第 1章 数据库基础
? 在人们的周围有各种各样的数据库系统在运行。
当人们买飞机票、领发工资、查资料、买卖股票
时都需要与数据库打交道。
? 数据库系统已成为人们提高工作效率和管理水平
的重要手段，已成为企业提高竞争力有力武器。
? 那么，什么是数据库系统？它是如何构成如何工
作的呢？我们怎样才能成功开发出一个高性能的
数据库系统呢？
第 1章 数据库基础主要内容
? 1.1 信息与数据
? 1.2 数据管理技术的发展
? 1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 1.4 数据库系统的结构
? 1.5 数据库管理系统 (DBMS)
? 1.6 小结
? 1.7 习题
1.1 信息与数据
? 从本质上说, 信息 （ information） 是表现事
物特征的一种普遍形式, 是事物显示其存在方
式和运动状态的属性, 是对客观世界的反映,
是客观存在的事物现象 。 充分利用信息可更有
效地改造世界 。
? 数据是信息的载体, 是用于表示信息的符号 。
对数据进行有效处理才能发现有用的信息 。
? 本节主要介绍信息、数据、数据库系统等相关
概念。
1.1 信息与数据的内容目录
? 1.1.1 走进信息时代 --信息大爆炸
? 1.1.2 信息的特点
? 1.1.3 数据
? 1.1.4 数据处理与数据管理
? 1.1.5 计算机应用于信息处理
? 1.1.6 为什么要发展数据库技术？
? 1.1.7 数据库与数据库系统
? 1.1.8 数据库系统在计算机中的地位
? 1.1.9 数据库应用系统实例
1.1.1 走进信息时代 --信息大爆炸
? 20世纪科技迅速发展 。 1946年第一台电子计算机
诞生, 之后, 工作, 生活, 学习各方面发生了巨
大的变化 。
? 社会信息量急剧膨胀 (企业信息, 政府信息,科
研信息 ),信息大爆炸已成为众所皆知的事实 。
? 信息已成为与材料, 能源同等重要甚至更加重要
的战略性资源 。 离开了信息人们将无所适从 。
? 人们迫切需要提高效率和管理水平, 加强信息处
理的效率 。
1.1.2 信息的特征
? 信息具有以下特征：
? （ 1） 内容是关于客观事物或思想方面的知识 ;
? （ 2） 信息是能对人们产生影响的, 有用的消息 ;
? （ 3） 信息是可以感知可以表示的 ;
? （ 4） 信息可以加工, 存储, 压缩, 传递, 共享,
再生和增值 。
1.1.3 数据
? 数据的内涵相当广泛。它是指一切用于描述事物
的符号记录，包括：数字、文字、图形、图像、
声音、动画、视频、表格记录等。
? 为简便起见，本课程将数据于信息不作区分。
? 数据库中的数据具有以下特征：
? (1) 数据受数据类型和取值范围的约束。
? (2) 数据有, 型, 和, 值, 之分。
? (3) 数据有定性表示和定量表示之分。
? (4) 数据具有载体和多种表现形式。
1.1.4 数据处理与数据管理
? 数据管理与数据处理不是同一概念。数据管理是
数据处理的基础和核心。
? 数据处理是指对数据的收集、组织、编码、输入、
整理、加工、存储 /计算、分类、检索、传输、
输出等工作。
? 数据管理是指如何对数据进行分类、组织、编码、
储存、检索和维护。
? 数据管理是数据库技术研究的核心内容。数据库
系统的作用主要是用于完成数据管理工作。
1.1.5 计算机应用于信息处理
? 传统信息处理方法 （ 用手, 纸, 笔, 算盘等 ） 。
? 1950年, 计算机信息处理最初应用于工资核算 。
? 计算机信息处理经历了手工阶段, 文件阶段和
数据库阶段 。
? 深入应用到了生产经营管理活动的各个环节 。
? 业务性信息处理 （ 数据库 ） 。
? 管理性信息处理 （ 数据库仓库与决策分析 ） 。
1.1.6 为什么要发展数据库技术？
? 数据库技术已成为信息时代重要的特征之一。 DBS技
术的发展极大地提高了人们处理信息的能力,发展 DBS
技术是人类信息处理活动的客观要求。为什么要研究
发展数据库技术表现在：
? （ 1）信息资源激剧增大，人类离不开信息。
? （ 2）人脑在信息识别、信息分析、综合、推理、联想
方面能力强，而在记忆和快速处理信息的能力弱。
? （ 3）计算机信息加工能力强，存储量大，处理速度高，
传输速快，逻辑推理严密，重复性高，且不会疲劳。
? （ 4）发展数据库技术目的是充分开发信息资源。
1.1.7 数据库与数据库系统的概念
? 1.数据库 （ Database,简称 DB）是指长期存储在计算机内、
有组织、可共享的数据集合。
? 2.数据库管理系统 (Database Management System,简称
DBMS) 是指用于完成数据库的定义、建立、运行和维护，使
用户能方便地操纵和控制数据，并能保证数据的安全性、完
整性、并发性和可恢复性的软件系统。
