《数据库原理》课件第1章 数据库系统概述.ppt

1、张红娟13588115345短号：676345私人邮箱（提交作业）：公共邮箱（课程资料）：2024-9-612024-9-622024-9-63主要内容主要内容v什么是数据库应用系统？什么是数据库应用系统？v数据库系统的应用领域数据库系统的应用领域v四个基本概念四个基本概念数据数据、数据库数据库、DBMS、DBSv回溯回溯数据管理技术的发展数据管理技术的发展数据库系统特点数据库系统特点v数据库系统的组成数据库系统的组成核心核心数据库管理系统数据库管理系统v数据库系统结构数据库系统结构三级模式两级映像与数据独立性三级模式两级映像与数据独立性2024-9-641.2 数据数据管理技术的发展管理技术

2、的发展v四个基本概念四个基本概念数据数据 Data数据库数据库 DB数据库管理系统数据库管理系统 DBMS数据库系统数据库系统 DBSv数据库管理技术的产生和发展数据库管理技术的产生和发展v数据库系统的特点数据库系统的特点2024-9-65四个基本概念四个基本概念v数据数据Datav数据库数据库DataBase，DBv数据库管理系统数据库管理系统 DataBase Management System,DBMSv数据库系统数据库系统 DataBase System,DBSv（数据库应用系统）（数据库应用系统）2024-9-66数据数据 Datav数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据

3、库中存储的基本对象v数据的定义描述事物的符号记录v数据的种类数字文字、图形、图像、声音v数据的特点数据与其语义语义是不可分的2024-9-67数据举例数据举例v学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）v数据的形式不能完全表达其内容v数据的解释（数据字典数据字典）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，江苏人，1990年考入计算机系v请给出另一个解释和语义2024-9-68数据库（举例）数据库（举例）2024-9-69数据库数据库 DB(Database)v定义定义数据库（数据库（Database，简称，简称DB）

4、是）是长期长期储存在储存在计算机内、计算机内、有有组织组织的、的、可可共享共享的的大量大量数据集合数据集合v特征特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存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可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展2024-9-610数据库管理系统数据库管理系统 DBMSv数据库管理系统（数据库管理系统（Database Management System，简称，简称DBMS）是位于用户与操作系）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。统之间的一层数据管理软件。vDBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据202

5、4-9-611数据库系统数据库系统 DBSv什么是数据库系统什么是数据库系统数据库系统（数据库系统（Database System，简称，简称DBS）是指在计）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。v数据库系统的构成数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员统、数据库管理员DBA（和用户）构成。（和用户）构成。2024-9-612DBA(DataBase Administr

6、ator)v协调用户和开发人员的工作协调用户和开发人员的工作v参与数据库设计参与数据库设计v创建用户和授权创建用户和授权v保证数据库的正常运行保证数据库的正常运行v维护工作维护工作2024-9-613DBS 构成构成2024-9-614主要内容主要内容v什么是数据库应用系统？什么是数据库应用系统？v数据库系统的应用领域数据库系统的应用领域v四个基本概念四个基本概念数据数据、数据库数据库、DBMS、DBSv回溯回溯数据管理技术的发展数据管理技术的发展数据库系统特点数据库系统特点v数据库系统的组成数据库系统的组成核心核心数据库管理系统数据库管理系统v数据库系统结构数据库系统结构三级模式两级映像与数

7、据独立性三级模式两级映像与数据独立性2024-9-615数据管理技术的发展数据管理技术的发展v什么是数据管理什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护v数据管理技术的发展阶段数据管理技术的发展阶段人工管理阶段（人工管理阶段（2020世纪世纪5050年代中期以前）年代中期以前）文件系统阶段（文件系统阶段（2020世纪世纪5050年代后期年代后期-20-20世纪世纪6060年代中期）年代中期）数据库系统阶段（数据库系统阶段（2020世纪世纪6060年代后期开始）年代后期开始）v数据库系统的特点数据库系统的特点2024-9-616数据管理技

