2009-7-28 Information College · ChangJun 1
第 1章 数据库系统概述
1.1 信息、数据与数据处理
1.2 数据库技术的产生和发展
1.3 数据库系统的组成
1.4 数据库系统的结构
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1.1 信息、数据与数据处理
1,信息( Information)
信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合,具体说是一种被加工为特定形式的、对接收者来说是有意义的数据。
如:,2004年硕士研究生将扩招 30%”,对接受者有意义,使接受者据此作出决策信息的特征:
可传递的
可感知的
可存储的
可加工的
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1.1 信息、数据与数据处理
2,数据 ( Data)
数据是用来描述事物的符号,是信息的具体表现形式或载体。
数据的表现形式:
可用多种不同的数据形式表示同一信息,而信息不随数据形式的不同而改变。
如:,2004年硕士研究生将扩招 30%”,其中的数据可改为汉字形式,两千年,,,百分之三十,。
包括定量的数字和定性的文字,还包括特殊的图形、图象、声音等。
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1.1 信息、数据与数据处理
3,数据处理包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息,作为决策的依据。
4,数据与信息的联系
数据是信息的符号表示或载体。
信息则是数据的内涵,是对数据的语义解释。
信息 =数据 +数据处理
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1.2 数据库技术的产生和发展
数据处理的中心问题是数据管理。
数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、
检索和维护。
随着计算机硬件和软件的发展,数据管理经历了三个发展阶段:
人工管理
文件系统
数据库系统
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1.2 数据库技术的产生和发展
1,人工管理阶段( 50年代中期以前)
这一阶段计算机主要用于科学计算。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带,没有磁盘等直接存取设备。软件只有汇编语言,没有操作系统和管理数据的软件。数据处理的方式基本上是批处理。
特点如下:
数据不保存
数据不共享应用程序
有大量的冗余数据
数据不具有独立性程序与数据之间的关系如图表示:
应用程序1 数据集1
应用程序2 数据集2
应用程序n 数据集 n
...…,..…
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1.2 数据库技术的产生和发展
2,文件系统阶段( 50年代后期至 60年代中期)
这一阶段,计算机不仅用于科学计算,还大量用于信息管理。大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。硬件有了磁盘、磁鼓等直接存储设备。在软件方面,出现了高级语言和操作系统。操作系统中有了专门管理数据的软件,一般称为文件系统。处理方式有批处理,也有联机处理。(如图)
特点如下:
数据以文件形式可长期保存下来
文件系统可对数据存取进行管理
文件形式多样化
程序与数据间有一定独立性应用程序1 文件1
应用程序2 文件 2
应用程序n 文件 n
存取方法
...…,..…
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1.2 数据库技术的产生和发展
3,数据库系统阶段( 60年代末开始)
60年代后期,计算机应用于管理的规模更加庞大,数据量急剧增加;硬件方面出现了大容量磁盘,使计算机联机存取大量数据成为可能;硬件价格下降,而软件价格上升,使开发和维护系统软件的成本增加。文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用系统的的需要。为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求,出现了统一管理数据的专门软件系统,即数据库管理系统。
特点如下:
数据共享性高、冗余少
数据结构化
数据独立性高
有统一的数据控制功能
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1.2 数据库技术的产生和发展
有统一的数据控制功能
( 1)数据的安全性( security)控制:防止不合法使用数据造成数据的泄露和破坏,保证数据的安全和机密;
( 2)数据的完整性 (integrity)控制:系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。
( 3)并发( concurrency)控制:多用户同时存取或修改数据库时,防止相互干扰而提供给用户不正确的数据,
并使数据库受到破坏。
( 4)数据恢复( recovery):当数据库被破坏或数据不可靠时,系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。
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1.2 数据库技术的产生和发展
5,面向对象数据库系统( OODBS)
把面向对象程序设计方法和数据库技术相结合,用面向对象的观点来描述现实世界的实体。一系列面向对象的核心概念构成了面向对象数据模型的基础,其中主要包括对象和对象标识、属性和方法、封装和消息、类和继承。
特点如下:
扩充数据类型
支持复杂对象,OODBS中的基本结构是对象而不是记录,一个对象不仅包括描述它的数据,还包括对它操作的方法。
提供通用的规则系统
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1.3 数据库系统的组成主要包括四大部分:
数据库
数据库管理系统
数据库应用
人员应用 1
应用 2
应用 3
DBMS 学生课程成绩数据库应用元数据
DB 数据结构用户数据人员
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1.3 数据库系统的组成
1、数据库 ( DB – DataBase)
存储两类数据
用户数据
数据的结构描述信息(元数据)
定义,数据库是 长期存储 计算机内、有 组织 的、可 共享 的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述、存储,具有 较小的冗余度,较高的 数据独立性 和易 扩展性,并可为各种用户共享
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1.3 数据库系统的组成
基本功能
数据定义 (建库、定义表)
数据操作 (插入、删除、更新、查询)
数据库运行的管理 (并发控制、完整性检查、安全性检查)
数据库维护 (索引、数据字典的自动维护等)
2、数据库管理系统( DBMS – DataBase Management System)
终端用户与数据库之间的,中介人,,将用户的请求转换成机器代码。
DBMS产品,Oracle,DB2,SQL Server 等
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1.3 数据库系统的组成
3、数据库应用
为特定应用环境开发的数据库应用
用户对数据库的操作
输入 /输出格式、查询窗口、报表、菜单、应用程序、交互式单命令操作
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1.3 数据库系统的组成
4、人员人员是指使用数据库的人,即对数据库的存储、维护和检索等操作。分为三类:
终端用户( End User)
主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员。
应用程序员( Application Programmer)
负责为终端用户设计和编制应用程序,以便终端用户对数据库进行存取操作。
数据库管理员( DBA)
DBA是指全面负责数据库系统的,管理、维护和正常使用的,人员。
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1.4 数据库系统结构
