數(shù)據(jù)庫PPT第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論第1章主要內(nèi)容理解數(shù)據(jù)庫基本概念01了解數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展02了解數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)03

1、信息信息（Information）就是對各種事物的存在方式、運動狀態(tài)和相互聯(lián)系特征的一種表達和陳述，是自然界、人類社會和人類思維活動普遍存在的一切物質(zhì)和事物的屬性，它存在于人們的周圍?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念

2、信號信號（Signal）是信息的物理載體，如電信號、光信號、磁信號等。信息需要以某種信號的形式體現(xiàn)出來。信號可能攜帶某些信息。

3、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是信號的符號化表示。如身高數(shù)據(jù)、薪酬數(shù)據(jù)、道路暢通指數(shù)數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等等。數(shù)據(jù)（Data）是用來記錄信息的可識別的符號，是信息的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)用型和值來表示，數(shù)據(jù)的型是指數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲在媒體上的具體形式；數(shù)據(jù)的值是指所描述的客觀事物的具體特性。

如一個人的身高可以表示為“1.80”或“1米8”，其中“1.80”和“1米8”是值，但這兩個值的型是不一樣的，一個用實數(shù)來描述，而另一個用字符串來描述。

數(shù)據(jù)+語義才得到信息數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)字、文字形式，而且還包括圖形、圖像、聲音、動畫等多媒體數(shù)據(jù)?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)（BigDate）的4個V特征：Volume、Velocity、Variety、Veracity數(shù)據(jù)體量大。指大型數(shù)據(jù)集，從TB級越到PB級數(shù)據(jù)處理速度快。在數(shù)據(jù)量非常龐大的情況下，要做到對數(shù)據(jù)的實時處理數(shù)據(jù)多樣性。數(shù)據(jù)類型多，既包括傳統(tǒng)格式數(shù)據(jù)，也包括來自互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、圖片、地理位置信息等。數(shù)據(jù)的真實性。追求有價值的數(shù)據(jù)。§1.1數(shù)據(jù)庫基本概念：大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理也稱信息處理，是指將信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)的采集、組織、整理、存儲、加工、維護、查詢和傳播等一系列活動。數(shù)據(jù)處理的目的是從大量的數(shù)據(jù)中，根據(jù)數(shù)據(jù)自身的規(guī)律和它們之間固有的聯(lián)系，通過分析、歸納、推理等科學(xué)手段，提取出有效的信息資源?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理的工作分為以下3個方面。數(shù)據(jù)管理。主要任務(wù)是收集信息，將信息用數(shù)據(jù)表示并按類別組織保存。數(shù)據(jù)傳播。通過數(shù)據(jù)傳播，信息在空間或時間上以各種形式傳遞。數(shù)據(jù)加工。主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)進行變換、抽取和運算。數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）是按照一定結(jié)構(gòu)組織并長期存儲在計算機內(nèi)的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。其特點：持久性：保證數(shù)據(jù)能大量地、長期地存儲結(jié)構(gòu)化：按照一定的結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)模型）來組織數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)間有聯(lián)系有語義可共享：方便為不同的應(yīng)用服務(wù)

它將數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性、可被各類用戶共享等特點?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）是組織管理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，位于用戶與操作系統(tǒng)（OS）之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它為用戶或應(yīng)用程序提供訪問數(shù)據(jù)庫的方法，包括數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般由計算機軟件公司提供，目前比較流行的DBMS有Oracle、MySQL、SQLServer、PostgreSQL、MongoDB、Access等?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL排名：來自/en/ranking數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能：數(shù)據(jù)定義功能：DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage，DDL），用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進行定義。數(shù)據(jù)操縱功能：DBMS還提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML），用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，如查詢、插入、刪除和修改等。數(shù)據(jù)庫的運行管理：數(shù)據(jù)庫在創(chuàng)建、運用和維護時由DBMS統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和維護功能：數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和維護功能包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。這些功能通常是由一些實用程序完成。§1.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（DataBaseApplicationSystem）凡使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理其數(shù)據(jù)的系統(tǒng)都稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，它可以用于事務(wù)管理、計算機輔助設(shè)計、人工智能等系統(tǒng)中。§1.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)教務(wù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)銷售系統(tǒng)、工資管理系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、遠程醫(yī)療系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)等等?！?.1數(shù)據(jù)庫基本概念：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)在計算機應(yīng)用系統(tǒng)中加入了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。主要包括如下組成部分：硬件平臺