8、术的发展（续）数据管理技术的发展（续）v各阶段的技术及应用背景各阶段的技术及应用背景计算机应用范围外存储设备数据管理软件v各个阶段的差别体现各个阶段的差别体现谁管理数据谁管理数据数据面向谁数据面向谁数据与应用的独立性数据与应用的独立性2024-9-617人工管理阶段人工管理阶段v时期时期20世纪50年代中期前v背景背景应用需求：主要用于科学计算，数据量小、结构简单，如高阶方程、主要用于科学计算，数据量小、结构简单，如高阶方程、曲线拟和等曲线拟和等硬件水平：为顺序存取设有磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存为顺序存取设有磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备取设备软件水平：没有操作系统，没有数据

9、管理软件没有操作系统，没有数据管理软件处理方式：批处理，用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和批处理，用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，用户取走纸带和运算结果，再让下一个上数据，程序运行完毕后，用户取走纸带和运算结果，再让下一个上机操作机操作2024-9-618人工管理阶段（续）人工管理阶段（续）v特点特点数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据面向的对象：某一应用程序 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2024-9-619人工管理阶段（续）人工管理阶段（续）访问访问访问数据

10、1数据2数据n程序1程序2程序n人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 2024-9-62020文学文学文学文学有序排列的书库有序排列的书库索引卡片柜索引卡片柜图书馆图书馆2024-9-6212024-9-622银行银行2024-9-6232024-9-624文件系统阶段文件系统阶段v时期20世纪50年代末-60年代中期v背景背景应用需求：科学计算、管理（数据多样），科学计算、管理（数据多样），大量的数据大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。存储、检索和维护成为紧迫的需求。硬件水平：磁盘、磁鼓等直接存取设备。磁盘、磁鼓等直接存取设备。软件水平：高级

11、语言和操作系统高级语言和操作系统,操作系统中有了专门管操作系统中有了专门管理数据的软件（文件系统）。理数据的软件（文件系统）。处理方式：联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理2024-9-625文件系统阶段（续）文件系统阶段（续）v特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构，整体无结构数据的独立性：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2024-9-626文件系统阶段（续）文件系统阶段（续）数据1数据2数据n存取方式程序1程序2程序n文件系统阶段应用程序与数据之间的对

12、应关系文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 2024-9-627文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构v记录内有结构。v数据的结构是靠程序定义和解释的。v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。程序复杂了。v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中对描述数据间的联系。v数据的最小存取单位是记录。2024-9-628文件系统阶段缺点文件系统阶段缺点v数据共享性差，冗余度大数据共享性差，冗余度大文件都是

13、为特定的用途设计的，当不同应用程序具有相同的数据时，也必须建立各自的文件。同样数据在多个文件中重复存储v数据不一致数据不一致由数据共享性差，冗余度大数据共享性差，冗余度大造成，更新时会造成同一数据在不同文件中的不一致，给数据的修改和维护带来了困难。2024-9-629文件系统阶段缺点（续）文件系统阶段缺点（续）补贴系别姓名工号劳资科住址系别性别姓名工号房产科学位职称系别姓名工号教务处工龄 职称年龄系别性别姓名工号人事处2024-9-630 例：人事处有一个职工文件：例：人事处有一个职工文件：职工基本情况职工基本情况有关人事管理的数据有关人事管理的数据 教务处也有一个职工文件：职工基本情况职工基

14、本情况有关教育培训的数据有关教育培训的数据其中，其中，“职工基本情况职工基本情况”重复存储，浪费空间。可共享存储重复存储，浪费空间。可共享存储类似这样的共同数据，以降低数据的冗余度。类似这样的共同数据，以降低数据的冗余度。文件系统阶段缺点（续）文件系统阶段缺点（续）2024-9-631文件系统阶段缺点（续）文件系统阶段缺点（续）v数据独立性差数据独立性差数据的语义信息只能由程序来解释，即数据收集以后怎么组织，以及数据取出来之后按什么含义应用，只有全权管理它的程序知道。数据的逻辑结构改变则必须修改应用程序，文件系统仍是一个不具有弹性的无结构的数据集。2024-9-632用用C语言读取数据文件的例

15、子：语言读取数据文件的例子：#include#include Void main()char name20;int rollno,age;FILE*fp;fp=fopen(“c:student.dat”,”r”);while(!feof(fp)fscanf(fp,”%d%s%d”,&rollno,&name,&age);printf(“nRoll No.:%d”,rollno);printf(“nName:%s”,name);printf(“nAge:%d”,age);fclose(fp)2024-9-633文件系统阶段缺点（续）文件系统阶段缺点（续）v数据查询困难数据查询困难记录之间无联系应

