數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介課件

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介第一章數(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)的構成數(shù)據(jù)庫新方向2提綱回溯——數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段3數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段考察要點各階段的技術及應用背景計算機應用范圍外存儲設備數(shù)據(jù)管理軟件各個階段的差別體現(xiàn)誰管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)面向誰數(shù)據(jù)與應用的獨立性3數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段考察要點4數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)結構

邏輯結構數(shù)據(jù)之間存在的邏輯關系表、樹、圖、數(shù)組…物理結構數(shù)據(jù)在計算機內的存儲方式順序方式、鏈接方式…課程號課程名學分先修課1001數(shù)據(jù)結構410031002數(shù)據(jù)庫310011003PASCAL44數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)結構課程號課程名學分先修課10015數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)獨立性當數(shù)據(jù)的結構發(fā)生變化時，通過系統(tǒng)提供的映象（轉換）功能，使應用程序不必改變數(shù)據(jù)的物理獨立性當數(shù)據(jù)的存儲結構改變時，應用程序不必改變數(shù)據(jù)的邏輯獨立性當數(shù)據(jù)的邏輯結構改變時，應用程序不必改變5數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)獨立性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。”莊子曰：“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。”6數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)語義莊子與惠子游于濠梁之上，莊子曰：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)展趨勢數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點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）8人工管理階段背景計算機主要用于科學計算數(shù)據(jù)量小、結構簡單，如高階方程、曲線擬和等外存為順序存取設備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設備沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結果，再讓下一用戶上機操作8人工管理階段背景9人工管理階段特點用戶完全負責數(shù)據(jù)管理工作數(shù)據(jù)的組織、存儲結構、存取方法、輸入輸出等數(shù)據(jù)完全面向特定的應用程序每個用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走數(shù)據(jù)與程序沒有獨立性程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲結構的改變而改變磁帶的特點優(yōu)點：廉價地存放大容量數(shù)據(jù)缺點：順序訪問；1%所需，100%訪問9人工管理階段特點10人工管理階段訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程序n10人工管理階段訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程11文件系統(tǒng)階段背景計算機不但用于科學計算，還用于管理外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備直接存取設備（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)文件存儲空間的管理目錄管理文件讀寫管理文件保護向用戶提供操作接口11文件系統(tǒng)階段背景12文件系統(tǒng)階段特點系統(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)仍是面向應用的一個數(shù)據(jù)文件對應一個或幾個用戶程序數(shù)據(jù)與程序有一定的獨立性文件的邏輯結構與存儲結構由系統(tǒng)進行轉換，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上12文件系統(tǒng)階段特點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n13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n14文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨立性差文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒有從根本上改變數(shù)據(jù)與程序緊密結合的狀況，數(shù)據(jù)的邏輯結構改變則必須修改應用程序文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對物理設備存取的負擔，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負責存儲數(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用，只有全權管理它的程序知道。一個應用若想共享另一個應用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個應用溝通，了解數(shù)據(jù)的語義與組織方式14文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨立性差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)面向應用即使不同應用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時，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)的修改與維護帶來了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性15文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大16文件系統(tǒng)階段補貼系別姓名學號勞資科住址系別性別姓名學號房產科學位學分系別姓名學號學籍科學位出身年齡系別性別姓名學號人事科16文件系統(tǒng)階段補貼系別姓名學號勞資科住址系別性別姓名學號房17文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)查詢困難記錄之間無聯(lián)系應用自己編程實現(xiàn)對每個查詢都重新編碼數(shù)據(jù)完整性難于保證17文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)查詢困難18數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關系復雜，共享性要求強（多種應用、不同語言共享數(shù)據(jù)）外存有了大容量磁盤，光盤軟件價格上升，硬件價格下降，編制和維護軟件及應用程序成本相對增加，其中維護的成本更高，力求降低18數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景19數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向全組織，面向現(xiàn)實世界獨立性較強由DBMS統(tǒng)一存取，維護數(shù)據(jù)語義及結構19數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點20數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫觀點數(shù)據(jù)不是依賴于處理過程的附屬品，而是現(xiàn)實世界中獨立存在的對象數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序2程序1程序n20數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫觀點數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序221示例

