數據庫應用維護 第1章

數據庫基礎及應用第1章數據庫的基本知識1.1數據庫基礎知識1.2數據庫系統(tǒng)結構1.3數據模型1.4數據庫管理系統(tǒng)1.1數據庫基礎知識信息(Information)是現(xiàn)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)在人們頭腦中的反映，是對客觀世界的認識。它具有可感知、可存儲、可加工、可傳遞和可再生等自然特性。數據(Data)是數據庫中存儲的基本對象，是描述現(xiàn)實世界中各種具體事物或抽象概念的、可存儲并具有明確意義的信息，是信息的載體，符號化了的信息。數據庫(DataBase，DB)，顧名思義就是存放數據的倉庫，是長期儲存在計算機內的、有組織的、相關聯(lián)且可共享的數據集合。1.1數據庫基礎知識數據庫的特點可被各種用戶共享

具有較高的數據獨立性和易擴展性

數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和存儲

具有較小的冗余度

1.1數據庫基礎知識1234數據定義功能：用戶可以通過DBMS提供的數據定義語言(DataDefinitionLanguage，DDL)方便地對數據庫中的數據對象進行定義。數據操縱功能：通過DBMS提供的數據操縱語言(DataManipulationLanguage，DML)實現(xiàn)對數據庫中的數據進行基本操作，如插入、刪除、修改及查詢等基本操作。

數據庫的運行管理：實現(xiàn)對數據庫安全性、完整性、一致性的保障。數據庫的建立和維護功能：實現(xiàn)數據庫的初始化、運行維護等。數據庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數據管理軟件，由一組計算機程序組成，它能幫助用戶創(chuàng)建、維護和使用數據庫，對數據庫進行有效的管理。1.1數據庫基礎知識數據庫系統(tǒng)(DataBaseSystem，DBS)是指在計算機系統(tǒng)中引入數據庫后的系統(tǒng)，一般由數據庫、數據庫管理系統(tǒng)、支持數據庫運行的硬件、應用系統(tǒng)、數據庫管理員(DataBaseAdministrator，DBA)和用戶構成。數據庫應用系統(tǒng)(DataBaseApplicationsystem)主要是指實現(xiàn)業(yè)務邏輯的應用程序，有時簡稱為應用系統(tǒng)。開發(fā)系統(tǒng)用戶應用系統(tǒng)數據庫管理員數據庫操作系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)圖1-1數據庫系統(tǒng)1.1數據庫基礎知識高級數據庫技術階段

數據庫系統(tǒng)階段

文件系統(tǒng)階段

人工管理階段

數據管理技術的發(fā)展過程

1.1數據庫基礎知識數據庫技術與模糊技術相結合，出現(xiàn)了模糊數據庫

數據庫技術與分布處理技術相結合，出現(xiàn)了分布式數據庫

數據庫技術與并行處理技術相結合，出現(xiàn)了并行數據庫

數據庫技術與人工智能相結合，出現(xiàn)了演繹數據庫、知識數據庫和主動數據庫

數據庫技術與多媒體處理技術相結合，出現(xiàn)了多媒體數據庫

數據庫呈現(xiàn)出的一些新特點

1.1數據庫基礎知識計算機系統(tǒng)(ComputerSystem)是指用于數據庫管理的計算機硬件、軟件系統(tǒng)。數據庫(DataBase，DB)是統(tǒng)一管理相關數據的集合。這些數據以一定的結構存放在磁盤中。數據庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)是在操作系統(tǒng)支持下工作的管理數據的軟件，是數據庫系統(tǒng)的核心。用戶即與數據庫系統(tǒng)打交道的人員。

圖1-5數據庫系統(tǒng)組成圖數據庫操作系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)應用開發(fā)工具應用系統(tǒng)用戶用戶用戶數據庫管理員1.2數據庫系統(tǒng)結構從數據庫最終用戶角度出發(fā)數據庫系統(tǒng)可分為單用戶結構、主從式結構、分布式結構和客戶/服務器結構等

