數(shù)據(jù)庫原理與程序設(shè)計(jì)1.ppt

數(shù)據(jù)庫原理與程序設(shè)計(jì),主講： 李 浩,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院信息系,教學(xué)環(huán)節(jié)和成績(jī)?cè)u(píng)定,課堂講授 教學(xué)環(huán)節(jié) 課外閱讀 上機(jī)實(shí)踐 上機(jī)考查 20% 成績(jī)?cè)u(píng)定 期中考查 10% 期末考試 60% 作業(yè)及出勤 10% 聯(lián)系方式 E-Mail : Tel : 87280664,主要參考書目,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念 Abraham Silberschatz, Henry F.Korth, S.Sudarshan, 楊冬青，唐世渭等譯，機(jī)械工業(yè)出版社，2000 對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)下一個(gè)大浪潮 Michael Stonebraker, Dorothy Moore 楊冬青，唐世渭，裴芳等譯，北京大學(xué)出版社，1997 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) Hector Garcia-Molina, Jeffery D.Ullman,Jennifer Widom, 楊冬青，唐世渭，徐其鈞等譯，機(jī)械工業(yè)出版社，2001 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第三版） 薩師煊，王珊，高等教育出版社，2001,學(xué)習(xí)方法四項(xiàng)修煉,第一項(xiàng)修煉：自我超越( Personal Mastery ) “自我超越”的修煉是學(xué)習(xí)不斷理清并加深個(gè)人的真正愿望，集中精力，培養(yǎng)耐心，并客觀地觀察現(xiàn)實(shí)的過程。它是學(xué)習(xí)型組織的精神基礎(chǔ)。精通“自我超越”的人，能夠不斷實(shí)現(xiàn)他們內(nèi)心深處最想實(shí)現(xiàn)的愿望，他們對(duì)生命的態(tài)度就如同藝術(shù)家對(duì)于藝術(shù)一樣，全心投入、鍥而不舍，并不斷追求超越自我。有了這種精神動(dòng)力，個(gè)人的學(xué)習(xí)就不是一個(gè)一蹴而就的項(xiàng)目，而是一個(gè)永無盡頭的持續(xù)不斷的過程。而組織學(xué)習(xí)根植于個(gè)人對(duì)于學(xué)習(xí)的意愿與能力，也會(huì)不斷學(xué)習(xí)。,學(xué)習(xí)方法四項(xiàng)修煉,第二項(xiàng)修煉：改善心智模式 ( Improving Mental Models ) “改善心智模式”的修煉是把鏡子轉(zhuǎn)向自己，發(fā)掘自己內(nèi)心世界深處的秘密，并客觀地審視，借以改善自身的心智模式，更利于自己深入地學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)方法四項(xiàng)修煉,第三項(xiàng)修煉：團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)( Team Learning ) 團(tuán)隊(duì)中的成員互相學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不僅使團(tuán)隊(duì)整體的績(jī)效大幅提升，而且使團(tuán)隊(duì)中的成員成長(zhǎng)得更快 團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的修煉從“對(duì)話”( dialogue ) 開始。所謂“對(duì)話”，指的是團(tuán)隊(duì)中的所有成員敞開心扉，進(jìn)行心靈的溝通，從而進(jìn)入真正統(tǒng)一思考的方法或過程。另外，“對(duì)話”也可以找出有助于學(xué)習(xí)的互動(dòng)模式 在現(xiàn)代組織中，學(xué)習(xí)的基本單位是團(tuán)隊(duì)而非個(gè)人。除非團(tuán)隊(duì)能學(xué)習(xí)，否則組織就無法學(xué)習(xí) 海森堡“科學(xué)根源于交談，在不同的人的合作之下，可能孕育出極為重要的科學(xué)成果?！?學(xué)習(xí)方法四項(xiàng)修煉,第四項(xiàng)修煉：系統(tǒng)思考( System Thinking ) 企業(yè)與人類社會(huì)都是一種“系統(tǒng)”，是由一系列微妙的、彼此息息相關(guān)的因素所構(gòu)成的有機(jī)整體。這些因素通過各不相同的模式或渠道相互影響，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。但是，這種影響并不是立桿見影、一一對(duì)應(yīng)的，而常常是要經(jīng)年累月才完全展現(xiàn)出來。身處系統(tǒng)中的一小部分，人們往往不由自主地傾向于關(guān)注系統(tǒng)中的某一片段（或局部），而無法真正把握整體。系統(tǒng)思考的修煉就在于擴(kuò)大人們的視野，讓人們“見樹又見林”,課程目標(biāo),了解，并結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)深入理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念，原理和方法。 掌握關(guān)系數(shù)據(jù)模型及關(guān)系數(shù)據(jù)語言，能熟練應(yīng)用SQL語言表達(dá)各種數(shù)據(jù)操作。 掌握E-R模型的概念和方法，關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法，通過上機(jī)實(shí)習(xí)的訓(xùn)練，初步具備進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。 對(duì)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域研究的深入課題有大致了解，激發(fā)在此領(lǐng)域中繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究的愿望，為學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)高級(jí)課程做準(zhǔn)備。