：系統(tǒng)搭建所需的物理設(shè)備，包括計算機設(shè)備、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等；軟件平臺：運行在硬件平臺上的系統(tǒng)軟件；數(shù)據(jù)庫：存儲在存儲設(shè)備中的所有數(shù)據(jù)的集合；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：進行數(shù)據(jù)組織、維護等管理的系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫管理員：構(gòu)建、運行、維護數(shù)據(jù)庫的維護的運行管理人員；計算機應(yīng)用系統(tǒng)：運行在數(shù)據(jù)庫上的特定應(yīng)用軟件；用戶：數(shù)據(jù)庫的使用者?！?.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀50年代前期，計算機主要用于科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理都是通過手工方式進行的。當時的計算機上沒有專門管理數(shù)據(jù)的軟件，也沒有像磁盤這樣可以隨機存取的外部存儲設(shè)備。數(shù)據(jù)由計算或處理它的程序自行攜帶，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序一一對應(yīng)。因此，這一時期計算機數(shù)據(jù)管理的特點是：數(shù)據(jù)的獨立性差，數(shù)據(jù)不能被長期保存，數(shù)據(jù)的冗余度大等。人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如下圖所示：§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展：人工管理階段20世紀50年代后期至60年代中后期，磁盤成為計算機的主要外存儲器。在軟件方面，出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)。在此階段，數(shù)據(jù)以文件的形式進行組織，并能長期保留在外存儲器上，用戶能對數(shù)據(jù)文件進行查詢、修改、插入和刪除等操作。程序與數(shù)據(jù)有了一定的獨立性，程序和數(shù)據(jù)分開存儲，然而依舊存在數(shù)據(jù)的冗余度大及數(shù)據(jù)的不一致性等缺點。文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如下圖所示：§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展：文件系統(tǒng)階段§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展：文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的主要不足：數(shù)據(jù)獨立性差：應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)文件的耦合性強，特定格式的數(shù)據(jù)文件只能有特定的程序才能操作。數(shù)據(jù)文件的冗余性高：數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)有很高的冗余度，不可避免有大量重復(fù)，造成存儲資源的浪費。數(shù)據(jù)共享性弱：難以在不同應(yīng)用程序之間傳輸和共享。數(shù)據(jù)的安全性低：數(shù)據(jù)難以實現(xiàn)按授權(quán)分別訪問的需求，在安全性方面有很大的缺陷。維護成本高：數(shù)據(jù)文件和應(yīng)用程序的強耦合性對于系統(tǒng)的維護也帶來了極大的不便。20世紀60年代后期，計算機的硬件和軟件都有了進一步的發(fā)展，信息量的爆炸式膨脹帶來了數(shù)據(jù)量的急劇增長，為了解決日益增長的數(shù)據(jù)量帶來的數(shù)據(jù)管理上的嚴重問題，數(shù)據(jù)庫技術(shù)逐漸發(fā)展和成熟起來。文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如下圖所示：

數(shù)據(jù)庫技術(shù)使數(shù)據(jù)有了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，對所有的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、集中、獨立的管理，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，保證數(shù)據(jù)的完整和安全，提高了數(shù)據(jù)管理效率。在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理方式與文件系統(tǒng)不同，它把所有應(yīng)用程序中使用的數(shù)據(jù)匯集在一起，并以記錄為單位存儲起來，便于應(yīng)用程序使用。§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點：數(shù)據(jù)獨立性強：數(shù)據(jù)管理可以獨立完成，不需要再依賴應(yīng)用程序來直接管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)冗余度低：從整體上組織和設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯模式和存儲模式，使得數(shù)據(jù)中的各個實體與屬性可以獨立存在，降低存儲的冗余度。數(shù)據(jù)一致性高：使用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的一致性。數(shù)據(jù)共享性好：數(shù)據(jù)面向所有外部調(diào)用，不再服務(wù)于某一程序，數(shù)據(jù)的共享得以實現(xiàn)。數(shù)據(jù)的安全性強：有完善的權(quán)限管理，沒有經(jīng)過授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問是不被接受的。管理效率高：把數(shù)據(jù)管理任務(wù)從應(yīng)用系統(tǒng)中分離出來，由專門人員管理，效率高。模式的概念§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的“型”和“值”：“型”主要指的是對各種數(shù)據(jù)的屬性和結(jié)構(gòu)的定義與描述。它是各種具體數(shù)據(jù)的抽象與提煉，描述出具體數(shù)據(jù)共有的特征?！爸怠眲t是具體數(shù)據(jù)實例的描述，是刻畫事物各方面屬性的定性或定量的具體值。

