計算機軟件技術基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1、計算機軟件技術基礎,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（1）,第 2 頁,4.1 概述,數(shù)據(jù)庫技術是一門用于數(shù)據(jù)處理的綜合性軟件技術。 始于60年代末，經(jīng)過30多年的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術已日臻完善，新的數(shù)據(jù)庫技術不斷提出。數(shù)據(jù)庫技術已成為計算機科學研究領域的一個重要分支和信息產(chǎn)業(yè)的基礎技術。,1. 數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展,計算機數(shù)據(jù)處理發(fā)展的三個歷史階段：,人工方法,文件系統(tǒng)方法,數(shù)據(jù)庫方法,人工方法（ 50年代中期以前）,人工方法階段數(shù)據(jù)處理全部工作由用戶負責（包括對物理數(shù)據(jù)的處理）。 問題：編程效率低、程序易出錯、程序高度依賴于數(shù)據(jù)。,第 3 頁,文件系統(tǒng)方法（ 50年代后期到60年代中期）,文件系統(tǒng)方法階段由操作系

2、統(tǒng)的文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理，用戶無需直接涉及物理設備及數(shù)據(jù)的物理組織細節(jié)。,優(yōu)點： 用戶程序與數(shù)據(jù)的物理存儲結構的分離 數(shù)據(jù)可在文件級為多用戶共享 問題： 數(shù)據(jù)共享性差 程序與數(shù)據(jù)相互依存 數(shù)據(jù)冗余大 數(shù)據(jù)不一致,當數(shù)據(jù)的規(guī)模極為龐大、數(shù)據(jù)間關系極為復雜時，文件系統(tǒng)方法的上述問題就變得尖銳起來了！,第 4 頁,職工數(shù)據(jù),工資數(shù)據(jù),教課數(shù)據(jù),第 5 頁,數(shù)據(jù)庫方法（60年代后至今）,數(shù)據(jù)庫方法是通過一個稱之為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS）的軟件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)。其目的是為了克服文件系統(tǒng)的弊病，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)的相互分離，

3、支持數(shù)據(jù)間聯(lián)系的表述與使用，有效地控制數(shù)據(jù)冗余和提供數(shù)據(jù)共享性。,數(shù)據(jù)庫方法與文件系統(tǒng)方法的區(qū)別在于: 文件系統(tǒng)是面向應用的，數(shù)據(jù)庫方法是面向系統(tǒng)的； 文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)文件通常與特定應用相互對應，而數(shù)據(jù)庫方法綜合整個應用的要求，用全局的觀點集成各種應用的數(shù)據(jù)，構成全局數(shù)據(jù)結構文件。,第 6 頁,全局數(shù)據(jù)結構一,全局數(shù)據(jù)結構二,第 7 頁,數(shù)據(jù)庫方法的特點,1. 對數(shù)據(jù)實施集中統(tǒng)一管理 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過DBMS實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，即對數(shù)據(jù)的結構、數(shù)據(jù)的特征（名、類型、長度）、數(shù)據(jù)的操作、數(shù)據(jù)的一致性、數(shù)據(jù)的安全保密性等均按統(tǒng)一標準進行控制和管理。也正因為實施這種集中統(tǒng)一管理，才能實現(xiàn)下述

4、的各優(yōu)點。,2. 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)與使用數(shù)據(jù)的程序分離的特征稱為數(shù)據(jù)獨立性。其目的是使得數(shù)據(jù)或應用程序的修改不導致對方的修改。 數(shù)據(jù)獨立性分為兩種： 邏輯數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結構發(fā)生改變時，用戶應用程序不必改變，或反之。 物理數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫的物理結構（存儲設備、存儲結構、存取方法）發(fā)生改變時，應用程序無需改變。,第 8 頁,數(shù)據(jù)庫方法的特點（續(xù)）,3. 數(shù)據(jù)共享 數(shù)據(jù)共享指數(shù)據(jù)庫中的同一數(shù)據(jù)可為多個用戶共同使用。,4. 控制冗余 冗余由同一數(shù)據(jù)的重復存儲產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫方法中的同一數(shù)據(jù)可重復出現(xiàn)在不同局部數(shù)據(jù)結構中，但物理上只存儲一次。 數(shù)據(jù)庫中并非完全消除冗余，有時為了數(shù)據(jù)的存取效率，