? 3.数据库应用系统 是指利用数据库管理系统及开发工具对数
据库中的数据进行处理的应用软件系统。
? 4.数据库系统 (database system,简称 DBS) 是一个由计算
机硬件,OS、数据、数据库、数据库管理系统（及开发工
具）、应用软件系统、数据库管理员（ Database
Administrator,简称 DBA）和用户构成的人机复合系统。
1.1.8 数据库系统在计算机中的地位
应用系统
应用开发 工具软件
D B M S 及编译系统
硬件
操作 系 统
1.1.9 数据库应用系统实例
? 1．会计软件系统（包括工资管理系统）
? 2．销售管理系统
? 3．人力资源管理系统
? 4．订票售票系统
? 5．教务管理系统
1.2 数据处理技术的发展
? 人们很早以前就开始了数据处理。从草绳打结
记事 开始 经历了漫长的发展过程 。
? 数据处理 总的来说可分为三个阶段,手工处理
阶段、机械处理阶段、电子处理阶段。
? 在电子处理阶段，人们用计算机进行数据处理。
计算机数据处理同样也经历了一个渐进的发展
过程，经历了人工管理阶段、文件管理阶段、
数据库管理阶段。
? 本节主要介绍数据处理和数据管理技术的发展。
1.2 数据管理技术的发展目录
? 1.2.1 数据处理技术的发展概述
? 1.2.2 计算机数据处理技术的发展概述
? 1.2.3 人工管理阶段
? 1.2.4 文件管理阶段
? 1.2.5 数据库管理阶段
? 1.2.6 数据独立性的比较
? 1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较
1.2.1 数据处理的发展阶段
? 第一个阶段是手工处理阶段（原始社会 --十九世纪）。
工具包括：算盘、计算尺、微分机、基于齿轮的六位
加法器等；特点：计算工具低级，精度差，数据处理
能力低，离不开手工。
? 第二个阶段是机械处理阶段（ 1890--1946）。工具是
机械计算工具（卡片制表机），特点：用机械代替了
手工操作，数据处理能力、效率有所提高，但受机械
性能限制。
? 第三个阶段是电子处理阶段（ 1946--）。工具主要是
计算机及其附属设备，特点：速度快，存储量大，传
输速度快，逻辑推理能力强、不疲劳、可靠性好、精
度高，不但能进行科学计算而且能进行数据处理。
1.2.2 计算机数据处理技术的发展
? 计算机数据处理技术发展经历了一个渐进的发
展过程。
? 经历了人工管理阶段、文件管理阶段和数据库
管理阶段。
? 在发展的过程中，数据处理能力（包括：容量、
速度、深度）不断增强，软件系统的开发成本
和难易程度不断减低，开发周期不断缩短，数
据库应用系统的数量不断增加，对社会生产经
营管理活动的影响越来越深刻。
1.2.3 人工管理阶段
? 20世纪 50年代中期以前, 计算机应用于科学计算 。
硬件 无 直接存取设备, 软件 无 操作系统和专门管
理数据的软件；数据处理方式是批处理；管理者
是人, 方式是手工 ； 是低级阶段 。 特点是：
? （ 1） 数据无结构化, 不在计算机内部保存 。
? （ 2）要 手工 管理数据物理存储。
? （ 3）数据面向程序不共享。
? （ 4） 数据无独立性 。 一个程序只处理一批数据 。
? （ 5） 数据处理的效率很低, 编写程序麻烦 。
1.2.4 文件管理阶段
? 20世纪 50年代后期和 60年代中期, PC应用从科学计算
扩大到了数据管理领域 。 硬件 有 了磁盘, 磁鼓等直接
存储设备；软件 有 了文件系统；处理方式 是 批处理 和
联机实时处理 。 其特点是：
? （ 1） 文件长期保存 。
? （ 2） 由文件系统对数据进行管理 。
? （ 3） 数据物理结构与逻辑结构有了区别, 但较简单 。
? （ 4） 数据共享性差 。
? （ 5） 程序与数据之间只有一定的独立性 。
? 缺点,数据冗余大；数据与程序间缺少独立性 。
1.2.5 数据库管理阶段
? 20世纪 60年代后期, 硬件出现了大容量的磁盘, 价格
下降, 软件出现了数据库管理系统 。 其 特点是：
? (1) 数据结构化, 这是数据库与文件系统的根本区别 。
? (2) 由 DBMS提供统一的管理控制功能 （ 安全性, 完整
性, 并发控制, 数据库恢复 ） 。
? (3) 数据的共享性好 。
? (4) 数据的独立性高 。
? (5)可控数据冗余度, 冗余度低 。
1.2.6 数据独立性的比较（ 1）
文件阶段应用程序与数据之间的关系
数据库阶段程序与数据之间的关系
人工管理阶段 文件系统阶段
1.2.6 数据库技术的产生（ 2）
应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
数据库系统阶段
数据 1
数据 2
数据 n
文件
系统
物理文件 1
物理文件 2
物理文件 n
数据库
管理系统 数据库
