管理信息系統(tǒng)課件

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

1

⒈１引言⒈

⒈

１信息與數(shù)據(jù)⒈信息⑴信息的定義信息是指數(shù)據(jù)經(jīng)過加工后所獲取的有用知識，是以某種數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)的．⑵信息的特征１）信息源于物質(zhì)和能量．２）信息是可以感知的．３）信息是可存儲、加工、傳遞和再生的．2

⒉數(shù)據(jù)⑴數(shù)據(jù)的定義數(shù)據(jù)是用來記錄信息的可識別的符號．⑵數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式的多樣的，主要有數(shù)字、文字、聲音圖形和圖象等形式．⒊數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系⑴數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，信息是數(shù)據(jù)的有意義的表現(xiàn)．⑵并非所有數(shù)據(jù)都表示信息，同一信息可以有不同的符號來表示，同一數(shù)據(jù)也可以有不同的解釋．3

⒈⒈２數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括（對數(shù)據(jù)的收集、存儲、加工、檢索、傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)）目的是從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取和推導(dǎo)出有價(jià)值的信息．簡單的用下式表示信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理信息＝數(shù)據(jù)＋數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)處理原料對原材料加工產(chǎn)品4

⒈２數(shù)據(jù)管理技術(shù)的演變⒈⒉１人工管理階段（２０世紀(jì)５０年代中期）⒈特點(diǎn)：⑴主要用于科學(xué)計(jì)算，對于數(shù)據(jù)保存的需求尚不迫切．⑵計(jì)算機(jī)不保存數(shù)據(jù)，也沒有專用的數(shù)據(jù)管理軟件．⑶只有程序的概念，沒有文件的概念，一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)程序．⒉缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)存在著大量的重復(fù)存儲現(xiàn)象．5

圖⒈１人工管理階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系應(yīng)用程序１應(yīng)用程序２．．應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集１數(shù)據(jù)集n．．?dāng)?shù)據(jù)集２6

⒈⒉２文件系統(tǒng)階段（２０世紀(jì)５０年代后期至６０年代中期）⒈背景⑴硬件方面出現(xiàn)了可以直接存取的外部存儲設(shè)備．⑵軟件方面有了操作系統(tǒng)中專門管理數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)．⒉特點(diǎn)⑴數(shù)據(jù)的管理是以獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件形式存放，并可按記錄存?。?

⑵在文件系統(tǒng)階段一個(gè)應(yīng)用程序可以處理多個(gè)數(shù)據(jù)文件，文件系統(tǒng)在程序和數(shù)據(jù)之間起到連接作用，使程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨(dú)立性．⒊缺點(diǎn)各個(gè)文件之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，數(shù)據(jù)與程序之間缺乏獨(dú)立性，不能有效的共享相同的數(shù)據(jù)，從而造成了數(shù)據(jù)的冗余和不一致，給數(shù)據(jù)修改和維護(hù)帶來了困難．8

圖⒈２文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系

應(yīng)用程序１應(yīng)用程序２應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集１數(shù)據(jù)集３數(shù)據(jù)集２文件系統(tǒng)....9

⒈⒉３數(shù)據(jù)庫階段⒈背景⑴計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，磁盤技術(shù)取得了重要進(jìn)展，數(shù)據(jù)管理中的數(shù)據(jù)量急劇增長，對數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)管理就提出了更高的要求．⑵２０世紀(jì)６０年代末的幾件大事：①１９６９年ＩＢＭ公司研制、開發(fā)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)商品化軟件ＩＭＳ（ＩＭＳ的數(shù)據(jù)模型是層次結(jié)構(gòu)的）10

②美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組ＤＢＴＧ對數(shù)據(jù)庫方法進(jìn)行了系統(tǒng)的討論、研究，提出若干報(bào)告，最終形成ＯＢＴＧ報(bào)告．ＯＢＴＧ報(bào)告確定并且建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的許多方向、方法和技術(shù)．③１９７０年ＩＢＭ公司ＳanJose研究實(shí)驗(yàn)室的研究員Ｅ.Ｆ.Ｃodd發(fā)表了著名的“大型共享的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型”的論文，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)．11

圖⒈3應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系應(yīng)用程序１應(yīng)用程序２應(yīng)用程序n．．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫12

⒈⒉４高級數(shù)據(jù)庫階段２０世紀(jì)７０年代開始數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的主要表現(xiàn)：⑴數(shù)據(jù)庫方法：ＯＢＴＧ方法和思想應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，出現(xiàn)了許多商品化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，大都是基于網(wǎng)狀模型和層次模型．⑵商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行：使數(shù)據(jù)庫技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用到各方面，深入到生產(chǎn)，生活的各個(gè)領(lǐng)域．⑶關(guān)系方法的理論研究和軟件系統(tǒng)的研制取得了很大成果．13

⒈分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在集中式數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，數(shù)據(jù)庫技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物．分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：⑴數(shù)據(jù)是分布的．⑵數(shù)據(jù)是邏輯相關(guān)的．⑶結(jié)點(diǎn)具有自治性14