16、用自己编程实现对每个查询都重新编码v数据完整性难于保证数据完整性难于保证2024-9-634示例示例S(SNO,SNAME,STATUS,CITY)P(PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT,CITY)J(JNO,JNAME,CITY)SPJ(SNO,PNO,JNO,QTY)S S表示供应商，它的各属性依次为供应商号，供应商名，供应表示供应商，它的各属性依次为供应商号，供应商名，供应商状态值，供应商所在城市；商状态值，供应商所在城市；P P表示零件，它的各属性依次为零件号，零件名，零件颜色，表示零件，它的各属性依次为零件号，零件名，零件颜色，零件重量，零件存放的城市；零件重量，零件存放的

17、城市；J J表示工程，它的各属性依次为工程号，工程名，工程所在城表示工程，它的各属性依次为工程号，工程名，工程所在城市；市；SPJSPJ表示供货关系，它的各属性依次为供应商号，零件号，工表示供货关系，它的各属性依次为供应商号，零件号，工程号，供货数量。程号，供货数量。供应商供应商项目项目零件零件供应供应2024-9-635示例（续）示例（续）v查询“北京的所有工程”“供应红色零件给北京的工程的供应商”v维护“不允许供应不存在的零件”2024-9-636示例示例基于文件系统基于文件系统z文件系统如何来组织？分别组织几个文件，存储各类对象的记录系统不支持文件间的联系，由应用程序负责查询表达及数据的

18、维护2024-9-637数据库系统阶段数据库系统阶段v时期20世纪60年代末以来v背景背景应用背景：计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求强（多种应用、不同语言共享数据）要求强（多种应用、不同语言共享数据）硬件背景：大容量磁盘、磁盘阵列大容量磁盘、磁盘阵列软件背景：软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件及应用程序成本相对增加，出现了专门的数据库管软件及应用程序成本相对增加，出现了专门的数据库管理系统理系统处理方式：联机实时处理，分布处理，批处理联机实时处理，分布处理，批处理2024-9-638数据模型与数据库系

19、统的发展数据模型与数据库系统的发展v第一代数据库系统第一代数据库系统网状、层次数据库系统网状、层次数据库系统v第二代数据库系统第二代数据库系统关系数据库系统关系数据库系统v第三代数据库系统第三代数据库系统2024-9-639主要讨论点（一）主要讨论点（一）v数据结构数据结构 逻辑结构逻辑结构v数据之间存在的逻辑关系数据之间存在的逻辑关系v表、树、图、数组表、树、图、数组物理结构物理结构v数据在计算机内的存储方式数据在计算机内的存储方式v顺序方式、链接方式顺序方式、链接方式课程号课程名学分先修课1001数据结构410031002数据库310011003PASCAL42024-9-640v数据独立

20、性数据独立性当数据的结构发生变化时，通过系统提供的映象当数据的结构发生变化时，通过系统提供的映象（转换）功能，使应用程序不必改变（转换）功能，使应用程序不必改变v数据的物理独立性数据的物理独立性当数据的存储结构改变时，应用程序不必改变当数据的存储结构改变时，应用程序不必改变v数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性当数据的逻辑结构改变时，应用程序不必改变当数据的逻辑结构改变时，应用程序不必改变主要讨论点（二）主要讨论点（二）2024-9-64119731973年图灵奖获得者年图灵奖获得者Charles.W.Bachman“Charles.W.Bachman“网状数据库之父网状数据库之父”1981198

21、1年图灵奖获得者：年图灵奖获得者：E.F.Codd“E.F.Codd“关系数据库之父关系数据库之父”2020世纪世纪7070年代年代 网状系统和层次系统占据了整个数据库商用场，网状系统和层次系统占据了整个数据库商用场，而关系系统仅处于实验阶段而关系系统仅处于实验阶段2020世纪世纪8080年代年代 关系数据库代替网状系统和层次系统占领市场关系数据库代替网状系统和层次系统占领市场19981998年图灵奖获得者：年图灵奖获得者：J.GrayJ.Gray在数据库技术的实用化和事务管理方面发挥关键作用在数据库技术的实用化和事务管理方面发挥关键作用2024-9-642数据库系统阶段数据库系统阶段v特点特