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (1)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
时间 － 50年代中期 50年代后期－ 60年代中期 60年代后期 —
应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理
硬件背景 无直接存取存储 设备 磁盘、磁鼓 大容量磁盘
软件背景 没有操作系统 有操作系统（文件系统） 有 DBMS
处理方式 批处理 批处理联机实时处理
批处理
联机实时处理
分布处理
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (2)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
数据保存
方式 数据不保存
以文件的形式长期保
存，但无结构
以数据形式保存，有
结构
数据管理
考虑安排数据
的物理存储位
置
与数据文件名打交道 对所有数据实行统一,集中、独立的管理
数据与程
序 数据面向程序 数据与程序脱离
数据与程序脱离
实现数据的共享
数据的管
理者 人 文件系统 DBMS
数据面向
的对象 某一应用程序 某一应用程序 现实世界
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (3)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
数据的共
享程度 无共享 共享性差 共享性高
数据的冗
余度 冗余度极大 冗余度大 冗余度小
数据的独
立性
不独立，完全
依赖于程序 独立性差
具有高度的物理独立性和
一定的逻辑独立性
数据的结
构化 无结构
记录内有结构
整体无结构
整体结构化
用数据模型描述
数据的控
制能力
应用程序自己
控制
应用程序自己
控制
由 DBMS提供数据的安全
性、完整性、并发控制和
恢复能力
1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 数据库技术使计算机数据处理能力大大增强。
? 在应用需求和计算机技术发展的推动下，数据
库技术处于不断的发展之中，发展速度很快。
? 数据库技术已成为计算机技术最热门的发展方
向。很多大型跨国公司都研究 DBMS产品。
? 数据库的应用研究领域不断扩大。
1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 本节主要介绍：
? 1.3.1 数据库技术的发展
? 1.3.2 数据库技术的研究领域
? 1.3.3 当前主要的数据库管理系统
1.3.1 数据库技术的发展
? 数据库系统阶段本身的发展经历了 --网状, 层
次, 关系数据库, 新一代数据库系统 （ ORDBS
与 OODBS） 阶段 。
? 1969年, 层次数据库, IBM研制了 IMS；
? 70年代初, 网状数据库, DBTG系统；
? 70年代后, 关系型数据库取代了网状, 层次；
? 80年代后, 数据库技术与面向对象技术, 多媒
体技术, 网络技术, 人工智能技术相结合, 使
面向对象的关系型数据库, 多媒体数据库, 分
布式数据库成为新的发展趋势 。
1.3.2 数据库技术的研究领域
? 1,DBMS研制,包括 DBMS本身和以 DBMS为核心的一组相
联系的软件系统 。 主要目标是 扩大功能, 提高性能和提高
用户生产率 。 如,OODBS,多媒体数据库系统 。
? 2,数据库设计,主要方向是数据库设计方法学和设计工具,
包括数据库设计方法, 设计工具和设计理论的研究, 数据
模型和数据建模的研究, 计算机机辅助数据库设计方法及
其软件系统的研究, 数据库设计规范的研究等 。
? 3,数据库理论,主要集中在关系的规范化理论, 关系数据
理论等 。 近年来, 随着人工智能和数据库理论的结合以及
并行计算机的发展, 数据库逻辑演绎和知识推理, 并行算
法等理论研究, 以及演绎数据库系统, 知识库系统和数据
仓库的研制已成为新的研究方向 。
? 4,数据库应用系统开发,开发各行业的 MIS。
1.3.3 当前主要的数据库管理系统
VFP、
ACCES
S
MYSQ
L、
HOSTS
QL
ORACL
E
SQL
SERVE
R
SYSBAS
E
INFO
RMIX
INGR
ES
DB2
平台 DOS
WIN98
Linux 跨平台 windo
ws
跨平台 跨平
台
跨平
台
AS/4
00等
公司 MS ORACL
E
MS SYSBAS
E
infor
mix
IBM
专业
性
非专业
小型
非专业
小型
专业大
型
专业大
中型
专业大
型
专业
大型
专业
大型
专业
大型
时间 80年代 90年代 1979 1994 1987 1988 1975