,第1章 數(shù)據(jù)庫概論,在本章中，首先介紹數(shù)據(jù)庫中有關(guān)的主要概念，然后回顧數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個(gè)發(fā)展階段 要求了解數(shù)據(jù)庫的三個(gè)發(fā)展階段及各階段的主要特點(diǎn)，掌握數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)的基本概念、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成及各部分的主要功能 重點(diǎn)掌握實(shí)體、屬性定義和實(shí)體型之間的聯(lián)系類型及特點(diǎn),信息產(chǎn)業(yè)朝陽產(chǎn)業(yè),三低一高 低失業(yè)、低通脹、低赤字、高增長(zhǎng) 技術(shù)密集型 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)+高素質(zhì)人才,數(shù)據(jù)庫在信息系統(tǒng)中的地位,數(shù)據(jù)庫在信息系統(tǒng)中的地位,四大支柱 操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)語言、數(shù)據(jù)庫 兩大熱門 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫。 無所不在的數(shù)據(jù)管理 Everything Over DB 如電子商務(wù)、數(shù)字圖書館、交互視頻等等,1.1.1 信息（Information）,信息的定義 信息是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映的綜合，具體說是一種被加工為特定形式的數(shù)據(jù)，但這種數(shù)據(jù)形式對(duì)接收者來說是有意義的，而且對(duì)當(dāng)前和將來的決策具有明顯的或?qū)嶋H的價(jià)值。 如“2005年碩士研究生將繼續(xù)擴(kuò)招20%”，對(duì)接受者有意義，使接受者據(jù)此作出決策。,1.1.1 信息（Information）,2. 信息的特征 信息源于物質(zhì)和能量，它不可能脫離物質(zhì)而存在，信息的傳遞需要物質(zhì)載體，信息的獲取和傳遞要消耗能量。 如信息可以通過報(bào)紙、電臺(tái)、電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞 信息是可以感知的，人類對(duì)客觀事物的感知，可以通過感覺器官，也可以通過各種儀器儀表和傳感器等，不同的信息源有不同的感知形式。 如報(bào)紙上刊登的信息通過視覺器官感知，電臺(tái)中廣播的信息通過聽覺器官感知 信息是可存儲(chǔ)、加工、傳遞和再生的。動(dòng)物用大腦存儲(chǔ)信息，叫做記憶。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、錄音、錄像等技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)大了信息存儲(chǔ)的范圍。借助計(jì)算機(jī)，還可對(duì)收集到的信息進(jìn)行取舍整理。,信息與知識(shí),知識(shí) “行動(dòng)的能力” “可以輔助我們作出決策或采取行動(dòng)的有很高價(jià)值的一種信息形態(tài)” 可以很快地將信息從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，但將知識(shí)從一個(gè)人轉(zhuǎn)移給另一個(gè)人經(jīng)常是很困難和很慢的,學(xué)習(xí)知識(shí),信息與知識(shí),信息管理 信息管理通過收集、處理、濃縮信息以達(dá)到有效的管理 知識(shí)管理 知識(shí)管理的焦點(diǎn)是通過信息的收集、存儲(chǔ)、發(fā)布、重用等獲得人的交流與知識(shí)共享達(dá)到知識(shí)的創(chuàng)新目的 知識(shí)管理是一個(gè)過程，個(gè)人通過這一過程學(xué)習(xí)新知識(shí)和獲得新經(jīng)驗(yàn)，并將這些新知識(shí)和新經(jīng)驗(yàn)反應(yīng)出來，進(jìn)行共享，以用來促進(jìn)培養(yǎng)、增強(qiáng)個(gè)人的知識(shí)和機(jī)構(gòu)組織的價(jià)值 知識(shí)管理應(yīng)該是組織有意識(shí)采取的一種戰(zhàn)略，它保證能夠在最需要的時(shí)間將最需要的知識(shí)傳送給最需要的人。這樣可以幫助人們共享信息，并進(jìn)而將之通過不同的方式付諸實(shí)踐，最終達(dá)到提高組織業(yè)績(jī)的目的,1.1.2 數(shù)據(jù) (Data),1. 數(shù)據(jù)的定義 數(shù)據(jù)是用來記錄信息的可識(shí)別的符號(hào)，是信息的具體表現(xiàn)形式 2. 數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式 可用多種不同的數(shù)據(jù)形式表示同一信息，而信息不隨數(shù)據(jù)形式的不同而改變 如“2005年碩士研究生將擴(kuò)招20%”，其中的數(shù)據(jù)可改為漢字形式“兩千零五年”、“百分之二十” 數(shù)據(jù)的概念在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中已大大地拓寬了，其表現(xiàn)形式不僅包括數(shù)字和文字，還包括圖形、圖象、聲音等。這些數(shù)據(jù)可以記錄在紙上，也可記錄在各種存儲(chǔ)器中。 3. 數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系 數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示或載體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對(duì)數(shù)據(jù)的語義解釋 數(shù)據(jù)是符號(hào)化的信息；信息是語義化的數(shù)據(jù) 如上例中的數(shù)據(jù)2005、30%被賦予了特定的語義，它們就具有了傳遞信息的功能,1.1.3 數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括對(duì)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、加工、檢索、傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)。