22、点有了数据库管理系统有了数据库管理系统面向全组织，面向现实世界面向全组织，面向现实世界独立性较强独立性较强由由DBMSDBMS统一存取，维护数据语义及结构统一存取，维护数据语义及结构2024-9-643数据库系统阶段数据库系统阶段v数据库观点数据库观点数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象数据1统一存取数据2数据n程序2程序1程序n数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 2024-9-644学号姓名性别系别年龄住址工龄学位职称补贴教务处房产科人事处劳资科2024-9-645示例示例S(SNO,SNAME,STATUS,CITY

23、)P(PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT,CITY)J(JNO,JNAME,CITY)SPJ(SNO,PNO,JNO,QTY)S S表示供应商，它的各属性依次为供应商号，供应商名，供应表示供应商，它的各属性依次为供应商号，供应商名，供应商状态值，供应商所在城市；商状态值，供应商所在城市；P P表示零件，它的各属性依次为零件号，零件名，零件颜色，表示零件，它的各属性依次为零件号，零件名，零件颜色，零件重量，零件存放的城市；零件重量，零件存放的城市；J J表示工程，它的各属性依次为工程号，工程名，工程所在城表示工程，它的各属性依次为工程号，工程名，工程所在城市；市；SPJSPJ表示供货关

24、系，它的各属性依次为供应商号，零件号，工表示供货关系，它的各属性依次为供应商号，零件号，工程号，供货数量。程号，供货数量。供应商供应商项目项目零件零件供应供应2024-9-646示例（续）示例（续）v查询“北京的所有工程”“供应红色零件给北京的工程的供应商”v维护“不允许供应不存在的零件”2024-9-647示例示例基于关系基于关系数据库系统数据库系统v数据库系统（关系）数据统一按表结构存放，设为S，P，J，SPJ查询：只需提查询要求，由系统完成查询过程SELECT SNOFROM P,J,SPJWHERE SPJ.JNO=J.JNO AND SPJ.PNO=P.PNO AND J.CITY=

25、BEIJING AND P.COLOR=RED 维护：应用提出完整性约束，系统自动检查CREATE TABLE SPJ(,FOREIGN KEY(PNO)REFERENCES P(PNO),)2024-9-648数据库系统数据库系统 vs vs 文件系统文件系统v文件系统的弱点记录之间无联系难于维护数据的完整性v数据库系统的用武之地有查询整体数据结构化v效率两面观运行效率开发效率文件系统数据管理应用应用文件系统应用数据管理应用数据管理2024-9-649数据库系统的特点数据库系统的特点vDBMS统一管理和控制数据统一管理和控制数据数据的安全性控制（数据的安全性控制（SecuritySecuri

26、ty）v保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄露和破坏v措施：用户标识与鉴定，存取控制数据的完整性控制（数据的完整性控制（IntegrityIntegrity）v数据的正确性、有效性、相容性v措施：完整性约束条件定义和检查并发控制（并发控制（ConcurrencyConcurrency）v对多用户的并发操作加以控制、协调，防止其互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性遭到破坏v措施：封锁数据库恢复（数据库恢复（RecoveryRecovery）v将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。2024-9-650数据库系统的特点数据库系统的特点v面向全组织的复杂的数据结构面向全组织的复杂的数据结

27、构支持全企业的应用而不是某一个应用v数据整体结构化数据整体结构化这是数据库系统的主要特征之一，与文件系统的根本差这是数据库系统的主要特征之一，与文件系统的根本差别。别。文件系统只是记录的内部有结构，一个文件的记录之间是个线性序列，记录之间无联系数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释。描述，无需程序定义和解释。数据可以数据可以变长变长。数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项。2024-9-651数据库系统的特点（续）数据库系统的特点（续）v数据的共享性高，冗余度小，易扩充数据的共享性高，冗余度小，易扩充数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统数

28、据面向整个系统，而不是面向某一应用，可以被多个用户、多个应用共享使用数据集中管理，数据共享，因此冗余度小v数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间减少数据冗余，节约存储空间避免数据之间的不相容性与不一致性避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充使系统易于扩充v每个应用选用数据库的一个子集，只要重新选取不同子集或者加上一小部分数据，就可以满足新的应用要求，这就是易扩充性易扩充性2024-9-652数据库系统的特点（续）数据库系统的特点（续）v具有较高的数据和程序的独立性具有较高的数据和程序的独立性高度的物理独立性和一定的逻辑独立性高度的物理独立性和一定的逻辑独立性把数据库的定义和描述从应