版本 VFP6.0
2000
7.0 8i
9i
6.5 7.0
2000
11.5 2.0等
性能 一般 一般 好 好 好 好 好 好
1.4 数据库系统结构
? 数据库系统的结构比较复杂，可从不同的角
度进行分析。
? 从 DBMS角度看，数据库通常采用三级模式
结构和二级映象；
? 从最终用户角度看，数据库系统的结构分为
单用户结构、主从式结构、分布式结构、客
户 /服务器结构、浏览器 /服务器结构。
1.4 数据库系统结构目录
? 1.4.1 数据库系统的要素组成
? 1.4.2 数据库系统层次结构图
? 1.4.3 数据库系统的构成结构
? 1.4.4 数据库系统的三级模式结构图
? 1.4.5 数据库系统的三级模式结构说明
? 1.4.6 数据库系统二级映射与数据独立性）
? 1.4.7 数据库系统的体系结构比较
? 1.4.8 DBS体系结构图
硬
件
1.4.1 数据库系统的要素组成
Database
OS
DBMS
应用开发工具
应用程序
DBA
用户 用户用户
应用程序员
1.4.2 数据库系统层次结构图
应用系统
应用开发工具软件
数据库管理系统
操作系统
硬件 /数据库
数据库用户
1.4.3 数据库系统的构成结构
相互有关联关
系的 数据 的
集合
DB
DBMS
管理数据库的
系统软件
DBA
完成某一功能的应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
DBAP 1
DBAP 2
DBAP n
Computer System
1.4.4 DBS三级模式结构图
应用 A 应用 B 应用 C 应用 D
外模式 1 外模式 2 外模式 3
概念模式
内模式
数据库
外模式 /概念模式映象
概念模式 /内模式映象
1.4.5 DBS三级模式结构说明
? （ 1）模式：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑
结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。不涉及
数据的物理存储细节，一个数据库只有一个模式。
? （ 2）外模式：也称子模式和用户模式，它是数据库用户
看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据
库用户的数据视图。外模式是模式的子集，一个数据库可
以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。外
模式是保证数据库安全性的一个有力措施。
? （ 3）内模式：也称存储模式，是数据物理结构和存储结
构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库
只有一个内模式。
1.4.6 二级映象与数据独立性
? 逻辑独立性,数据库模式描述数据的全局逻辑结构，外模
式描述数据的局部逻辑结构。对应于一个模式可以有任意
多个外模式。对于每一个外模式，数据库都有一个外模式 /
模式映象，它定义了外模式和模式之间的对应关系。当模
式改变时，通过对外模式 /模式映象作相应的改变，可以使
外模式保持不变，从而应用程序保持不变。
? 物理独立性,数据库只有一个模式和一个内模式，所以模
式 /内模式映象是唯一的，它定义了数据逻辑结构与存储结
构之间的对应关系。当数据库存储结构发生改变时，由数
据库管理员对模式 /内模式映象作相应改变，可以使模式保
持不变，从而保证的数据的物理独立性。
1.4.7 DBS体系结构比较（ 1）
单用户 主从式结构 分布式结构 客户 /服务器结
构
浏览器 /服
务器结构
结
构
特
点
整个数
据库系
统在一
台机器
上，由
一个用
户独占，
不同机
器间不
能共享
数据
一个主机带多
个终端的多用
户系统。数据
库系统在主机
上，所有处理
由主机完成，
各用户通过终
端并发地存取
数据库共享资
源。
数据库中的数
据在逻辑上是
一个整体，但
物理上分布在
计算机网络的
不同结点上。
网络中的每个
结点可以执行
局部应用和全
局应用
服务器上执行
DBMS功能，客
户机中安装外
围开发工具客
户机的请求被
传到数据库服
务器，处理后，
只将结果返回
给用户。
在客户端
使用统一
的浏览器
就可访问
服务器中
的数据库。
1.4.7 DBS体系结构比较（ 2）
单用户 主从式结构 分布式结构 客户 /服务器结
构
浏览器 /服
务器结构
优
点
简单易
实现
简单，数据易
维护管理
难满足大公司
对数据应用的
需求
网络传输量减
少，提高了系
统性能、吞吐
量和负载能力，
更开发
维护容易，
操作简单
缺
点
不同部
门数据
不共享，
冗余
用户数增多时
主机负担重性
能下降，系统
可靠性不高
数据管理维护
难，系统效率
受网络制约
服务器要求性
能高，维护麻