5、同一數(shù)據(jù)可保留多個副本。,5. 數(shù)據(jù)完整性 數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、真實性和客觀性。 例如，一個 25 歲的職員有 35 年工齡，一個人的身高為 5 米，都是數(shù)據(jù)完整性被破壞的情況。,第 9 頁,數(shù)據(jù)庫方法的特點（續(xù)）,6. 數(shù)據(jù)一致性 數(shù)據(jù)一致性是指數(shù)據(jù)庫中表示同一對象的數(shù)據(jù)無論何時何處都是一致的。例如，同一職員的年齡在數(shù)據(jù)庫中存在多個不同的值就是數(shù)據(jù)不一致的情況。 數(shù)據(jù)不一致性通常是由數(shù)據(jù)冗余或并發(fā)控制不當造成的。另外，系統(tǒng)故障或運行錯誤也可導致數(shù)據(jù)的不一致性。,7. 數(shù)據(jù)安全性 數(shù)據(jù)安全性即數(shù)據(jù)保密問題，以防止對數(shù)據(jù)的非授權訪問。DBMS可在全局數(shù)據(jù)結構、局部數(shù)據(jù)結構、記錄甚至數(shù)據(jù)項

6、級提供安全性檢查與控制。 常見的安全控制方法有身份鑒別、存取控制、數(shù)據(jù)加密、審計等。,第 10 頁,2. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成,一個典型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database system，DBS）的組成: 數(shù)據(jù)庫 軟件 硬件 用戶,數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是滿足一個或多個用戶應用需求的按一定結構存儲的相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合。它對應著存儲介質(zhì)上的一組文件。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是各個應用數(shù)據(jù)的簡單相加，而是統(tǒng)籌考慮各相關應用的信息需求，除去不必要的冗余，協(xié)調(diào)各應用間的不一致，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大程度的共享。,第 11 頁,軟件,1) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件，是支持用戶定義、存取及維護數(shù)

7、據(jù)庫中數(shù)據(jù)的管理軟件系統(tǒng)。DBMS提供應用程序與數(shù)據(jù)庫的接口，負責邏輯結構與物理結構間的轉換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性管理及并發(fā)操作控制。 2) 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是DBMS的支撐軟件，DBMS往往通過其文件管理功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲組織。 3) 應用軟件 應用軟件是開發(fā)人員利用DBMS提供的語言編寫的、在數(shù)據(jù)庫的基礎上完成部門業(yè)務處理功能的應用程序的集合。 4) 開發(fā)工具軟件 開發(fā)工具軟件因DBMS的不同而不同，亦非DBMS必備的部分。這類軟件主要用于報表自動生成、數(shù)據(jù)庫輔助設計、應用程序的自動或輔助設計等。,第 12 頁,1. 數(shù)據(jù)庫定義功能 提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)定義外模式、模式和內(nèi)模

8、式 DDLData Definition Language 2. 數(shù)據(jù)庫存取功能 提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的基本操作（檢索、插入、修改和刪除） DMLData Manipulation Language DML有兩類： 宿主型：嵌入主語言，不能獨立使用 自含型：交互式命令語言，語法簡單，可以獨立使用,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能,第 13 頁,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能（續(xù)）,3. 數(shù)據(jù)庫運行管理 DBMS一般提供數(shù)據(jù)控制功能，包括并發(fā)控制、存取控制、完整性約束條件的檢查和執(zhí)行 所有的操作都要在這些控制程序的統(tǒng)一管理下進行，保證數(shù)據(jù)庫的正確有效 4. 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能 包括數(shù)

