差，數據的邏輯結構改變必須修改應用程序須修改應用程序數據控制能力：應用程序自己控制數據控制能

14、力：應用程序自己控制數據庫基本原理和應用20數據管理的發展三階段（續）文件系統的缺點文件系統的缺點數據庫基本原理和應用21數據管理的發展三階段（續） 數據庫系統階段數據庫系統階段時期：時期：20世紀世紀60年代末以來年代末以來產生的背景產生的背景應用背景：大規模管理應用背景：大規模管理硬件背景：大容量磁盤、磁盤陣列硬件背景：大容量磁盤、磁盤陣列軟件背景：有數據庫管理系統軟件背景：有數據庫管理系統處理方式：聯機實時處理，分布處理，批處理處理方式：聯機實時處理，分布處理，批處理數據庫基本原理和應用22學生部門學生部門教務部門教務部門人事部門人事部門學校學校數據庫數據庫數據庫管理系統數據庫管理系統人

15、事管理應用程序人事管理應用程序學生管理應用程序學生管理應用程序教務管理應用程序教務管理應用程序數據庫管理階段：數據庫管理階段：應用程序和數據庫的關系應用程序和數據庫的關系數據庫基本原理和應用23數據管理的發展三階段（續）數據庫系統的特點數據庫系統的特點數據結構化數據結構化數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據獨立性高數據獨立性高數據由數據由DBMS統一管理和控制統一管理和控制數據庫基本原理和應用24數據管理的發展三階段（續） 數據結構化數據結構化整體數據的結構化是數據庫的主要特征之一整體數據的結構化是數據庫的主要特征之一 整體結構化整體結構化不再僅僅針對某一個應用

16、，而是面向全組織不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織不僅數據內部結構化，整體是結構化的，數據之間具有不僅數據內部結構化，整體是結構化的，數據之間具有聯系聯系數據庫中實現的是數據的真正結構化數據庫中實現的是數據的真正結構化數據的結構用數據模型描述，無需程序定義和解釋數據的結構用數據模型描述，無需程序定義和解釋數據可以變長數據可以變長數據的最小存取單位是數據項數據的最小存取單位是數據項數據庫基本原理和應用25數據管理的發展三階段（續）數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據庫系統從整體角度看待和描述數據，數據面向數據庫系統從整體角度看待和描述數據，數據面向整個系統，可

17、以被多個用戶、多個應用共享使用。整個系統，可以被多個用戶、多個應用共享使用。數據共享的好處數據共享的好處減少數據冗余，節約存儲空間減少數據冗余，節約存儲空間避免數據之間的不相容性與不一致性避免數據之間的不相容性與不一致性 使系統易于擴充使系統易于擴充數據庫基本原理和應用26數據管理的發展三階段（續）數據獨立性高（參見小結）數據獨立性高（參見小結）物理獨立性物理獨立性指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的。當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。獨立的。當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。邏輯獨立性邏輯獨立性指用戶的應用

18、程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。數據獨立性是由數據獨立性是由DBMS的二級映像功能來保證的的二級映像功能來保證的數據庫基本原理和應用27數據管理的發展三階段（續） DBMS提供的數據控制功能提供的數據控制功能數據的安全性（數據的安全性（Security）保護）保護保護數據，以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。保護數據，以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。數據的完整性（數據的完整性（Integrity）檢查）檢查將數據控制在有效的范圍內，或保證數據之

19、間滿足一定的將數據控制在有效的范圍內，或保證數據之間滿足一定的關系。關系。并發（并發（Concurrency）控制）控制對多用戶的并發操作加以控制和協調，防止相互干擾而得對多用戶的并發操作加以控制和協調，防止相互干擾而得到錯誤的結果。到錯誤的結果。數據庫恢復（數據庫恢復（Recovery）將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態。將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態。數據庫基本原理和應用28數據庫基本原理和應用291.3 數據獨立性指應用程序不會因數據的物理表示方指應用程序不會因數據的物理表示方式和訪問技術的改變而改變，式和訪問技術的改變而改變，即應用程序不依賴于任何特定的物理即應用程

20、序不依賴于任何特定的物理表示方式和訪問技術，表示方式和訪問技術，包含兩個方面：包含兩個方面：邏輯獨立性邏輯獨立性物理獨立性物理獨立性數據庫基本原理和應用30物理獨立性指當數據的存儲位置或存儲結構發生變化時，不指當數據的存儲位置或存儲結構發生變化時，不影響應用程序的特性影響應用程序的特性。例如例如“學生數據庫學生數據庫”的文件從的文件從E E盤變為盤變為F F盤存放，盤存放，不會影響應用程序的執行。不會影響應用程序的執行。應用程序應用程序D:xD:xE:aE:a學生數學生數據庫據庫 D:xD:xF:bF:b學生數學生數據庫據庫 數據庫基本原理和應用31邏輯獨立性指當表達現實世界的信息內容發生變化時（指當表達現實世界的信息內容發生變化時（如如增加增加信息或信息或刪除無用刪除無用信息信息等），不影響應用程等），不影響應用程序的特性序的特性。例如，例如，“學生數據庫學生數據庫”中的某張表增加屬性列，中的某張表增加