烦
数据访问
效率有待
提高
1.4.8 DBS体系结构图
1.4.8 客户 /服务器结构
应用
工具
接口
应用
工具
接口
应用
工具
接口
应用
工具
接口
接口
DBMS功能 DB DB
接口
分布式 DBMSDB
局部数据管理
接口
分布式 DBMS
局部数据管理
… …
(集中的服务器结构 ) (分布的服务器结构 )
客
户
机
客
户
机
数据
库服
务器
服
务
器
1.5 数据库管理系统 (DBMS)
? 数据库管理系统是数据库系统的核心，是建立
DBS的保证,一个数据库应用系统一般都需要选
择某个 DBMS来完成数据管理工作。
? 数据库管理系统产品有很多种，各产品版本更
新很快，技术和性能发展快。
? 不同数据库管理系统所基于的原理和理论有共
同点。
? 当前主要是关系型，支持面向对象,Internet、
数据仓库、数据挖掘等。
1.5 DBMS内容目录
? 1.5.1 DBMS面向用户的功能
? 1.5.2 DBMS的功能
? 1.5.3 DBMS的组成
? 1.5.4 DBMS的工作 步骤图
? 1.5.5 DBMS的工作步骤说明
? 1.5.6 DBMS实现方法
? 1.5.5 DBMS实现方法比较演示
数据格式
(型 )
数据
(值 )
039 刘阳 男 19 UserDBMS
(DBMS依据各种定义对数据库进行管理和使用 )
1.5.1 DBMS面向用户的功能
检查用户合法性
检查数据合法性
按用户要求进行
操作
谁能访问数据
更新数据有什么要求
… … … …
用户定义的 数据 安全性完整性(1) User 通过 DDL语言 定义数据格式
(2) User 通过 DML语言 操纵数据进出数据库 (3) User 通过 DCL语言定义数据安全性
(4) User 通过 DDL语言定义数据安全性 /
完整性
学号 姓名 性别 年龄
001 李四 男 20
002 王红 女 18
003 张飞 男 19
1.5.2 DBMS的功能（ 1）
? DBMS的功能主要包括六个方面：
? （ 1）数据定义：包括定义库结构的模式、存储
模式、和外模式，映象、约束条件、存取权限。
? （ 2）数据操纵：包括对数据库数据的检索、插
入、修改、删除等基本操作。
? （ 3）数据库运行管理：包括并发控制、安全性、
完整性、内部维护。
1.5.2 DBMS的功能（ 2）
? （ 4）数据组织、存储和管理,DBMS负责分门
别类地组织、存储和管理库中的数据字典、用户
数据、存取路径等数据，确定以何种文件结构和
存取方式物理地组织这些数据，实现数据间的联
系，以提高空间和时间效率。
? （ 5）数据库建立和维护。建立包括初始数据输
入和数据转换等。维护包括数据的转储恢复、重
组织、重构造、性能监视与分析。
? （ 6）数据通信接口：与其它软件系统的通信。
1.5.3 DBMS的组成
? DBMS一般至少由四个部分组成：
? （ 1）数据定义语言及其翻译处理程序
? （ 2）数据操纵语言及其编译（或解释）程序
? （ 3）数据库运行控制程序
? （ 4）实用程序
1.5.4 DBMS的工作步骤图 (1)
应用程序 A
用户工作区用户工作区
应用程序 C应用程序 B 子模式 B
系统缓冲区
子模式 A
物理模式
用户工作区
模式DBMS
OSDB
用户 A 用户 B 用户 C…..
….,…..
1
5
2
7 4
8
6
9
3
10
子模式 C
1.5.5 DBMS的工作步骤说明 (1)
? 1,应用程序 A向 DBMS发出从数据库中读取数据记录的
命令；
? 2,DBMS对该命令进行语法检查，语义检查，并调用
应用程序 A对应的子模式，检查 A的存取权限，决定是
否执行该命令,如果拒绝执行则向用户返回错误信息；
? 3,在决定执行该命令后,DBMS调用模式，依据子模
式 /模式映象的定义，确定应读入模式中的哪些记录；
? 4 DBMS调用物理模式，依据模式 /物理模式映象的定
义，确定应从那个文件，用什么存取方式，读入哪个
或哪些物理记录；
1.5.5 DBMS的工作步骤 (2)
? 5,DBMS向操作系统发出执行读取所需物理记
录的命令；
? 6.操作系统执行读数据的有关操作；
? 7.操作系统从数据库的存储区送至系统缓冲区；
? 8.DBMS依据子模式 /模式映象的定义,导出应用
程序 A所要读取的记录格式；
? 9.DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程
序 A的用户工作区；
? 10.DBMS向应用程序 A返回命令执行情况的状态
信息。
1.5.5 DBMS的工作过程演示 (读记录 )
数据库
系统缓冲区
应用程序
程序工作区
DBMS
OS
概念模式
物理模式
外模式1读记录
2检查权限
3读取逻
辑记录
4读取物
理记录5读取物理记
录
6读数据
7送数据
8读记录
9送记录
OK!