29、用程序中分离出去数据描述是分级的（全局逻辑、局部逻辑、存储）数据的存取由系统管理，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序v数据独立性是由数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的的二级映像功能来保证的2024-9-653 数据管理技术发展的三个阶段数据管理技术发展的三个阶段手工阶段手工阶段文件系统文件系统数据库数据库特点：数据不保存、特点：数据不保存、没有管理软件、没没有管理软件、没有文件概念、数据有文件概念、数据面向具体应用面向具体应用特点：以文件形式存放、特点：以文件形式存放、有了文件系统、程序与数有了文件系统、程序与数据有一定的独立性、记录据有一定的独立性、记录为单位、数据冗余

30、大、面为单位、数据冗余大、面向特定程序服务向特定程序服务特点：数据是公用的、特点：数据是公用的、共享度高、独立性高、共享度高、独立性高、专用管理系统功能更强专用管理系统功能更强2024-9-654主要内容主要内容v什么是数据库应用系统？什么是数据库应用系统？v数据库系统的应用领域数据库系统的应用领域v四个基本概念四个基本概念数据数据、数据库数据库、DBMS、DBSv回溯回溯数据管理的发展阶段数据管理的发展阶段数据库系统特点数据库系统特点v数据库系统的组成数据库系统的组成核心核心数据库管理系统数据库管理系统v数据库系统结构数据库系统结构三级模式两级映像与数据独立性三级模式两级映像与数据独立性20

31、24-9-6551.3 数据库系统的构成数据库系统的构成v数据库系统的软硬件层次v数据库系统的主要成分v数据库系统结构2024-9-656数据库系统的软硬件层次数据库系统的软硬件层次硬件硬件操作系统操作系统DBMS，编译系统，编译系统应用开发工具软件应用开发工具软件应用系统应用系统PB,VB,VCDELPHYOracle,Db2,Sybase,SQL Server,MySQL2024-9-657数据库系统的主要成分数据库系统的主要成分v硬件硬件大内存，放得下OS，DBMS核心，系统缓冲区，用户工作区等大容量、直接存取的外存设备作数据备份的磁带v软件软件OS，DBMS，高级语言编译系统及其与数据

32、库的接口，应用开发工具，应用系统v数据数据目标数据：数据本身描述数据：元数据（元数据（meta-data)meta-data)，数据字典，数据字典v描述数据的数据描述数据的数据v描述数据的含义和性质，以便更好地理解、管理和使用数据的数据描述数据的含义和性质，以便更好地理解、管理和使用数据的数据v示例数据：图书馆中的书籍元数据：标题、作者、关键词、ISBN号2024-9-658v用户用户最终用户最终用户v通过应用系统的用户接口（菜单等）使用数据库应用程序员应用程序员v基于外模式来编写应用程序系统分析员系统分析员v负责应用系统的需求分析和规范定义，确定系统的软硬件配置，参与数据库模式设计数据库管理

33、员数据库管理员DBADBA（含数据库设计者）（含数据库设计者）v负责数据库的全面管理和控制数据库系统的主要成分（续）数据库系统的主要成分（续）2024-9-659vDBA的重要性重要资源v维护整个组织的信息资源共享资源v多用户共享，需要统一管理、协调、监控vDBADBA职责职责建库方面（数据库设计者）建库方面（数据库设计者）v确定模式、外模式、存储结构、存取策略v负责数据的整理和装入用库方面用库方面v定义完整性约束条件v规定数据的保密级别、用户权限v监督和控制数据库的运行情况v制定后援和恢复策略，负责故障恢复改进方面改进方面v监督分析系统的性能（空间利用率，处理效率）v数据库重组织，物理上重组

34、织，以提高性能v数据库重构造，设计上较大改动，模式和内模式修数据库管理员（数据库管理员（DBA）2024-9-660数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）vDBMS概念概念vDBMS主要功能主要功能vDBMS构成构成vDBMS语言系统语言系统vDBMS工作过程工作过程2024-9-61索引数据文件统计数据数据字典事务管理器应用程序目标代码嵌入式DML预编译器DML编译器DDL解释器查询计算引擎应用界面应用程序查询数据库模式初级用户程序设计人员熟练用户数据库管理员数据库管理系统查询处理器存储管理器用户缓冲区管理器文件管理器磁盘存储器数据库系统结构2024-9-662DBMS概念概念v负责数据