S(SNO,SNAME,STATUS,CITY) P(PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT,CITY) J(JNO,JNAME,CITY) SPJ(SNO,PNO,JNO,QTY) S表示供應商，它的各屬性依次為供應商號，供應商名，供應商狀態(tài)值，供應商所在城市； P表示零件，它的各屬性依次為零件號，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，工程名，工程所在城市； SPJ表示供貨關系，它的各屬性依次為供應商號，零件號，工程號，供貨數(shù)量。供應商項目零件供應21示例 S(SNO,SNAME,STATUS,CIT22示例查詢“北京的所有工程”“供應紅色零件給北京的工程的供應商”維護“不允許供應不存在的零件”22示例查詢23示例——基于文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)如何來組織？分別組織幾個文件，存儲各類對象的記錄系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應用程序負責查詢表達及數(shù)據(jù)的維護23示例——基于文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)如何來組織？24示例——基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（關系）數(shù)據(jù)統(tǒng)一按表結構存放，設為S，P，J，SPJ查詢：只需提查詢要求，由系統(tǒng)完成查詢過程

SELECTSNO FROMP,J,SPJ WHERESPJ.JNO=J.JNO ANDSPJ.PNO=P.PNO ANDJ.CITY=“BEIJING” ANDP.COLOR=“RED”

維護：應用提出完整性約束，系統(tǒng)自動檢查

CREATETABLESPJ(……, FOREIGNKEY(PNO)REFERENCESP(PNO),……)24示例——基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（關系）25數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點記錄之間無聯(lián)系難于維護數(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)結構化效率兩面觀運行效率開發(fā)效率25數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點26數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理應用應用文件系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)管理應用數(shù)據(jù)管理26數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理應用應用文件系27軟件發(fā)展趨勢機器語言405060708090高級語言操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡軟件開發(fā)工具軟件芯片軟件的發(fā)展史27軟件發(fā)展趨勢機器語言40高級語言操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡軟件28軟件發(fā)展趨勢軟件開發(fā)正由編碼向集成轉變編碼集成19701990201028軟件發(fā)展趨勢軟件開發(fā)正由編碼向集成轉變編碼集成197029軟件發(fā)展趨勢機器與匯編語言 1950編譯語言 1960子程序數(shù)據(jù)庫服務 1985特定域對象庫 1990預定義的結構及解決方案商用對象庫 2000域標準，組件子程序服務29軟件發(fā)展趨勢機器與匯編語言 1950子程序服務30軟件發(fā)展趨勢軟件演變?yōu)榉誂SP（應用服務供應商）一般指通過網(wǎng)絡給企業(yè)提供租賃式應用軟件的服務，通過這些應用軟件，企業(yè)只需支付少量成本就可進行數(shù)字化管理，并獲得ASP專業(yè)人士的外部支援ASP是給企業(yè)提供“網(wǎng)上外腦”的服務，在Internet上或者其他網(wǎng)絡上出租核心企業(yè)應用程序的訪問從軟件到服務軟件是應用對象知識的融合，它包含了應用軟件企業(yè)的經(jīng)營理念和多年來所積淀的文化企業(yè)管理模式的改變將導致軟件的變化，軟件應是一個具有生命和持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)30軟件發(fā)展趨勢軟件演變?yōu)榉盏谝徽聰?shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介32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)的構成數(shù)據(jù)庫新方向2提綱回溯——數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段33數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段考察要點各階段的技術及應用背景計算機應用范圍外存儲設備數(shù)據(jù)管理軟件各個階段的差別體現(xiàn)誰管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)面向誰數(shù)據(jù)與應用的獨立性3數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段考察要點34數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)結構