1.5.6 DBMS实现方法
? DBMS是建立在操作系统环境之上,根据操作系统的特点,
用不同的方法,利用操作系统的基本功能来实现。一般
有四类实现 DBMS的方法。
? 1,N方案,DBMS与应用程序融合在一起,N个用户的系
统中只有 N个进程。
? 2,2N方案：一个 DBMS进程对应一个用户进程。
? 3,M+N方案：多个 DBMS进程对应多个用户进程。
? 4,N+1方案：一个 DBMS进程对应所有用户进程。
? 5,四方案比较
1.5.6 DBMS实现方法, N方案
AP1
DBMS DBMS
SGA
DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法, 2N方案
AP1
DBMS DBMSSGA DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
服务进程池
1.5.6 DBMS实现方法,M+N方案
AP1
DBMSSGA DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法,N+1方案
AP1
DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法比较演示
OS
U1 U2
文件DB
AP1 AP2 AP3
DBMS DBMS DBMS
DBMS DBMS DBMS
服务进程池
DBMS DBMS
N方案 2N方案 N+M方案 N+1方案
1.5.6 DBMS实现四个方案比较（ 1）
N方案 2N方案 M+N方案 N+1方案
原
理
DBMS 的基本成份通
常设计成可重入代码。
用户使用 DBMS时，调
用的 DBMS模块被加入
到用户进程中。 DBMS
与应用程序之间预先
建立联结，在运行时，
DBMS模块被用户进程
按子程序调用，借助
操作系统的调度完成
对用户程序的运行服
务。加 DBMS与应用程
序融合在一起,N个用
户的系统中只有 N个进
程
每个用户进程均
有一个称为影子
进程的 DBMS进
程为之服务。若
干后台进程负责
读写数据库、监
控、写日志等工
作。进程总数据
接近用户数据的
2倍。一个 DBMS
进程对应一个用
户进程
在 N个用户的
系统中有 M个
DBMS进程为
之服务
（ M<N）。
多个 DBMS进
程对应多个用
户进程。
整个 DBMS仅使用
一个进程，多个数
据库用户向其发消
息以申请数据库服
务，这些消息挂在
DBMS进程的消息
队列中。 DBMS进
程完成一个用户进
程的请求后，把结
果作为消息发回给
相应用户，然后执
行下一个请求。一
个 DBMS进程对应
所有用户进程
1.5.6 DBMS实现四个方案比较（ 2）
N方案 2N方案 M+N方案 N+1方案
优点 实现简单，
不用考虑用
户与 DBMS
之间的通信
问题
各个 DBMS进程的
代码段可以共享。
减少了进程
总数和通信
开销，提高
了内存利用
率。
内存利用率高难
度，性能好
缺点 占用更多内
存，系统性
能不高
内存需求仍很大，
不适合大量用户的
联机事务处理应用
用。
内存开销还
可减少
实现复杂，消息
通信机制开销大
实例 FOXBASE ORACLE,INGERS、
INFORMIX早期版
ORACLE7、
INFORMIX
SYSBASE
1.6 小结
? 信息、数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统是必
须理解的概念。
? 计算机数据管理技术经历了手工管理、文件管理、数据库
管理三个阶段。
? 数据库技术经历了层次、网状、关系、面向对象的发展。
研究领域涉及 DBMS、关系理论、数据库设计理论,MIS
开发等方面。
? DBS由三级模式结构和二级映象构成。
? DBS体系结构有：单机结构、集中式、分布式,B/S,C/S
几种形式。
? DBMS是数据库系统的管理核心。
1.7 习题
? 1.1 什么是信息, 数据, 数据库和数据库系统？
? 1.2 数据处理和数据管理各包括哪些内容？
? 1.3 数据库系统和文件系统有何区别？ 数据库系统有什
么优点？
? 1.4 DBS的模式结构如何构成？ 数据独立性如何保证？
? 1.5 试述 C/S结构的原理, C/S结构有何优缺点？
? 1.6 试述 B/S结构的原理, B/S结构有何优缺点？
? 1.7 DBA的主要职责有哪些？
