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数据库系统原理

数据库系统原理. 福州 大学计算机系 郭 红 Guohong@fzu.edu.cn 2009 年 2 月 13 日. 课程简介. 数据库技术是 数据管理 的最新技术，是计算机科学的重要分支，是研究 如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和维护数据 的一门学科。 《 数据库系统原理 》 课程是高等院校计算机和信息类专业的一门专业基础课。 本课程主要讲述 数据库系统的基础理论、基本技术和基本方法 。. 课程简介. 通过本课程学习，使学生系统地掌握数据库系统的基本原理和基本技术。

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数据库系统原理

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Presentation Transcript

  1. 数据库系统原理 福州大学计算机系 郭 红 Guohong@fzu.edu.cn 2009年2月13日

  2. 课程简介 数据库技术是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支，是研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和维护数据的一门学科。 《数据库系统原理》课程是高等院校计算机和信息类专业的一门专业基础课。 本课程主要讲述数据库系统的基础理论、基本技术和基本方法。

  3. 课程简介 通过本课程学习，使学生系统地掌握数据库系统的基本原理和基本技术。 要求在掌握数据库系统基本概念的基础上，能熟练使用SQL语言在某一个数据库管理系统（DBMS）上进行数据库操作；掌握数据库设计方法和步骤，具有设计数据库模式以及开发数据库应用系统的基本能力。

  4. 课程简介 《数据库系统原理》-总学时52  基础篇(24学时) -郭红老师 • 第一章 绪论 (含第13章数据库技术新发展）(6学时) • 第二章 关系数据库（含第9章关系查询处理与优化）(6学时) • 第三章 关系数据库标准语言SQL (6学时) • 第四章 数据库安全性(2学时) • 第五章 数据库完整性(4学时)  设计与应用开发篇(18学时) • 第六章 关系数据理论(8学时-郭红老师) • 第七章 数据库设计(6学时-程烨老师) • 第八章 数据库编程(4学时-程烨老师)

  5. 课程简介  系统篇(10学时) (程烨老师) • 第九章 数据库恢复技术(2学时) • 第十章 并发控制(8学时)

  6. 课程学习资料 教材 王珊，萨师煊编著，《数据库系统概论》（第四版）， 北京：高等教育出版社，2006。 主要参考书 施伯乐 丁宝康 汪卫编著，《数据库系统教程》， 北京：高等教育出版社，2003。 周立柱等编著,《SQL Server数据库原理—设计与实现》， 北京：清华大学出版社，2004

  7. 课程学习资料 教学辅助资料 —— 教材教学网站：http://www.chinadb.org 课程教学网站： http://210.34.61.2/nettech/ 以学生身份进入系统初始密码和帐号相同。 学生帐号是学号去掉第3，4两位(年级)。 如学号030602103， 帐号与初始密码都为为:0302103 可下载课堂教案,课后练习及参考答案等,通过网络上传作业等. 系统使用中有问题发邮件给程烨老师：chengye@fzu.edu.cn

  8. 课程学习的基本要求 1、教学形式：本课程52学时,以课堂讲授为主。 2、在课后预习或复习、课后练习过程中如遇到问题，发邮件给: 郭红老师：guohong@fzu.edu.cn 程烨老师: chengye@fzu.edu.cn

  9. 配套的综合实践课程 本课程另外开设综合实验课程--- 《数据库应用实践》 27学时 (12-18周) 实践教材： 单建魁,赵启升编著,《数据库系统实验指导》,北京：清华大学出版社， 2004

  10. 第一篇 基础篇 第一章 绪论(1) 数据库系统原理 福州大学计算机系 郭 红 Guohong@fzu.edu.cn 2009年2月13日

  11. 第一章 绪论 1.1 数据库系统概述 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

  12. 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。

  13. 第一章 绪论 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点 1.1.4 数据库新技术的发展趋势（13章）

  14. 1.1.1 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)

  15. 一、数据 • 数据(Data)是数据库中存储的基本对象 是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并具有明确意义的信息。 • 数据的定义---描述事物的符号记录 • 数据的种类----- 文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等 • 数据的特点-----数据与其语义是不可分的

  16. 数据与信息的区别 信息与数据之间存在着固有的联系：数据是信息的符号表示或称为载体；信息则是数据的内涵，是对数据语义的解释。

  17. 数据处理与数据管理 数据处理是指从某些已知的数据出发，推导加工出一些新的数据，这些新的数据又表示了新的信息。 数据管理是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作。这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。 数据处理是与数据管理相联系的，数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。

  18. 二、数据库（举例）

  19. 二、数据库 • 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、可共享的大量数据的集合。 • 数据库的基本特征 • 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