邏輯結構數(shù)據(jù)之間存在的邏輯關系表、樹、圖、數(shù)組…物理結構數(shù)據(jù)在計算機內的存儲方式順序方式、鏈接方式…課程號課程名學分先修課1001數(shù)據(jù)結構410031002數(shù)據(jù)庫310011003PASCAL44數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)結構課程號課程名學分先修課100135數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)獨立性當數(shù)據(jù)的結構發(fā)生變化時，通過系統(tǒng)提供的映象（轉換）功能，使應用程序不必改變數(shù)據(jù)的物理獨立性當數(shù)據(jù)的存儲結構改變時，應用程序不必改變數(shù)據(jù)的邏輯獨立性當數(shù)據(jù)的邏輯結構改變時，應用程序不必改變5數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)獨立性36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?！?數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)語義莊子與惠子游于濠梁之上，莊子曰：37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)展趨勢數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點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）38人工管理階段背景計算機主要用于科學計算數(shù)據(jù)量小、結構簡單，如高階方程、曲線擬和等外存為順序存取設備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設備沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結果，再讓下一用戶上機操作8人工管理階段背景39人工管理階段特點用戶完全負責數(shù)據(jù)管理工作數(shù)據(jù)的組織、存儲結構、存取方法、輸入輸出等數(shù)據(jù)完全面向特定的應用程序每個用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走數(shù)據(jù)與程序沒有獨立性程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲結構的改變而改變磁帶的特點優(yōu)點：廉價地存放大容量數(shù)據(jù)缺點：順序訪問；1%所需，100%訪問9人工管理階段特點40人工管理階段訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程序n10人工管理階段訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程41文件系統(tǒng)階段背景計算機不但用于科學計算，還用于管理外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備直接存取設備（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)文件存儲空間的管理目錄管理文件讀寫管理文件保護向用戶提供操作接口11文件系統(tǒng)階段背景42文件系統(tǒng)階段特點系統(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)仍是面向應用的一個數(shù)據(jù)文件對應一個或幾個用戶程序數(shù)據(jù)與程序有一定的獨立性文件的邏輯結構與存儲結構由系統(tǒng)進行轉換，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上12文件系統(tǒng)階段特點43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n13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n44文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨立性差文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒有從根本上改變數(shù)據(jù)與程序緊密結合的狀況，數(shù)據(jù)的邏輯結構改變則必須修改應用程序文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對物理設備存取的負擔，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負責存儲數(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用，只有全權管理它的程序知道。一個應用若想共享另一個應用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個應用溝通，了解數(shù)據(jù)的語義與組織方式14文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨立性差45文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)面向應用即使不同應用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時，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)的修改與維護帶來了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性15文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大46文件系統(tǒng)階段補貼系別姓名學號勞資科住址系別性別姓名學號房產科學位學分系別姓名學號學籍科學位出身年齡系別性別姓名學號人事科16文件系統(tǒng)階段補貼系別姓名學號勞資科住址系別性別姓名學號房47文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)查詢困難記錄之間無聯(lián)系應用自己編程實現(xiàn)對每個查詢都重新編碼數(shù)據(jù)完整性難于保證17文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)查詢困難48數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關系復雜，共享性要求強（多種應用、不同語言共享數(shù)據(jù)）外存有了大容量磁盤，光盤軟件價格上升，硬件價格下降，編制和維護軟件及應用程序成本相對增加，其中維護的成本更高，力求降低18數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景49數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向全組織，面向現(xiàn)實世界獨立性較強由DBMS統(tǒng)一存取，維護數(shù)據(jù)語義及結構19數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點50數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫觀點數(shù)據(jù)不是依賴于處理過程的附屬品，而是現(xiàn)實世界中獨立存在的對象數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序2程序1程序n20數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫觀點數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序251示例

S(SNO,SNAME,STATUS,CITY) P(PNO,PNAME,COLOR,WEIGHT,CITY) J(JNO,JNAME,CITY) SPJ(SNO,PNO,JNO,QTY) S表示供應商，它的各屬性依次為供應商號，供應商名，供應商狀態(tài)值，供應商所在城市； P表示零件，它的各屬性依次為零件號，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，工程名，工程所在城市； SPJ表示供貨關系，它的各屬性依次為供應商號，零件號，工程號，供貨數(shù)量。供應商項目零件供應21示例 S(SNO,SNAME,STATUS,CIT52示例查詢“北京的所有工程”“供應紅色零件給北京的工程的供應商”維護“不允許供應不存在的零件”22示例查詢53示例——基于文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)如何來組織？分別組織幾個文件，存儲各類對象的記錄系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應用程序負責查詢表達及數(shù)據(jù)的維護23示例——基于文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)如何來組織？54示例——基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（關系）數(shù)據(jù)統(tǒng)一按表結構存放，設為S，P，J，SPJ查詢：只需提查詢要求，由系統(tǒng)完成查詢過程

SELECTSNO FROMP,J,SPJ WHERESPJ.JNO=J.JNO ANDSPJ.PNO=P.PNO ANDJ.CITY=“BEIJING” ANDP.COLOR=“RED”

維護：應用提出完整性約束，系統(tǒng)自動檢查

CREATETABLESPJ(……, FOREIGNKEY(PNO)