第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1、.,第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用胡孔法 編著機工工業(yè)出版社32元,.,本章主要內(nèi)容,本章先回顧數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程，然后介紹數(shù)據(jù)庫中的基本概念，以使讀者對數(shù)據(jù)庫的概貌有所了解。 （1）數(shù)據(jù)庫技術(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)階段等階段。 （2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念 DB、DBMS和DBS的定義 （3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,.,1.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展,1963年，美國Honeywell公司的IDS（Integrated Data Store）系統(tǒng)投入運行，揭開了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的序幕。 20世紀70年代是數(shù)據(jù)庫蓬勃發(fā)展的年代，網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占據(jù)了整個數(shù)據(jù)庫商用

2、市場，而關(guān)系系統(tǒng)僅處于實驗階段。 20世紀80年代，關(guān)系系統(tǒng)由于使用簡便以及硬件性能的改善，逐步代替網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占領(lǐng)了市場。 20世紀90年代，關(guān)系數(shù)據(jù)庫已成為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主流。 進入21世紀以后，無論是市場的需求還是技術(shù)條件的成熟，對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣和普及已成定局。,.,1.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理技術(shù),1）數(shù)據(jù) (1)數(shù)據(jù)的含義： 是載荷信息的媒體 對現(xiàn)實世界中客觀事物的符號表示 可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)，如聲音、圖像等 計算機中數(shù)據(jù) 能輸入計算機，并能為其處理的符號序列 (2)數(shù)據(jù)與信息區(qū)別與聯(lián)系 信息與數(shù)據(jù)之間存在著固有的聯(lián)系：數(shù)據(jù)是信息的符號表示或稱為

3、載體；信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)語義的解釋。,.,2）數(shù)據(jù)管理技術(shù),數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、存儲、維護、檢索、傳送等操作，這部分操作是數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的基本環(huán)節(jié)，而且是任何數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)中必不可少的共有部分。 數(shù)據(jù)處理是指從某些已知的數(shù)據(jù)出發(fā)，推導(dǎo)加工出一些新的數(shù)據(jù)，這些新的數(shù)據(jù)又表示了新的信息。 數(shù)據(jù)處理是與數(shù)據(jù)管理相聯(lián)系的，數(shù)據(jù)管理技術(shù)的優(yōu)劣，將直接影響數(shù)據(jù)處理的效率。,.,3)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，與計算機硬件、系統(tǒng)軟件及計算機應(yīng)用的范圍有著密切的聯(lián)系。 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫階段等階段。,.,(1) 人工管理階段,20世紀50年代中

4、期以前，計算機主要用于科學(xué)計算，數(shù)據(jù)管理處于人工管理階段，數(shù)據(jù)處理的方式基本上是批處理。 背景 計算機主要用于科學(xué)計算 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(jié)果，再讓下一用戶上機操作。,.,(1) 人工管理階段（續(xù)）,特點： 沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進行管理，由應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)面向應(yīng)用程序。即一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不能共享。 應(yīng)用程序完全依賴于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)與程序沒有獨立性。 數(shù)據(jù)不保存在計算機內(nèi)。,

5、.,(2)文件系統(tǒng)階段,20世紀50年代后期至60年代中期，數(shù)據(jù)管理進入文件系統(tǒng)階段。這里將數(shù)據(jù)組織成若干個相互獨立的文件，用戶通過操作系統(tǒng)對文件進行打開、讀寫、關(guān)閉等操作。 背景 計算機不但用于科學(xué)計算，還用于信息管理 外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備 有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，即文件系統(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,.,(2)文件系統(tǒng)階段（續(xù)）,特點： 數(shù)據(jù)以“文件”形式可長期保存在外部存儲器的磁盤上。 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)有了區(qū)別，但比較簡單。 文件組織已多樣化。有索引文件、鏈接文件和直接存取文件等。 數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以重復(fù)使