其目的是從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取和推導(dǎo)出有價(jià)值的信息，作為決策的依據(jù) 可用下式簡(jiǎn)單的表示信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理的關(guān)系： 信息=數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)是原料，是輸入，而信息是產(chǎn)出，是輸出結(jié)果?！靶畔⑻幚怼钡恼嬲x應(yīng)該是為了產(chǎn)生信息而處理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理的中心問題是數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)管理是指對(duì)數(shù)據(jù)的組織、分類、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù),1.1.4 數(shù)據(jù)管理,1人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前） 背景 這一階段計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如高階方程、曲線擬和等 硬件中的外存只有卡片、紙帶、磁帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備 軟件只有機(jī)器語言，沒有操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)的軟件 用戶用機(jī)器指令編碼，通過紙帶機(jī)輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運(yùn)行完畢后，由用戶取走紙帶和運(yùn)算結(jié)果，再讓下一用戶上機(jī)操作,人工管理階段,特點(diǎn) 1. 數(shù)據(jù)不保存 因?yàn)楫?dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，對(duì)于數(shù)據(jù)保存的需求尚不迫切 2. 系統(tǒng)沒有專用的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 每個(gè)應(yīng)用程序都要包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等，程序員編寫應(yīng)用程序時(shí)，還要安排數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)，因此程序員負(fù)擔(dān)很重 3. 數(shù)據(jù)不共享 數(shù)據(jù)是面向程序的，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序 多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須各自定義，因此程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù) 4. 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性 程序依賴于數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)的類型、格式、或輸入輸出方式等邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，必須對(duì)應(yīng)用程序做出相應(yīng)的修改,人工管理階段,2文件系統(tǒng)階段（20世紀(jì)50年代后期至60年代中期） 背景 這一階段計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算，還大量用于信息管理 大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)成為緊迫的需求 硬件有了磁盤、磁鼓等直接存儲(chǔ)設(shè)備 在軟件方面，出現(xiàn)了高級(jí)語言和操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)中有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱為文件系統(tǒng) 處理方式有批處理，也有聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,1.1.4 數(shù)據(jù)管理,特點(diǎn) 1. 數(shù)據(jù)以文件形式可長(zhǎng)期保存下來 用戶可隨時(shí)對(duì)文件進(jìn)行查詢、修改和增刪等處理 2. 文件系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行管理 程序員只與文件名打交道，不必明確數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)，大大減輕了程序員的負(fù)擔(dān) 3. 文件形式多樣化 有順序文件、倒排文件、索引文件等，因而對(duì)文件的記錄可順序訪問，也可隨機(jī)訪問，更便于存儲(chǔ)和查找數(shù)據(jù) 4. 程序與數(shù)據(jù)間有一定獨(dú)立性 由專門的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，程序和數(shù)據(jù)間由軟件提供的存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)生變化不一定影響程序的運(yùn)行,文件系統(tǒng)階段,文件系統(tǒng)階段,文件系統(tǒng)階段,缺陷 1. 數(shù)據(jù)獨(dú)立性低 ( Poor data relationship ) 文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒有從根本上改變數(shù)據(jù)與程序緊密結(jié)合的狀況，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變則必須修改應(yīng)用程序 文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對(duì)物理設(shè)備存取的負(fù)擔(dān)，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負(fù)責(zé)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)的語義信息只能由程序來解釋，也就是說，數(shù)據(jù)收集以后怎么組織，以及數(shù)據(jù)取出來之后按什么含義應(yīng)用，只有全權(quán)管理它的程序知道。 