35、库的定义、建立、操作、管理和维负责数据库的定义、建立、操作、管理和维护的软件系统。护的软件系统。v目的：目的：保证数据安全可靠的、提高数据库应用的简明性和方便性。v工作机理：工作机理：把用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库三级之间的转化。2024-9-663DBMS的主要功能的主要功能v数据库定义功能数据库定义功能DDLDDL语言（语言（Data Description LanguageData Description Language）v描述外模式、模式、内模式（源模式）模式翻译程序v把源模式翻译成目标模式，存入数据字典中源模式源模式模式翻译程序模式翻译程序数据字典数

36、据字典目标模式目标模式2024-9-664v数据存取功能数据存取功能DMLDML语言（语言（Data Manipulation LanguageData Manipulation Language）v对数据库进行检索、插入、修改、删除DML类型v宿主型DML不独立使用，嵌入到高级语言（主语言）程序中使用v自含型独立使用，交互式命令方式DML语句执行方式v宿主型预编译和增强编译v自含型解释执行2024-9-665v数据库运行管理数据库运行管理并发控制、存取控制、完整性约束条件检查和执行，日志组织和管理，事务管理和自动恢复v数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理用户数据、索引、数据字典的组织、存

37、储和管理，包括文件结构、存取方式、数据之间联系的实现等v数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能数据的装入、转换、卸出，数据库的转储、恢复、性能监视和分析等2024-9-666DBMS构成构成vDBMS是程序的集合。是程序的集合。组成DBMS的每一个程序都有自己的功能，一个或几个程序一起完成DBMS的一件工作，或一个程序完成基建工作。2024-9-667DBMS的层次结构的层次结构操作系统操作系统数据存储层数据存储层数据存取层数据存取层语言翻译处理层语言翻译处理层数据库数据库应用层应用层数据文件，数据字典，数据文件，数据字典，索引，统计数据索引，统计数据缓冲区，提供数据页操作DDL，DML

38、，查询计算引擎，提供关系、视图接口事务，日志，封锁，存取路径，提供单元组接口执行物理文件的读写操作2024-9-668DBMS的运行过程的运行过程系统缓冲区系统缓冲区应用程序应用程序用户工作区用户工作区数据库管理系统数据库管理系统数据字典数据字典数据库数据库操作操作系统系统911121710582，3，62024-9-669v1.用户向DBMS发出调用数据库数据的命令v2.DBMS对命令进行语法检查、语义检查、存取权限检查，决定是否执行该命令v3.DBMS执行查询优化，把命令转换为一串单记录的存取操作序列v4.执行存取操作序列（反复执行以下各步，直至结束）v5.DBMS首先在缓冲区内查找记录，

39、若找到转10，否则转6v6.DBMS查看存储模式，决定从哪个文件存取哪个物理记录v7.DBMS根据6的结果，向操作系统发出读取记录的命令v8.操作系统执行读取数据的命令v9.操作系统将数据从数据库存储区送到系统缓冲区v10.DBMS根据用户命令和数据字典的内容导出用户所要读取的数据格式v11.DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到用户工作区v12.DBMS将执行状态信息返回给用户2024-9-670RDBMS分类：分类：vPC型：Dbase foxbase foxpro VFP、Access等v大型（服务器型）：MS SQL Server、Oracle、Sybase、DB2、MySQL等等。数据

40、管理、开发应用程序界面数据管理、开发应用程序界面的功能兼而有之的功能兼而有之非常专业于数据管理，非常专业于数据管理，不涉及用户界面不涉及用户界面2024-9-671主要内容主要内容v什么是数据库应用系统？什么是数据库应用系统？v数据库系统的应用领域数据库系统的应用领域v四个基本概念四个基本概念数据数据、数据库数据库、DBMS、DBSv回溯回溯数据管理技术的发展数据管理技术的发展数据库系统特点数据库系统特点v数据库系统的组成数据库系统的组成核心核心数据库管理系统数据库管理系统v数据库系统结构数据库系统结构三级模式两级映像与数据独立性三级模式两级映像与数据独立性2024-9-6721.4 数据库系