9、據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的裝入、數(shù)據(jù)庫的轉儲、恢復、重組織、系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等功能 由DBMS的實用程序來完成,常見的DBMS產(chǎn)品：Oracle，Microsoft SQL Server（微軟），DB2（IBM）， Sybase，Access（微軟） 等。,第 14 頁,硬件,硬件主要包括CPU、內(nèi)存、外存、顯示器、打印機、鍵盤等設備。通常要求較大的存儲空間。,用戶,數(shù)據(jù)庫管理員（DBADatabase Administor）： 是建立、應用及維護數(shù)據(jù)庫的專業(yè)技術人員。具體職責是應用業(yè)務需求分析、參與數(shù)據(jù)庫設計、決定用戶使用權限、系統(tǒng)維護和管理、數(shù)據(jù)庫恢復等； 系統(tǒng)分析員：分析用戶需求，確定數(shù)據(jù)庫事務；

10、 應用程序員：應用軟件編碼、調(diào)試和維護； 終端用戶：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用者,第 15 頁,問：數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間是什么關系？,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層次結構圖,硬件,操作系統(tǒng),DBMS,開發(fā)工具軟件,應用系統(tǒng),ADBS包括DB和DBMS BDB包括DBS和DBMS CDBMS包括DBS和DB DDBS與DB和DBMS無關,第 16 頁,3. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構,絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在體系結構上都具有三級模式的特征。 模式使用語言描述來規(guī)定數(shù)據(jù)的結構、屬性等特性，能為計算機接受。語言描述嚴格、準確，可陳述許多細節(jié)。 三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別： 模式（邏輯模式） 內(nèi)模式（存儲模式） 外模式（用

11、戶模式） 為了實現(xiàn)三個抽象層次的聯(lián)系和轉換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式中提供了兩層映像： 外模式/模式映像 模式/內(nèi)模式映像 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構可以概括為：三級模式二級映像,第 17 頁,應用A,應用B,應用C,應用D,應用E,外模式1,外模式2,外模式3,模式,內(nèi)模式,數(shù)據(jù)庫,外模式/模式映象,模式/內(nèi)模式映象,第 18 頁,1) 模式 模式描述的是全局數(shù)據(jù)邏輯結構，又可稱為概念模式。 模式是所有用戶的公共視圖。 它與具體的應用程序及使用的高級程序設計語言無關。,三級模式,2) 內(nèi)模式 內(nèi)模式描述的是數(shù)據(jù)的物理存儲組織。因而又可稱為存儲模式或物理模式。 內(nèi)模式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的表示。 例

12、如：記錄是順序存儲還是按照 B 樹結構存儲還是按照hash 方法存儲，索引的組織方式是什么，數(shù)據(jù)是否壓縮、是否加 密，數(shù)據(jù)的存儲記錄結構的規(guī)定等。,第 19 頁,三級模式（續(xù)）,3) 外模式 外模式描述的是局部數(shù)據(jù)邏輯結構。它是模式的子集，因而又稱為子模式。 是用戶看到的數(shù)據(jù)視圖，即與某一應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯表示。 不同的外模式可以互相覆蓋，同一外模式可以為多個應用程 序所使用，一個應用程序只能使用一個外模式。,模式反映的是數(shù)據(jù)的全局觀 內(nèi)模式反映的是數(shù)據(jù)的存儲觀 外模式反映的是數(shù)據(jù)的用戶觀 全局觀、存儲觀只有一個，而用戶觀可能有多個。,第 20 頁,二級映像,1) 子模式/模式映像定義某一個外模式和模式之間的對應關系。當模式改變時，外模式/模式的映像要作相應的改變，以保證外模式保持不變。保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。 2) 模式/內(nèi)模式映像模式/內(nèi)模式的映像：定義數(shù)據(jù)邏輯結構和存儲結構之間的對應關系，同樣，當數(shù)據(jù)庫的存儲結構改變時，模式/內(nèi)模式的映像也必須作相應的修改，使得模式保持不變。保證了數(shù)