一個(gè)應(yīng)用若想共享另一個(gè)應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個(gè)應(yīng)用溝通，了解數(shù)據(jù)的語義與組織方式,文件系統(tǒng)階段,2. 數(shù)據(jù)冗余度大（Redundancy ) 各數(shù)據(jù)文件之間沒有有機(jī)的聯(lián)系，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，即使不同應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時(shí)，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù) 3.數(shù)據(jù)一致性差 ( Inconsistency ) 由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，在進(jìn)行更新操作時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。,文件系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)一致性 難于保證,數(shù)據(jù)查詢困難 記錄之間無聯(lián)系 應(yīng)用自己編程實(shí)現(xiàn) 對(duì)每個(gè)查詢都重新編碼,3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 ( 20世紀(jì)60年代末) 背景 20世紀(jì)60年代末發(fā)生了對(duì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)有著奠基作用的3件大事，標(biāo)志著以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基本手段的數(shù)據(jù)管理階段的開始。 （1）1968年美國(guó)的IBM公司推出了世界上第一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS，它是基于層次模型的 （2）1969年美國(guó)數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會(huì)（CODASYL）的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DBTG）發(fā)表了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的DBTG報(bào)告 （3）1970年美國(guó)IBM公司的高級(jí)研究員 E. F. Codd連續(xù)發(fā)表論文，提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。,1.1.4 數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,特點(diǎn) 1. 數(shù)據(jù)共享性高、冗余少 這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的最大改進(jìn)，數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用程序而是面向整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)前所有用戶可同時(shí)存取庫中的數(shù)據(jù)。 這樣便減少了不必要的數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間，同時(shí)也避免了數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。 2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 按照某種數(shù)據(jù)模型，將全組織的各種數(shù)據(jù)組織到一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫中，整個(gè)組織的數(shù)據(jù)不是一盤散沙，可表示出數(shù)據(jù)之間的有機(jī)關(guān)聯(lián)。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,3. 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性是指邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，由于應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)編寫的，所以應(yīng)用程序不必須修改，從而保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨(dú)立性。 例如，在原有的記錄類型之間增加新的聯(lián)系，或在某些記錄類型中增加新的數(shù)據(jù)項(xiàng)，均可確保數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。 例如，改變存儲(chǔ)設(shè)備和增加新的存儲(chǔ)設(shè)備，或改變數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織方式，均可確保數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,4. 有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能 數(shù)據(jù)庫為多個(gè)用戶和應(yīng)用程序所共享，對(duì)數(shù)據(jù)的存取往往是并發(fā)的，即多個(gè)用戶可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，甚至可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫中的同一個(gè)數(shù)據(jù)，為確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確有效和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有效運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供下述四方面的數(shù)據(jù)控制功能。 （1）數(shù)據(jù)的安全性（security）控制：防止不合法使用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的泄露和破壞，保證數(shù)據(jù)的安全和機(jī)密； 例如，系統(tǒng)提供口令檢查或其他手段來驗(yàn)證用戶身份，防止非法用戶使用系統(tǒng)；也可以對(duì)數(shù)據(jù)的存取權(quán)限進(jìn)行限制，只有通過檢查后才能執(zhí)行相應(yīng)的操作。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,（2）數(shù)據(jù)的完整性(integrity)控制：系統(tǒng)通過設(shè)置一些完整性規(guī)則以確保數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。 正確性是指數(shù)據(jù)的合法性，如年齡屬于數(shù)值型數(shù)據(jù)，只能含0,1,9，不能含字母或特殊符號(hào) 有效性是指數(shù)據(jù)是否在其定義的有效范圍，如月份只能用112之間的正整數(shù)表示 相容性是指表示同一事實(shí)的兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)相同，否則就不相容，如一個(gè)人不能有兩個(gè)性別 （3）并發(fā)（concurrency）控制：多用戶同時(shí)存取或修改數(shù)據(jù)庫時(shí)，防止相互干擾而提供給用戶不正確的數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)庫受到破壞 （4）數(shù)據(jù)恢復(fù)（recovery） ：當(dāng)數(shù)據(jù)庫被破壞或數(shù)據(jù)不可靠時(shí)，系統(tǒng)有能力將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到最近某一時(shí)刻的正確狀態(tài)。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)庫觀點(diǎn) 數(shù)據(jù)不是依賴于處理過程的附屬品，而是現(xiàn)實(shí)世界中獨(dú)立存在的對(duì)象,從文件系統(tǒng)管理發(fā)展到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是信息處理領(lǐng)域的一個(gè)重大變化。 在文件系統(tǒng)階段，人們關(guān)注的是系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)，因此程序設(shè)計(jì)處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)服從于程序設(shè)計(jì)； 而在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問題。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)經(jīng)歷了以上三個(gè)階段的發(fā)展，已有了比較成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，但隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)仍需不斷向前發(fā)展。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),模式（Schema）是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。 例如：學(xué)生記錄定義為（學(xué)號(hào)、姓名、性別、系別、年齡），稱為記錄型， 而（001101，張立，男，計(jì)算機(jī)，20）則是該記錄型的一個(gè)記錄值。 模式只是對(duì)記錄型的描述，而與具體的值無關(guān)。 數(shù)據(jù)庫模式與數(shù)據(jù)庫的概念是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)庫模式是數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)描述，只是一個(gè)建立數(shù)據(jù)庫的框架，它本身不涉及具體的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫是按照數(shù)據(jù)庫模式的規(guī)定裝入數(shù)據(jù)而建立的，它是數(shù)據(jù)庫模式的一個(gè)“實(shí)例”（Instance）。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化的，而數(shù)據(jù)庫模式一般是不變或很少變化的。,模式的分級(jí) 為了提高數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性，使數(shù)據(jù)庫的用戶觀點(diǎn)，即用戶看到的數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)庫的物理方面，即實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫區(qū)分開來，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式是分級(jí)的 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu) CODASYL（Conference On Data System Language,美國(guó)數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會(huì)）提出模式、外模式、內(nèi)模式三級(jí)模式的概念。三級(jí)模式之間有兩級(jí)映象,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),1. 模式 模式（Schema）是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，又稱概念模式或概念視圖。視圖可理解為一組記錄的值，用戶或程序員看到和使用的數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。 