41、统的结构数据库系统的结构v数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v数据库系统设计目标数据库系统设计目标v数据库系统的三级结构两级独立性数据库系统的三级结构两级独立性2024-9-673数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v“型”和“值”的概念型(Type)v对某一类数据的结构和属性的说明值(Value)v是型的一个具体赋值v例如 学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）2024-9-674数据库系统模式的概念（续）数据库系统模式的概念（续）v模式（模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述数据库逻辑结构和特征的描述是

42、型的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式是相对稳定的v实例（实例（Instance）模式的一个具体值模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动实例随数据库中的数据的更新而变动2024-9-675数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念（续）（续）例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录 2003年的一个学生数据库实例，包含：2003年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录 2002年度学生数据库

43、模式对应的实例与 2003年度学生数据库模式对应的实例是不同的 2024-9-676数据库系统的设计目标数据库系统的设计目标v数据库系统的设计目标数据库系统的设计目标允许用户逻辑的处理数据、而不必涉及这些数据在计算机中是怎样存放，在数据组织和用户应用之间提供某种程度的独立性。v实现方法实现方法模式的分级模式的分级为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使数据库的用户观点（即用户看到的数据库）与数据库的物理方面（即实际存储的数据库）区分开来，数据库系统的模式是分级的。v数据库系统三级模式结构数据库系统三级模式结构CODASYL（Conference On Data System Language，

44、美国数据系统语言协商会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象。2024-9-677数据库系统的三级结构两级独立性数据库系统的三级结构两级独立性数据库数据库内模式内模式模模 式式外模式外模式2 2外模式外模式n n外模式外模式1 1应用应用A A应用应用B B应用应用C C应用应用D D应用应用E E外模式外模式/模式映象模式映象模式模式/内模式映象内模式映象 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 2024-9-678v数据库系统划分为三抽象级：数据库系统划分为三抽象级：用户级、概念级、物理级用户级、概念级、物理级v用户级数据库用户级数据库对应于外模式、子

45、模式外模式、子模式v概念级数据库概念级数据库对应于概念模式、逻辑模式概念模式、逻辑模式，也称模式模式v物理级数据库物理级数据库对应于内模式内模式数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式2024-9-679模式（模式（Schema）v模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述介于用户级和物理级之间，所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求，求，是数据库管理员看到和使用的数据库，又称DBA视图视图。v一个数据库只有一个模式，把数据库作为一个整体的抽象表示v模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数

46、据的物理存储细节和硬件环境无关与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关2024-9-680模式（续）模式（续）v模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）范围等）数据之间的联系数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求2024-9-681外模式（外模式（External Schema）v外模式（也称子模式或用户模式）最接近于用户的一级数据库，是数据库用户（包括应用数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的程序员和最终用户

47、）使用的局部局部数据的逻辑结构和数据的逻辑结构和特征的描述，特征的描述，又称用户视图。数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示的逻辑表示不同的用户视图可以互相重叠，用户的所有操作都是针对用户视图进行。2024-9-682外模式（续）外模式（续）v外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求式、对数据保密的要求对模式中同一数据，

48、在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式但一个应用程序只能使用一个外模式v外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施保证数据库安全性的一个有力措施每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据2024-9-683内模式（内模式（Internal Schema）v内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据物理结构和

49、存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式v记录的存储方式（顺序存储，按照记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按树结构存储，按hash方法存储）方法存储）v索引的组织方式索引的组织方式v数据是否压缩存储数据是否压缩存储v数据是否加密数据是否加密v数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定v一个数据库只有一个内模式一个数据库只有一个内模式2024-9-684内模式（续）内模式（续）v例如学生记录，如果按堆堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后最后，如图（a）所示2024-9-685内模式（续）内模式（续）v如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找

50、到它应在的位置插入，如图（b）所示v如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图（c）所示 记录不同的存储方式示意图记录不同的存储方式示意图2024-9-686v数据库系统两级独立性：数据库系统两级独立性：逻辑独立性、物理独立性逻辑独立性、物理独立性v三个抽象级间通过两级映射（根据一定的对立规则）进行相互转换，使得数据库的三级形成一个统一整体。三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换v外模式模式映像v模式内模式映像 v映射隔离了各层之间的相互影响，实现数据独立性。各层间的映射能力决定数据独立性程度数据库系统的两级独立性数据库系