型：客戶（編號，姓名，性別，注冊日期，電話）

值：（'101’，‘薛為民’，‘男’，‘2012-01-09’，‘16800001111’）數(shù)據(jù)庫的模式：數(shù)據(jù)庫的所有型的集合，稱為該數(shù)據(jù)庫的模式（Schema）。模式是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和特征的描述。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫模式（數(shù)據(jù)建模）：三個世界的映射現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程如下圖所示：§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)3個抽象級別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS去處理，用戶只要抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的表示和存儲，這樣就減輕了用戶使用系統(tǒng)的負擔。三級結(jié)構(gòu)之間差別往往很大，為了實現(xiàn)這3個抽象級別的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，DBMS在三級結(jié)構(gòu)之間提供了兩級映像(Mapping)：外模式-模式映像、模式-內(nèi)模式映像。正是這兩級映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。外模式處于用戶級，也稱為用戶視圖（VIEW），它最接近用戶，是單個用戶看到并獲準使用的那部分數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)；模式又叫概念模式，是對數(shù)據(jù)庫所有用戶的數(shù)據(jù)的整體邏輯描述，是所有外模式的全體；內(nèi)模式處于物理級，又稱為存儲模式?！?.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)三級模式，兩級映射外模式處于用戶級，也稱為用戶視圖（VIEW），它最接近用戶，是單個用戶看到并獲準使用的那部分數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)；模式又叫概念模式，是對數(shù)據(jù)庫所有用戶的數(shù)據(jù)的整體邏輯描述，是所有外模式的全體；內(nèi)模式處于物理級，又稱為存儲模式。§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)三級模式，兩級映射模式實際上是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在概念級上的完整抽象，一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式?！?.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：模式模式（Schema）也稱概念模式（ConceptualSchema）或邏輯模式，是對數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境，也不涉及具體的應(yīng)用程序及所使用的應(yīng)用開發(fā)工具和高級程序設(shè)計語言。定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，例如數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)據(jù)項構(gòu)成，數(shù)據(jù)項的名稱、類型、取值范圍等，而且還要定義數(shù)據(jù)項之間的聯(lián)系，定義不同記錄之間的聯(lián)系，以及定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的完整性、安全性等要求。外模式通常是模式的子集，一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式?！?.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：外模式外模式（ExternalSchema）也稱子模式（Subschema）或用戶模式，它是對數(shù)據(jù)庫用戶（包括程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，即個別用戶涉及的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。

外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有效措施，每個用戶只能看見或訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)是不可見的?！?.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：內(nèi)模式內(nèi)模式（InternalSchema）也稱存儲模式（StorageSchema）或物理模式，一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。內(nèi)模式是對數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。例如，記錄的存儲方式是順序存儲、按照B樹結(jié)構(gòu)存儲還是按hash方法存儲；索引按照什么方式組織；數(shù)據(jù)是否壓縮存儲，是否加密；數(shù)據(jù)的存儲記錄結(jié)構(gòu)有何規(guī)定等。

內(nèi)模式的設(shè)計目標是將系統(tǒng)的模式（全局邏輯結(jié)構(gòu)）組織成最優(yōu)的物理模式，以提高數(shù)據(jù)的存取效率，改善系統(tǒng)的性能指標。模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于同一個模式可以有任意多個外模式。對于每個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式/模式映像，它定義了該外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系。這些映像定義通常包含在各自外模式的描述中。數(shù)據(jù)庫中只有一個模式，也只有一個內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映像是