模式處于三級(jí)結(jié)構(gòu)的中間層，它是整個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)際存儲(chǔ)的抽象表示，也是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)抽象，是現(xiàn)實(shí)世界某應(yīng)用環(huán)境（企業(yè)或單位）的所有信息內(nèi)容集合的表示，也是所有個(gè)別用戶視圖綜合起來的結(jié)果，所以又稱用戶共同視圖。 它表示了數(shù)據(jù)庫的整體數(shù)據(jù)。 由多個(gè)“概念記錄”組成，包含數(shù)據(jù)庫的所有信息，也稱“概念數(shù)據(jù)庫”、“DBA視圖”。 DBMS 提供模式描述語言（模式 DDL Data Description Language ）來定義模式。,2. 外模式 又稱子模式或用戶模式或外視圖，是三級(jí)結(jié)構(gòu)的最外層，個(gè)別用戶只對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一部分感興趣，所以外視圖是個(gè)別用戶看到和使用的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，因此也常把外視圖稱為用戶數(shù)據(jù)庫。 它由多種外記錄值構(gòu)成，這些記錄值是概念視圖的某一部分的抽象表示。即個(gè)別用戶看到和使用的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，也稱“用戶DB”。 由多個(gè)“外記錄值”組成，是概念視圖的某一部分的抽象表示。 從邏輯關(guān)系上看，外模式包含于概念模式。 DBMS 提供子模式描述語言（子模式 DDL）來定義子模式。,數(shù)據(jù)庫模式,S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE),S(S#,SNAME,ADDRESS),學(xué)籍科,S(S#,SNAME,CREDIT),房產(chǎn)科,視圖,視圖,模式,3. 內(nèi)模式 又稱存儲(chǔ)模式或內(nèi)視圖，是三級(jí)結(jié)構(gòu)中的最內(nèi)層，也是靠近物理存儲(chǔ)的一層，即與實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式有關(guān)的一層，由多個(gè)存儲(chǔ)記錄組成，但并非物理層，不必關(guān)心具體的存儲(chǔ)位置。內(nèi)模式中定義的是存儲(chǔ)記錄的類型、存儲(chǔ)域的表示，存儲(chǔ)記錄的物理順序、指引元、索引和存取路徑等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織。 DBMS 提供內(nèi)模式描述語言（內(nèi)模式 DDL）來定義內(nèi)模式。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，外模式可有多個(gè)，而概念模式、內(nèi)模式只能各有一個(gè)。 內(nèi)模式是整個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)際存儲(chǔ)的表示，而概念模式是整個(gè)數(shù)據(jù)庫實(shí)際存儲(chǔ)的抽象表示，外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。,三級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) （1）保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。 將模式和內(nèi)模式分開，保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性； 將外模式和模式分開，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 （2）簡(jiǎn)化了用戶接口。 按照外模式編寫應(yīng)用程序或敲入命令，而不需了解數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，方便用戶使用系統(tǒng)。 （3）有利于數(shù)據(jù)共享。 在不同的外模式下可有多個(gè)用戶共享系統(tǒng)中數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)冗余。 （4）利于數(shù)據(jù)的安全保密。 在外模式下根據(jù)要求進(jìn)行操作，不能對(duì)限定的數(shù)據(jù)操作，保證了其他數(shù)據(jù)的安全。,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級(jí)映象,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，它使用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)方式，把數(shù)據(jù)的具體組織交給 DBMS 管理 為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，DBMS 在三級(jí)模式之間提供了二級(jí)映象功能,1. 模式/內(nèi)模式映象 數(shù)據(jù)庫中的模式和內(nèi)模式都只有一個(gè)，所以模式/內(nèi)模式映象是唯一的。 它確定了數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 例如，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)變化時(shí)，模式/內(nèi)模式映象也應(yīng)有相應(yīng)的變化，使其概念模式仍保持不變，即把存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的變化的影響限制在概念模式之下，這使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法較高的獨(dú)立于應(yīng)用程序，通過映象功能保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的變化不影響數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)的改變，從而不必修改應(yīng)用程序，即確保了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。,2.