數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介

1、第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介,2,提綱,回溯數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段 數(shù)據(jù)庫模式 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)庫新方向,3,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段,考察要點(diǎn) 各階段的技術(shù)及應(yīng)用背景 計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍 外存儲(chǔ)設(shè)備 數(shù)據(jù)管理軟件 各個(gè)階段的差別體現(xiàn) 誰管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)面向誰 數(shù)據(jù)與應(yīng)用的獨(dú)立性,4,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 邏輯結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)之間存在的邏輯關(guān)系 表、樹、圖、數(shù)組 物理結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)方式 順序方式、鏈接方式,5,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)獨(dú)立性 當(dāng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，通過系統(tǒng)提供的映象（轉(zhuǎn)換）功能，使應(yīng)用程序不必改變 數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性 當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，應(yīng)用程序不必改變 數(shù)據(jù)的邏輯

2、獨(dú)立性 當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，應(yīng)用程序不必改變,6,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)語義 語言：形式 語義：內(nèi)涵 11010819800101001,莊子與惠子游于濠梁之上，莊子曰：“鰷魚出游從容，是魚之樂也?！被葑釉唬骸白臃囚~，安知魚之樂？”，莊子曰：“子非我，安知我不知魚之樂？”惠子曰：“我非子，固不知子矣；子固非魚也，子之不知魚之樂，全矣?！鼻f子曰：“請循其本。子曰女安知魚樂云者，既已知吾知之而問我，我知之濠上也。,7,數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段,人工管理階段（50年代中期以前） 文件系統(tǒng)階段（50年代后期-60年代中期） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代后期開始） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) VS 文件系統(tǒng) 軟件發(fā)展趨勢

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn),8,人工管理階段,背景 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)簡單，如高階方程、曲線擬和等 外存為順序存取設(shè)備 磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備 沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)管理軟件 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,9,人工管理階段,特點(diǎn) 用戶完全負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理工作 數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出等 數(shù)據(jù)完全面向特定的應(yīng)用程序 每個(gè)用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走 數(shù)據(jù)與程序沒有獨(dú)立性 程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的改變而改變 磁帶的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：廉價(jià)地存放大容量數(shù)據(jù) 缺點(diǎn)：

4、順序訪問；1%所需，100%訪問,10,人工管理階段,11,文件系統(tǒng)階段,背景 計(jì)算機(jī)不但用于科學(xué)計(jì)算，還用于管理 外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備 直接存取設(shè)備（DASD） 無須順序存取 由地址直接訪問所需記錄 有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱為文件系統(tǒng) 文件存儲(chǔ)空間的管理 目錄管理 文件讀寫管理 文件保護(hù) 向用戶提供操作接口,12,文件系統(tǒng)階段,特點(diǎn) 系統(tǒng)提供一定的數(shù)據(jù)管理功能 存取方法（索引文件、鏈接文件、直接存取文件、倒排文件等） 支持對文件的基本操作（增、刪、改、查等），用戶程序不必考慮物理細(xì)節(jié) 數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位 數(shù)據(jù)仍是面向應(yīng)用的 一個(gè)數(shù)據(jù)文件對應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)用戶程序 數(shù)據(jù)

5、與程序有一定的獨(dú)立性 文件的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)由系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上,13,文件系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,數(shù)據(jù)n,存取方式,程序1,程序2,程序n,14,文件系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性差 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

6、織方式,15,文件系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大 數(shù)據(jù)面向應(yīng)用 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) 數(shù)據(jù)孤立 數(shù)據(jù)分散管理，許多文件，許多數(shù)據(jù)格式 數(shù)據(jù)的不一致性 由于數(shù)據(jù)存在很多副本，給數(shù)據(jù)的修改與維護(hù)帶來了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性,16,文件系統(tǒng)階段,17,文件系統(tǒng)階段,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) 對每個(gè)查詢都重新編碼 數(shù)據(jù)完整性難于保證,18,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,背景 計(jì)算機(jī)管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強(qiáng)（多種應(yīng)用、不同語言共享數(shù)據(jù)） 外存有了大容量磁盤，光盤 軟件價(jià)格上升，硬件價(jià)格下降，編制和維護(hù)軟件及應(yīng)

7、用程序成本相對增加，其中維護(hù)的成本更高，力求降低,19,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,特點(diǎn) 有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 面向全組織，面向現(xiàn)實(shí)世界 獨(dú)立性較強(qiáng) 由DBMS統(tǒng)一存取，維護(hù)數(shù)據(jù)語義及結(jié)構(gòu),20,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)立存在的對象,21,示例,S(SNO, SNAME, STATUS, CITY) P(PNO, PNAME, COLOR, WEIGHT, CITY) J(JNO, JNAME,CITY) SPJ(SNO, PNO, JNO, QTY) S表示供應(yīng)商，它的各屬性依次為供應(yīng)商號(hào)，供應(yīng)商名，供應(yīng)商狀態(tài)值，供應(yīng)商所在城市； P表示零件，它的各屬性

8、依次為零件號(hào)，零件名，零件顏色，零件重量，零件存放的城市； J表示工程，它的各屬性依次為工程號(hào)，工程名，工程所在城市； SPJ表示供貨關(guān)系，它的各屬性依次為供應(yīng)商號(hào)，零件號(hào)，工程號(hào)，供貨數(shù)量,22,示例,查詢 “北京的所有工程” “供應(yīng)紅色零件給北京的工程的供應(yīng)商” 維護(hù) “不允許供應(yīng)不存在的零件,23,示例基于文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)如何來組織？ 分別組織幾個(gè)文件，存儲(chǔ)各類對象的記錄 系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)查詢表達(dá)及數(shù)據(jù)的維護(hù),24,示例基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（關(guān)系） 數(shù)據(jù)統(tǒng)一按表結(jié)構(gòu)存放，設(shè)為S，P，J，SPJ 查詢：只需提查詢要求，由系統(tǒng)完成查詢過程 SELECT SNO

9、FROM P, J, SPJ WHERE SPJ.JNO = J.JNO AND SPJ.PNO = P.PNO AND J.CITY = “BEIJING” AND P.COLOR = “RED” 維護(hù)：應(yīng)用提出完整性約束，系統(tǒng)自動(dòng)檢查 CREATE TABLE SPJ(, FOREIGN KEY (PNO) REFERENCES P(PNO),25,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) vs 文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)的弱點(diǎn) 記錄之間無聯(lián)系 難于維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用武之地 有查詢 整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 效率兩面觀 運(yùn)行效率 開發(fā)效率,26,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) vs 文件系統(tǒng),27,軟件發(fā)展趨勢,28,軟件發(fā)展趨勢,軟件開發(fā)正由編碼向集成轉(zhuǎn)變,編碼,集成,1970 1990 2010,29,軟件發(fā)展趨勢,機(jī)器與匯編語言1950 編譯語言1960 子程序 數(shù)據(jù)庫服務(wù)1985 特定域?qū)ο髱?990 預(yù)定義的結(jié)構(gòu)及解決方案 商用對象庫2000 域標(biāo)準(zhǔn)，組件,子程序,服務(wù),30,軟件發(fā)展趨勢,軟件演變?yōu)榉?wù) ASP（應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商） 一般指通過網(wǎng)絡(luò)給企業(yè)提供租賃式應(yīng)用軟件的服務(wù)，通過這些應(yīng)用軟件，企業(yè)只需支付少量成本就可進(jìn)行數(shù)字