⒉面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)是將面向?qū)ο蟮哪Ｐ?、方法和機(jī)制，與先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)有機(jī)的結(jié)合而形成的新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)．基本設(shè)計(jì)思想：⑴把面向?qū)ο笳Z言向數(shù)據(jù)庫方向擴(kuò)展，使應(yīng)用程序能夠存取并處理對象；⑵擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使其具有面向?qū)ο蟮奶卣?，提供一種綜合的語義數(shù)據(jù)建模概念集，以便對復(fù)雜應(yīng)用中的實(shí)體和聯(lián)系建模．15

⒊多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物．其主要特征是：⑴數(shù)據(jù)量大．⑵結(jié)構(gòu)復(fù)雜．⑶時(shí)序性．⑷數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性．從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，多媒體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)具有如下基本特點(diǎn)：⑴能夠有效的表示多媒體數(shù)據(jù)，對不同媒體類型的數(shù)據(jù)，采用不同的表示方法．16

⑵能夠處理各種媒體的數(shù)據(jù)，正確識別和表現(xiàn)各種媒體數(shù)據(jù)的特征，各種媒體間的時(shí)間和空間的聯(lián)系．⑶能夠像對其他格式化數(shù)據(jù)一樣對多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行操作．⑷具有開放功能，提供多媒體數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序接口．17

⒋數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫能夠提供對企業(yè)數(shù)據(jù)的方便訪問和具有強(qiáng)大分析能力的工具，從企業(yè)數(shù)據(jù)中獲得有價(jià)值的信息，發(fā)掘企業(yè)的競爭優(yōu)勢，提高企業(yè)的運(yùn)營效率和指導(dǎo)企業(yè)決策．?dāng)?shù)據(jù)倉庫作為決策支持系統(tǒng)的有效解決方案，有３個(gè)方面：數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)18

⒈３數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)⒈⒊１數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成⒈數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有組織的可共享的數(shù)據(jù)集合．有下面幾個(gè)特點(diǎn)：⑴數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)不在像文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)那樣從屬于特定的應(yīng)用，而是面向全局的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)區(qū)別文件系統(tǒng)的根本特征．191.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem）通常由數(shù)據(jù)庫、硬件、軟件、用戶四部分組成。用戶軟件硬件數(shù)據(jù)庫20

⑵共享數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)可供多個(gè)用戶、多個(gè)語言和多個(gè)應(yīng)用程序共享，這是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本特征．?dāng)?shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)冗余和不一致性，提高了數(shù)據(jù)的利用率和工作效率．⑶數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性：用戶的應(yīng)用程序和存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的．邏輯獨(dú)立性：用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的．這樣減少了應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫維護(hù)的工作量．21

⒉硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件，包括中央處理器、內(nèi)存、外存、輸入輸出設(shè)備等．在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中特別要關(guān)注內(nèi)存、外存、Ｉ／Ｏ存取設(shè)備、可支持的結(jié)點(diǎn)數(shù)和性能穩(wěn)定性指標(biāo)，現(xiàn)在還要考慮支持聯(lián)網(wǎng)能力和必要的后備存儲器等因素．此外，還要求系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速度．22

⒊軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)（ＯＳ）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ＤＢＭＳ）、各種宿主語言和應(yīng)用開發(fā)支撐軟件．ＤＢＭＳ是在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的．在操作系統(tǒng)的支持下工作，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件．為了開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，需要各種宿主語言，這些語言大部分屬于第三代語言（３ＧＬ）范疇．有些是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，應(yīng)用開發(fā)支撐軟件是為了應(yīng)用開發(fā)人員提高效率的多功能的交互式程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，一般屬于第四代語言（４ＧＬ）范疇.23

⒋用戶用戶主要有普通用戶、應(yīng)用程序員和數(shù)據(jù)庫管理員⑴普通用戶是指應(yīng)用程序的最終用戶，也稱終端用戶．他們通過應(yīng)用程序的擁護(hù)接口使用數(shù)據(jù)庫，一般都是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的使用．⑵應(yīng)用程序員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和調(diào)試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用程序．⑶數(shù)據(jù)庫管理員（ＤＢＡ）24

ＤＢＡ全面負(fù)責(zé)管理、控制和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫能被任何有使用權(quán)限的人有效使用．ＤＢＡ主要有以下職責(zé)：⑴參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程，決定整個(gè)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和信息內(nèi)容．⑵幫助終端用戶使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)⑶定義數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性，負(fù)責(zé)分配用戶對數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)和口令管理等，制訂數(shù)據(jù)庫訪問策略．⑷監(jiān)督控制數(shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行，改進(jìn)和重新構(gòu)造數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)．25

⒈⒊２數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)模式外模式外模式外模式數(shù)據(jù)庫用戶視圖用戶模式外模式／模式映像模式／內(nèi)模式映像26