  20. 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，是一个大型复杂的系统软件 • DBMS的用途 • 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据

  21. DBMS在计算机系统中的位置 协同软件 办公软件 软件产品 应用软件平台 中间件 应用服务器 软件基础构架平台 基础软件平台 数据库管理系统 操作系统 硬件平台

  22. DBMS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

  23. DBMS的主要功能 • 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) • 数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制 提供数据控制语言(DCL) 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

  24. DBMS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（Database System，简称DBS） 在计算机系统中引入数据库技术后构成的应用系统 • 数据库系统的构成 • 数据库 • 数据库管理系统（及其开发工具） • 应用软件系统 • 数据库管理员 (DBA),程序员,用户

  26. 用户 用户 用户 应用系统 应用开发工具 数据库管理系统 数据库管理员 操作系统 数据库 数据库系统

  27. 区分三个概念 数据库 数据库管理系统 数据库系统 数据 系统软件 应用系统

  28. 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点 1.1.4 数据库新技术的发展趋势

  29. 数据管理技术的产生和发展 • 数据管理技术的发展过程 • 人工管理阶段(20世纪40年代中--50年代中) • 文件系统阶段(20世纪50年代末--60年代中) • 数据库系统阶段(20世纪60年代末--现在) 三个阶段特点比较见P6

  30. 数据管理技术的产生和发展(续) • 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

  31. 一、人工管理阶段 • 时期 • 20世纪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

  32. ...… ...… 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 应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段) 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系

  33. 二、文件系统阶段 • 时期 • 20世纪50年代末--60年代中 • 产生的背景 • 应用需求 科学计算、数据管理 • 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. 应用程序１ 数据文件1 应用程序２ 数据文件2 存取方法 ...… ...… 数据文件n 应用程序ｎ 应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段) 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系

  35. 文件系统阶段(续) • 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

  36. 三、数据库系统阶段 • 时期 • 20世纪60年代末以来 • 产生的背景 • 应用背景 大规模数据管理 • 硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列 • 软件背景 有数据库管理系统(DBMS) • 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理

  37. 三、数据库系统阶段 随着数据量的剧增，数据管理规模的庞大，人们对数据共享，数据的高效处理与访问提出了更高的要求。数据库技术应运而生，出现了统一管理数据的专门软件系统--数据库管理系统。 数据库技术研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和维护数据。

  38. 标志着数据库技术诞生的三个事件 1968年研制成功、1969年形成产品的美国IBM公司的数据库管理系统IMS（Information Management System）的问世，该系统支持的是层次数据模型。 美国数据系统语言协会CODASYL（Conference On DAta SYstem Language）下属的数据库任务组DBTG（DataBase Task Group）对数据库方法进行了系统的研究，在20世纪60年代末和70年代初发表了若干个报告（称为DBTG报告），该报告建立了数据库技术的很多概念、方法和技术。DBTG所提议的方法是基于网状数据模型的。

  39. 标志着数据库技术诞生的三个事件 从1970年起，IBM的研究员E.F.Codd发表了一系列的论文，提出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研究，为关系数据库的发展和理论研究奠定了基础。

  40. 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点 1.1.4 数据库新技术的发展趋势

  41. 1.1.3 数据库系统的特点 • 数据结构化 • 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 • 数据独立性高 • 数据由DBMS统一管理和控制

  42. 数据结构化 • 整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 • 整体结构化 • 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 • 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系 • 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

  43. 数据的共享性高，冗余度低，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，可以被多个用户、多个应用共享使用。 • 数据共享的好处 • 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 • 使系统易于扩充

  44. 数据独立性高 • 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。 • 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的

  45. 数据由DBMS统一管理和控制 • DBMS提供的数据控制功能 • (1)数据的安全性保护--(主动安全机制) 保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。 • (2) 数据库恢复--(被动安全机制) 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。

  46. 数据由DBMS统一管理和控制 • DBMS提供的数据控制功能 • (3)数据的完整性检查 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。 如:学生的年龄. 学生某学期各门课程的成绩与平均成绩.

  47. 数据由DBMS统一管理和控制 • DBMS提供的数据控制功能 • (4)并发控制 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。

  48. 并发应用 500-168=332 500+300=800 332元 800元 500元 500元 ？ 500元

  49. 应用程序1 数据库 DBMS 应用程序2 … 应用程序与数据的对应关系(数据库系统) 数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系

  50. 小结 • 数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。 • 可以供各种用户共享 • 具有最小冗余度 • 具有较高数据独立性 • DBMS • 在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性 • 在多用户同时使用数据库时进行并发控制 • 在发生故障后对数据库进行恢复

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