? 1.8 简述数据库系统的工作过程 。
? 在人们的周围有各种各样的数据库系统在运行。
当人们买飞机票、领发工资、查资料、买卖股票
时都需要与数据库打交道。
? 数据库系统已成为人们提高工作效率和管理水平
的重要手段，已成为企业提高竞争力有力武器。
? 那么，什么是数据库系统？它是如何构成如何工
作的呢？我们怎样才能成功开发出一个高性能的
数据库系统呢？
第 1章 数据库基础主要内容
? 1.1 信息与数据
? 1.2 数据管理技术的发展
? 1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 1.4 数据库系统的结构
? 1.5 数据库管理系统 (DBMS)
? 1.6 小结
? 1.7 习题
1.1 信息与数据
? 从本质上说, 信息 （ information） 是表现事
物特征的一种普遍形式, 是事物显示其存在方
式和运动状态的属性, 是对客观世界的反映,
是客观存在的事物现象 。 充分利用信息可更有
效地改造世界 。
? 数据是信息的载体, 是用于表示信息的符号 。
对数据进行有效处理才能发现有用的信息 。
? 本节主要介绍信息、数据、数据库系统等相关
概念。
1.1 信息与数据的内容目录
? 1.1.1 走进信息时代 --信息大爆炸
? 1.1.2 信息的特点
? 1.1.3 数据
? 1.1.4 数据处理与数据管理
? 1.1.5 计算机应用于信息处理
? 1.1.6 为什么要发展数据库技术？
? 1.1.7 数据库与数据库系统
? 1.1.8 数据库系统在计算机中的地位
? 1.1.9 数据库应用系统实例
1.1.1 走进信息时代 --信息大爆炸
? 20世纪科技迅速发展 。 1946年第一台电子计算机
诞生, 之后, 工作, 生活, 学习各方面发生了巨
大的变化 。
? 社会信息量急剧膨胀 (企业信息, 政府信息,科
研信息 ),信息大爆炸已成为众所皆知的事实 。
? 信息已成为与材料, 能源同等重要甚至更加重要
的战略性资源 。 离开了信息人们将无所适从 。
? 人们迫切需要提高效率和管理水平, 加强信息处
理的效率 。
1.1.2 信息的特征
? 信息具有以下特征：
? （ 1） 内容是关于客观事物或思想方面的知识 ;
? （ 2） 信息是能对人们产生影响的, 有用的消息 ;
? （ 3） 信息是可以感知可以表示的 ;
? （ 4） 信息可以加工, 存储, 压缩, 传递, 共享,
再生和增值 。
1.1.3 数据
? 数据的内涵相当广泛。它是指一切用于描述事物
的符号记录，包括：数字、文字、图形、图像、
声音、动画、视频、表格记录等。
? 为简便起见，本课程将数据于信息不作区分。
? 数据库中的数据具有以下特征：
? (1) 数据受数据类型和取值范围的约束。
? (2) 数据有, 型, 和, 值, 之分。
? (3) 数据有定性表示和定量表示之分。
? (4) 数据具有载体和多种表现形式。
1.1.4 数据处理与数据管理
? 数据管理与数据处理不是同一概念。数据管理是
数据处理的基础和核心。
? 数据处理是指对数据的收集、组织、编码、输入、
整理、加工、存储 /计算、分类、检索、传输、
输出等工作。
? 数据管理是指如何对数据进行分类、组织、编码、
储存、检索和维护。
? 数据管理是数据库技术研究的核心内容。数据库
系统的作用主要是用于完成数据管理工作。
1.1.5 计算机应用于信息处理
? 传统信息处理方法 （ 用手, 纸, 笔, 算盘等 ） 。
? 1950年, 计算机信息处理最初应用于工资核算 。
? 计算机信息处理经历了手工阶段, 文件阶段和
数据库阶段 。
? 深入应用到了生产经营管理活动的各个环节 。
? 业务性信息处理 （ 数据库 ） 。
? 管理性信息处理 （ 数据库仓库与决策分析 ） 。
1.1.6 为什么要发展数据库技术？
? 数据库技术已成为信息时代重要的特征之一。 DBS技
术的发展极大地提高了人们处理信息的能力,发展 DBS
技术是人类信息处理活动的客观要求。为什么要研究
发展数据库技术表现在：
? （ 1）信息资源激剧增大，人类离不开信息。
? （ 2）人脑在信息识别、信息分析、综合、推理、联想
方面能力强，而在记忆和快速处理信息的能力弱。
? （ 3）计算机信息加工能力强，存储量大，处理速度高，
传输速快，逻辑推理严密，重复性高，且不会疲劳。