⒈模式模式是數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是所用概念的定義．⒉外模式外模式是指用戶所看到和使用的數(shù)據(jù)庫．⒊內(nèi)模式內(nèi)模式是對內(nèi)層數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述．⒋兩級映像⑴外模式／模式映像⑵模式／內(nèi)模式映像27

⒌兩級數(shù)據(jù)的獨(dú)立性數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立，不受影響．⑴物理獨(dú)立性：如果數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式要修改，即數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)有所變化，那么只要對模式／內(nèi)模式映像做相應(yīng)的修改，從而使概念模式盡可能地保持不變．⑵邏輯獨(dú)立性：如果數(shù)據(jù)庫的概念模式要進(jìn)行修改，那么只要對外模式／模式映像做相應(yīng)的修改，從而使外模式盡可能地保持不變．28

⒈４數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ＤＢＭＳ是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的一組大型軟件系統(tǒng)，它是數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)的核心組成部分．１.４.１ＤＢＭＳ的主要功能⒈數(shù)據(jù)庫定義功能ＤＢＭＳ提供數(shù)據(jù)定義語言ＤＤＬ來定義數(shù)據(jù)庫的三級模式和兩級映像，定義數(shù)據(jù)完整性和保密限制等約束．29相互有關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)的集合DBDBMS管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件DBA完成某一功能的應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBAP1DBAP2DBAPnComputerSystem數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)30

⒉數(shù)據(jù)庫的操縱功能ＤＢＭＳ提供數(shù)據(jù)操縱語言ＤＭＬ來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，ＤＭＬ分為兩種：⑴嵌入到宿主語言中，如嵌入在Ｃ、Java、Delphi、PowerBuilder等高級語言中，稱為宿主型ＤＭＬ⑵可以獨(dú)立交互使用的ＤＭＬ，稱為自主型或自含型ＤＭＬ，常用的有Transact-SQL，SQLPlus等．31

⒊數(shù)據(jù)庫保護(hù)功能ＤＢＭＳ對數(shù)據(jù)庫的保護(hù)主要包括四個(gè)方面：⑴數(shù)據(jù)安全性控制：數(shù)據(jù)安全性控制的作用是防止未被授權(quán)的用戶破壞或存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)．⑵數(shù)據(jù)完整性控制完整性控制的目的是保證進(jìn)入數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的語義的正確性和有效性，防止操作對數(shù)據(jù)的修改會違反其語義．32

⑶并發(fā)控制ＤＢＭＳ一般允許多個(gè)用戶并發(fā)地訪問數(shù)據(jù)庫，即數(shù)據(jù)共享．但是多個(gè)用戶同時(shí)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問可能會破壞數(shù)據(jù)的正確性，因此ＤＢＭＳ中必須有并發(fā)控制的機(jī)制，解決多用戶下的并發(fā)沖突．⑷恢復(fù)功能數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行中可能會出現(xiàn)各種故障，ＤＢＭＳ必須把處于故障中的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到以前的某個(gè)正確狀態(tài)，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的一致性．33

⒋數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能ＤＢＭＳ提供一系列的實(shí)用程序來完成包括數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)的裝入、轉(zhuǎn)化功能，數(shù)據(jù)庫的存儲、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重新組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等．⒌數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的描述，不僅存放著對實(shí)際數(shù)據(jù)庫三級模式的定義，而且還存放數(shù)據(jù)庫運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)信息．?dāng)?shù)據(jù)字典是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一部分，但用戶通常不能直接訪問它，只有ＤＢＭＳ才能對它進(jìn)行訪問．34

⒈⒋２ＤＢＭＳ的組成DBMS是許多程序所組成的一個(gè)大型軟件系統(tǒng)，每個(gè)程序都有自己的功能，共同完成ＤＢＭＳ的一個(gè)或多個(gè)工作．一個(gè)完整的ＤＢＭＳ通常由以下幾部分組成：⒈語言編譯處理程序語言編譯程序包括以下兩個(gè)程序：⑴數(shù)據(jù)定義語言（ＤＤＬ）編譯程序把用ＤＤＬ編寫的各級源模式編譯成各級目標(biāo)模式．這些目標(biāo)模式是對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)信息的描述，他們被保存在數(shù)據(jù)字典中，供數(shù)據(jù)操縱控制時(shí)使用．35

⑵數(shù)據(jù)操縱語言（ＳＭＬ）編譯程序它將應(yīng)用程序中的ＤＭＬ語句轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的檢索、插入、修改等基本操作．⒉系統(tǒng)運(yùn)行控制程序系統(tǒng)運(yùn)行控制程序主要包括以下幾個(gè)部分．⑴系統(tǒng)總控制程序系統(tǒng)總控制程序是ＤＢＭＳ運(yùn)行程序的核心．⑵安全性控制程序防止未被授權(quán)的用戶存取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)．36

⑶完整性控制程序檢查完整性約束條件，確保進(jìn)入數(shù)