外模式/模式映象 數(shù)據(jù)庫中的同一模式可以有任意多個(gè)外模式，對(duì)于每一個(gè)外模式，都存在一個(gè)外模式/模式映象 它確定了數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)與全局邏輯結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 例如，在原有的記錄類型之間增加新的聯(lián)系，或在某些記錄類型中增加新的數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，使數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變，外模式/模式映象也發(fā)生相應(yīng)的變化， 這一映象功能保證了數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，由于應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)編寫的，所以應(yīng)用程序不必須修改，從而保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨(dú)立性。,1.2.3 數(shù)據(jù)庫模式,ANSI/X3/SPARC提出SPARC報(bào)告，其ANSI模型將數(shù)據(jù)庫模式分為外部級(jí)、概念級(jí)、內(nèi)部級(jí) 外部級(jí)數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于外模式，也稱為用戶視圖。每一個(gè)用戶視圖均由用戶所處理的一組外部記錄組成，不同的用戶視圖可以相互重疊。 概念級(jí)數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于概念模式，是介于用戶級(jí)和物理級(jí)之間的中間級(jí)，是所有用戶視圖的一個(gè)最小并集，又稱為 DBA視圖。 內(nèi)部級(jí)數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于內(nèi)模式，又稱為內(nèi)部視圖。它描述了數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)組織，是最接近物理存儲(chǔ)的一級(jí)。內(nèi)部視圖由內(nèi)部記錄組成。,1.3.1 DBMS的功能,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是一種負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的定義、建立、操作、管理和維護(hù)的軟件系統(tǒng)。 用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一切操作，包括數(shù)據(jù)定義、查詢、更新及各種控制，都是通過DBMS進(jìn)行的 DBMS就是實(shí)現(xiàn)把用戶意義下的抽象的邏輯數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)中的具體的物理數(shù)據(jù)的處理軟件，這給用戶帶來很大的方便,1. 數(shù)據(jù)定義 DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言DDL（Data Define Language），定義數(shù)據(jù)的模式、外模式和內(nèi)模式三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，定義模式/內(nèi)模式和外模式/模式二級(jí)映象，定義有關(guān)的約束條件 注意：用DDL書寫的都是源模式，系統(tǒng)不能直接使用，必須由DBMS的DDL編譯程序?qū)⒃茨Ｊ骄幾g城二進(jìn)制的目標(biāo)碼，成為機(jī)器可執(zhí)行的目標(biāo)模式，放在目標(biāo)庫即數(shù)據(jù)字典中，供系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)用,1.3.1 DBMS的功能,2. 數(shù)據(jù)操縱 DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言DML（Data Manipulation Language）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作，包括檢索、插入、修改、刪除等 DML類型 宿主型 DML不獨(dú)立使用，嵌入到高級(jí)語言（主語言，如C、Fortran、COBOL ）程序中使用 自含型 獨(dú)立使用，交互式命令方式，如SQL、QBE等,1.3.1 DBMS的功能,3. 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理 DBMS 對(duì)數(shù)據(jù)庫的控制主要通過四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)： 數(shù)據(jù)的安全性控制 數(shù)據(jù)的完整性控制 多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制 數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，以確保數(shù)據(jù)正確有效和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運(yùn)行 4. 數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能 包括數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)的裝入， 數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)、重組織， 系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等功能。,1.3.1 DBMS的功能,1.3.2 DBMS的組成,1. 語言編譯處理程序 （1）數(shù)據(jù)定義語言DDL及其編譯程序 它把用DDL編寫的各級(jí)源模式編譯成各級(jí)目標(biāo)模式，這些目標(biāo)模式是對(duì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)信息的描述，而不是數(shù)據(jù)本身，它們被保存在數(shù)據(jù)字典中，供以后數(shù)據(jù)操縱或數(shù)據(jù)控制時(shí)使用。 （2）數(shù)據(jù)操縱語言DML及其編譯程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作。,1.3.2 DBMS的組成,2. 系統(tǒng)運(yùn)行控制程序 系統(tǒng)總控程序：是DBMS運(yùn)行程序的核心，用于控制和協(xié)調(diào)各程序的活動(dòng)； 安全性控制程序：防止未被授權(quán)的用戶存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) 完整性控制程序：檢查完整性約束條件，確保進(jìn)入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性； 并發(fā)控制程序：協(xié)調(diào)多用戶、多任務(wù)環(huán)境下各應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的并以操作，保證數(shù)據(jù)的一致性； 數(shù)據(jù)存取和更新程序：實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的檢索、插入、修改、刪除等操作； 通信控制程序：實(shí)現(xiàn)用戶程序與DBMS間的通信,1.3.2 DBMS的組成,3. 系統(tǒng)建立、維護(hù)程序 裝配程序：完成初始數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)裝入； 重組程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能變壞時(shí)（如查詢速度變慢），需要重新組織數(shù)據(jù)庫，重新裝入數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)恢復(fù)程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)受到破壞時(shí)，將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)恢復(fù)到以前某個(gè)正確的狀態(tài)。 4. 數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary，簡(jiǎn)稱DD） 用來描述數(shù)據(jù)庫中有關(guān)信息的數(shù)據(jù)目錄， 包括數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式、數(shù)據(jù)類型、用戶名、用戶權(quán)限等有關(guān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息， 起著系統(tǒng)狀態(tài)的目錄表的作用， 幫助用戶、DBA 、DBMS本身使用和管理數(shù)據(jù)庫。,1.3.3 DBMS的層次結(jié)構(gòu),1.3.4 DBMS的數(shù)據(jù)存取的過程,用戶存取數(shù)據(jù)的過程,運(yùn)行日志,9,10,1,1.4 DBS,1.4.3 DBS的特點(diǎn),1.4.2 DBS的結(jié)構(gòu)分類,1.4.1 DBS的組成,1.4.1 DBS的組成,DBS定義： 帶有數(shù)據(jù)庫的整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員。包括5個(gè)主要組成部分：數(shù)據(jù)庫、軟件、硬件、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶 1數(shù)據(jù)庫（Database，DB） 是某一組織中各種應(yīng)用所需要保存和處理的數(shù)據(jù)的集合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化地存放在數(shù)據(jù)庫中，完全地或部分地消除了數(shù)據(jù)的冗余。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能為用戶共享 通常由兩大部分組成：一部分是應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)的集合，稱為物理數(shù)據(jù)庫，它是數(shù)據(jù)庫的主體；另一部分是關(guān)于各級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，稱為描述數(shù)據(jù)庫,2硬件環(huán)境（Hardware） 包括存放數(shù)據(jù)文件的大容量存儲(chǔ)器，以及相應(yīng)的I/O設(shè)備、CPU和系統(tǒng)軟件等，它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。而在數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)處理的速度除了與計(jì)算機(jī)本身的運(yùn)算速度有關(guān)外，更主要的因素就是I/O所占的時(shí)間。在為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選擇運(yùn)行環(huán)境時(shí)，要著重考慮I/O的速度和存儲(chǔ)容量。對(duì)于分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，還需要考慮數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸速度。 3軟件 (Software) 包括OS，DBMS，高級(jí)語言編譯系統(tǒng)及其與數(shù)據(jù)庫的接口，應(yīng)用開發(fā)工具，應(yīng)用系統(tǒng)等,1.4.1 DBS的組成,4數(shù)據(jù)庫管理員（Database Administrator，DBA） 主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建立、管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，協(xié)調(diào)各用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的要求等，他們對(duì)程序語言和系統(tǒng)軟件（如OS、DBMS等）都比較熟悉，還要了解各應(yīng)用部門的所有業(yè)務(wù)工作。DBA 不一定只是一個(gè)人，它往往是一個(gè)工作小組。其主要職責(zé)如下： 參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全