从 数据库管理系统 角度看 ——
数据库系统内部的模式结构
从 数据库最终用户 角度看 ——
数据库系统外部的模式结构
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1.4 数据库系统结构一、数据库系统内部的模式结构
1,,型,和,值,的概念
型( Type)
对某一类数据的结构和属性的说明
值( Value)
是型的一个具体赋值例如:学生记录记录型:(学号,姓名,性别,年龄,籍贯)
记录值:( 900201,李明,男,22,江苏)
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模式( Schema)
数据库逻辑结构和特征的描述
是型的描述
反映的是数据的结构及其联系
模式是相对稳定的
模式的一个实例( Instance)
模式的一个具体值
反映数据库某一时刻的状态
同一个模式可以有很多实例
实例随数据库中的数据的更新而变动
1.4 数据库系统结构
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应用 A 应用 B 应用 C 应用 D 应用 E
外模式 1 外模式 2 外模式 3
外模式 / 模式映象模式模式 / 内模式映象内模式数据库
2,三级模式结构
1.4 数据库系统结构
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模式 ( 也称逻辑模式 )
数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
所有用户的公共数据视图,综合了所有用户的需求
一个数据库只有一个模式
模式的地位:是数据库系统模式结构的中间层
与数据的物理存储细节和硬件环境无关
与具体的应用程序,开发工具及高级程序设计语言无关
模式的定义
数据的逻辑结构 ( 数据项的名字,类型,取值范围等 )
数据之间的联系
数据有关的安全性,完整性要求
1.4 数据库系统结构
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外模式 ( 也称子模式或用户模式 )
数据库用户 ( 包括应用程序员和最终用户 ) 使用的局部 数据的逻辑结构和特征的描述
数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示
1.4 数据库系统结构
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内模式 ( 也称存储模式 )
是数据物理结构和存储方式的描述
是数据在数据库内部的表示方式
记录的存储方式 ( 顺序存储,按照 B树结构存储,
按 hash方法存储 )
索引的组织方式
数据是否压缩存储
数据是否加密
数据存储记录结构的规定
1.4 数据库系统结构
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外模式/模式映象
定义外模式与模式之间的对应关系
每一个外模式都对应一个外模式/模式映象
映象定义通常包含在各自外模式的描述中
保证数据的逻辑独立性
1.4 数据库系统结构
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模式/内模式映象
模式/内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系 。 例如,说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的
数据库中模式/内模式映象是唯一的
该映象定义通常包含在模式描述中
保证数据的物理独立性
1.4 数据库系统结构
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二、数据库系统外部的体系结构
单用户结构
主从式结构
分布式结构
客户 /服务器 (C/S)结构
浏览器 /应用服务器 /数据库服务器结构
(多层 C/S结构 )
?还可有什么样的结构。
1.4 数据库系统结构
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整个数据库系统 (应用程序,DBMS,数据 )
装在一台计算机上,为一个用户独占,
不同机器之间不能共享数据 。
早期的最简单的数据库系统
1,单用户数据库系统
1.4 数据库系统结构
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一个主机带多个终端的多用户结构
数据库系统,包括应用程序,DBMS,数据,都集中存放在主机上,所有处理任务都由主机来完成
各个用户通过主机的终端并发地存取数据库,共享数据资源
2,主从式结构的数据库系统
1.4 数据库系统结构
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主机终端
1.4 数据库系统结构
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优点
易于管理,控制与维护 。
缺点
当终端用户数目增加到一定程度后,主机的任务会过分繁重,成为瓶颈,从而使系统性能下降 。
系统的可靠性依赖主机,当主机出现故障时,
整个系统都不能使用 。
1.4 数据库系统结构
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数据库中的数据在 逻辑上是一个整体,但 物理地分布 在计算机网络的不同结点上 。
网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据,执行局部应用
同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据,执行全局应用
3,分布式结构的数据库系统
1.4 数据库系统结构
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优点
适应了地理上分散的公司,团体和组织对于数据库应用的需求 。
缺点
数据的分布存放给数据的处理,管理与维护带来困难 。
当用户需要经常访问远程数据时,系统效率会明显地受到网络传输的制约 。
1.4 数据库系统结构
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把 DBMS功能和应用分开
网络中某个 ( 些 ) 结点上的计算机专门用于执行 DBMS功能,称为数据库服务器,简称服务器 。
其他结点上的计算机安装 DBMS的外围应用开发工具,用户的应用系统,称为客户机 。
4.客户/服务器结构的数据库系统
1.4 数据库系统结构
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集中的服务器结构一台数据库服务器,多台客户机
分布的服务器结构
在网络中有多台数据库服务器
分布的服务器结构是客户/服务器与分布式数据库的结合
1.4 数据库系统结构
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客户端的用户请求被传送到数据库服务器,数据库服务器进行处理后,只将结果返回给用户,从而显著减少了数据传输量
数据库更加开放
客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行
可以使用不同厂商的数据库应用开发工具
1.4 数据库系统结构
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“胖客户,问题:
系统安装复杂,工作量大 。
应用维护困难,难于保密,造成安全性差 。
相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上,从系统总体来看,大大浪费了系统资源 。
系统规模达到数百数千台客户机,它们的硬件配置,
操作系统又常常不同,要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块,其安装维护代价便不可接受了 。
1.4 数据库系统结构
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客户端:
浏览器软件,用户界面浏览器的界面统一,广大用户容易掌握大大减少了培训时间与费用 。
服务器端分为两部分:
Web服务器,应用服务器
数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价能够支持数万甚至更多的用户
5、浏览器 /应用服务器 /数据库服务器结构
1.4 数据库系统结构