數據庫系統(tǒng)體系結構

從數據庫管理系統(tǒng)角度出發(fā)數據庫系統(tǒng)采用三級模式結構1.2數據庫系統(tǒng)結構單用戶結構的數據庫系統(tǒng)中，整個數據庫系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、DBMS、應用程序和數據庫都安裝在一臺計算機上，由一個用戶獨占，各計算機之間沒有直接的聯(lián)系，數據庫相互獨立，不同機器中的數據不共享。此種結構容易造成數據大量冗余。DBDBDB圖1-6單用戶結構的數據庫系統(tǒng)示意圖1.2數據庫系統(tǒng)結構如圖1-7所示為主從式結構的數據庫系統(tǒng)示意圖，這種結構一般是采用大型主機和終端相結合。在這種結構的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)、應用程序、數據庫管理系統(tǒng)和數據庫等數據和資源都放在主機上，所有的數據庫處理任務由主機完成，終端只是作為一種輸入/輸出設備，用戶通過終端并發(fā)地存取主機數據，用戶界面放在各終端上。這種結構的優(yōu)點是簡單，數據的冗余現(xiàn)象大大減少，實現(xiàn)了數據的局部共享，數據的維護和管理更加方便，但對主機性能要求比較高。DB終端主機終端終端終端終端圖1-7主從式結構的數據庫系統(tǒng)示意圖1.2數據庫系統(tǒng)結構分布式結構的數據庫系統(tǒng)是由計算機網絡組織將所需的若干節(jié)點連接起來，在邏輯上使數據形成一個整體，物理上數據分散存儲在各網絡節(jié)點上，各節(jié)點數據通過網絡系統(tǒng)組織被其他節(jié)點的系統(tǒng)所共享。分布式結構的數據庫系統(tǒng)的主要特征在于它的網絡化結構。作為其組成部分的節(jié)點，都配有各自的本地數據庫。在處理數據時由本地計算機訪問本地數據庫完成局部應用；當本地數據庫沒有處理的數據時，可通過網絡處理異地數據庫中的數據。網絡DB主機DB主機DB主機1.2數據庫系統(tǒng)結構客戶機/服務器(Client/Server，C/S)結構是目前非常流行的一種結構。在這種結構中，網絡中某個(些)節(jié)點上的計算機專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為服務器。其他節(jié)點上的計算機安裝DBMS的外圍應用開發(fā)工具以及用戶的應用程序，稱為客戶機?？蛻魴C只需向服務器提出請求，不處理具體事務，服務器接受客戶機的請求，并對相應事務進行處理，把結果返回給客戶機。因此，基于客戶機/服務器的數據庫系統(tǒng)由于只須將用戶的請求和服務器處理的結果在網上進行傳輸，大大減少了網上數據的流量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負載能力。數據庫更加開放，可移植性高。同時，由于客戶機和服務器的分離，使系統(tǒng)、應用和開發(fā)工具軟件在整個系統(tǒng)中的適應性更寬。1.2數據庫系統(tǒng)結構1.2數據庫系統(tǒng)結構由于客戶機/服務器結構的數據庫系統(tǒng)需要配置和維護多個客戶機端支撐軟件，而且客戶機上的應用程序維護很不方便。因此，人們提出了一種改進的客戶機/服務器結構——瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)結構。特別是Internet網的廣泛應用，此種結構已成為目前最為流行的數據庫體系結構。1.2數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)的結構從數據庫管理系統(tǒng)角度出發(fā)來看，其體系結構一般采用三級模式結構，即數據庫系統(tǒng)是由外模式、模式和內模式組成。如圖1-12所示。1.3數據模型數據模型應滿足條件比較真實地模擬現(xiàn)實世界容易為人所理解便于在計算機上實現(xiàn)1.3數據模型數據結構、數據操作和數據的約束條件稱為數據模型三要素。數據結構用于描述現(xiàn)實系統(tǒng)中數據的靜態(tài)特性，是所研究的對象類型的集合，這些對象一般分為兩類：一類與數據類型、內容和性質有關，另一類與數據之間聯(lián)系有關。數據操作用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是指對數據庫中各種對象允許執(zhí)行的操作的集合，在數據庫中主要有存儲、檢索、插入、刪除、修改等操作。數據的約束條件是完整性規(guī)則的集合，完整性規(guī)則是給定的數據模型中數據及其聯(lián)系所具有的制約和規(guī)則，用于限定符合數據模型的數據庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證完整性的兩個約束條件，同時數據模型還應能提供定義完整性約束條件，用以反映某一應用所涉及的數據所必須遵守的特定的約束條件。1.3數據模型建立概念模型時需要用到的幾個基本概念實體(Entity)實體型(EntitySet)屬性(Attribute)域(Domain)鍵(Key)聯(lián)系(RelationShip)用橢圓表示，框內標注屬性名。并用無方向箭頭線連接屬性框與實體框用矩形框表示，并在框內標注實體名用菱形框表示，菱形框內標注聯(lián)系名，并用無方向箭頭線連接菱形框和實體框，同時，在無向線旁標注聯(lián)系的類型1.3數據模型實體屬性實體之間的聯(lián)系實體聯(lián)系數據模型(Entity-RelationshipDataModel)，簡稱E-R圖，是建立和表示概念模型的使用方法，于1976年由P.Chen提出。三要素1.3數據模型數據庫中的數據是按一定的邏輯結構存放的，這種結構是用數據模型來表示的。按數據結構的不同，常見的數據模型有層次模型、網狀模型、關系模型和關系對象模型四種。層次模型是數據庫中最早出現(xiàn)的數據模型。層次數據庫系統(tǒng)采用層次模型作為數據的組織方式。層次數據庫系統(tǒng)的典型代表就是IBM公司的IMS(InformationManagementSystem)數據庫管理系統(tǒng)。在現(xiàn)實世界中，有很多事物是按層次組織起來的。例如，一個單位的行政關系。網狀模型中結點間的聯(lián)系不受層次限制，各數據實體之間建立的往往是一種層次不清的一對一、一對多或多對多的聯(lián)系，即各數據實體之間可以任意發(fā)生聯(lián)系。1.3數據模型關系模型是以集合論中的關系(Relation)概念為基礎發(fā)展起來的數據模型。它是目前使用最為廣泛的數據模型，也是最重要的一種數據模型。關系對象模型是考慮到關系模型本身所存在的一些嚴重缺陷，而在1995年后逐漸提出的一種數據模型。它一方