6、用，即數(shù)據(jù)面向應(yīng)用。 對數(shù)據(jù)的操作以記錄為單位。 隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)量急劇增加，文件系統(tǒng)顯露出三個缺陷： 數(shù)據(jù)冗余（redundancy） 數(shù)據(jù)不一致（inconsistency） 數(shù)據(jù)聯(lián)系弱（poor data relationship）,.,(3)數(shù)據(jù)庫階段,背景 計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強 外存有了大容量磁盤，光盤 軟件價格上升，硬件價格下降 數(shù)據(jù)管理技術(shù)進入數(shù)據(jù)庫階段的標志是20世紀60年代末的三件大事： 1968年美國IBM公司推出層次模型的IMS系統(tǒng) 。 1969年美國CODASYL組織發(fā)布了DBTG報告，總結(jié)了當(dāng)時各式各樣的數(shù)據(jù)庫，提出網(wǎng)狀模型。 19

7、70年美國IBM公司的E.F.Codd 連續(xù)發(fā)表論文，提出關(guān)系模型，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。,.,(3)數(shù)據(jù)庫階段（續(xù)）,特點： 采用數(shù)據(jù)模型表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 有較高的數(shù)據(jù)獨立性。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供以下四方面的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制，數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)安全性。 增加了系統(tǒng)的靈活性 。,.,1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個發(fā)展階段,1）第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 20世紀70年代，以層次型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。它們基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理中的“集中控制與數(shù)據(jù)共享”這一目標 2） 第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 20世紀80年代出現(xiàn)了以關(guān)

8、系型數(shù)據(jù)庫為代表的第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 如Oracle、Sybase、Informix、Ingres等關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已廣泛用于大型信息管理系統(tǒng)。,.,1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個發(fā)展階段,3）第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 20世紀80年代末，90年代初，新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和開發(fā)已成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點。 如：多媒體數(shù)據(jù)庫、時態(tài)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫、移動數(shù)據(jù)庫、XML數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。,.,幾個典型的高級數(shù)據(jù)庫技術(shù),分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)物理上分布在各個場地，但邏輯上是一個整體。 每個場地既可以執(zhí)行局部應(yīng)用（訪問本地DB），也可以執(zhí)

9、行全局應(yīng)用（訪問異地DB）。 各地的計算機由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系。本地計算機單獨不能勝任的處理任務(wù)，可以通過通信網(wǎng)絡(luò)取得其它DB和計算機的支持。 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng) 對象數(shù)據(jù)模型能完整地描述現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能表達數(shù)據(jù)間嵌套、遞歸的聯(lián)系。 具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)的封裝性和繼承性的特點，提高了軟件的可重用性。 并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)倉庫 XML數(shù)據(jù)管理技術(shù),.,1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念,1）數(shù)據(jù)庫（Database，簡記為DB） 是長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。 DB能為各種用戶共享，具有較小冗余度、數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密而又有較高的數(shù)據(jù)獨立性等特點。 2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Databas

10、e System，簡記為DBS） DBS是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、方便多用戶訪問的計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng)。 它是采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如下圖：,.,圖11數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),.,3） 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) （Database Management System，簡記為DBMS） DBMS是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DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。 DBMS總是基于某種數(shù)據(jù)模型，可以分為層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型和面向?qū)ο笮偷取?.,DBMS的基本功能,現(xiàn)代DBMS一般必須具備以下基本功能： 提供高級的用戶接口 查詢處理和優(yōu)化 數(shù)據(jù)目錄管理 并發(fā)控制 恢復(fù)功能 完整性約束功能 訪問控制,.,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中化控制 2）數(shù)據(jù)的冗余度小，易擴充 3）采用一定的數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 4）避免了數(shù)據(jù)的不一致性 5）實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享 6）提供數(shù)據(jù)庫保護 7）數(shù)據(jù)獨立性 數(shù)據(jù)邏輯獨立性、數(shù)據(jù)物理獨立性 8）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制