? （ 4）发展数据库技术目的是充分开发信息资源。
1.1.7 数据库与数据库系统的概念
? 1.数据库 （ Database,简称 DB）是指长期存储在计算机内、
有组织、可共享的数据集合。
? 2.数据库管理系统 (Database Management System,简称
DBMS) 是指用于完成数据库的定义、建立、运行和维护，使
用户能方便地操纵和控制数据，并能保证数据的安全性、完
整性、并发性和可恢复性的软件系统。
? 3.数据库应用系统 是指利用数据库管理系统及开发工具对数
据库中的数据进行处理的应用软件系统。
? 4.数据库系统 (database system,简称 DBS) 是一个由计算
机硬件,OS、数据、数据库、数据库管理系统（及开发工
具）、应用软件系统、数据库管理员（ Database
Administrator,简称 DBA）和用户构成的人机复合系统。
1.1.8 数据库系统在计算机中的地位
应用系统
应用开发 工具软件
D B M S 及编译系统
硬件
操作 系 统
1.1.9 数据库应用系统实例
? 1．会计软件系统（包括工资管理系统）
? 2．销售管理系统
? 3．人力资源管理系统
? 4．订票售票系统
? 5．教务管理系统
1.2 数据处理技术的发展
? 人们很早以前就开始了数据处理。从草绳打结
记事 开始 经历了漫长的发展过程 。
? 数据处理 总的来说可分为三个阶段,手工处理
阶段、机械处理阶段、电子处理阶段。
? 在电子处理阶段，人们用计算机进行数据处理。
计算机数据处理同样也经历了一个渐进的发展
过程，经历了人工管理阶段、文件管理阶段、
数据库管理阶段。
? 本节主要介绍数据处理和数据管理技术的发展。
1.2 数据管理技术的发展目录
? 1.2.1 数据处理技术的发展概述
? 1.2.2 计算机数据处理技术的发展概述
? 1.2.3 人工管理阶段
? 1.2.4 文件管理阶段
? 1.2.5 数据库管理阶段
? 1.2.6 数据独立性的比较
? 1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较
1.2.1 数据处理的发展阶段
? 第一个阶段是手工处理阶段（原始社会 --十九世纪）。
工具包括：算盘、计算尺、微分机、基于齿轮的六位
加法器等；特点：计算工具低级，精度差，数据处理
能力低，离不开手工。
? 第二个阶段是机械处理阶段（ 1890--1946）。工具是
机械计算工具（卡片制表机），特点：用机械代替了
手工操作，数据处理能力、效率有所提高，但受机械
性能限制。
? 第三个阶段是电子处理阶段（ 1946--）。工具主要是
计算机及其附属设备，特点：速度快，存储量大，传
输速度快，逻辑推理能力强、不疲劳、可靠性好、精
度高，不但能进行科学计算而且能进行数据处理。
1.2.2 计算机数据处理技术的发展
? 计算机数据处理技术发展经历了一个渐进的发
展过程。
? 经历了人工管理阶段、文件管理阶段和数据库
管理阶段。
? 在发展的过程中，数据处理能力（包括：容量、
速度、深度）不断增强，软件系统的开发成本
和难易程度不断减低，开发周期不断缩短，数
据库应用系统的数量不断增加，对社会生产经
营管理活动的影响越来越深刻。
1.2.3 人工管理阶段
? 20世纪 50年代中期以前, 计算机应用于科学计算 。
硬件 无 直接存取设备, 软件 无 操作系统和专门管
理数据的软件；数据处理方式是批处理；管理者
是人, 方式是手工 ； 是低级阶段 。 特点是：
? （ 1） 数据无结构化, 不在计算机内部保存 。
? （ 2）要 手工 管理数据物理存储。
? （ 3）数据面向程序不共享。
? （ 4） 数据无独立性 。 一个程序只处理一批数据 。
? （ 5） 数据处理的效率很低, 编写程序麻烦 。
1.2.4 文件管理阶段
? 20世纪 50年代后期和 60年代中期, PC应用从科学计算
扩大到了数据管理领域 。 硬件 有 了磁盘, 磁鼓等直接
存储设备；软件 有 了文件系统；处理方式 是 批处理 和
联机实时处理 。 其特点是：
? （ 1） 文件长期保存 。
? （ 2） 由文件系统对数据进行管理 。
? （ 3） 数据物理结构与逻辑结构有了区别, 但较简单 。
? （ 4） 数据共享性差 。
? （ 5） 程序与数据之间只有一定的独立性 。
? 缺点,数据冗余大；数据与程序间缺少独立性 。
1.2.5 数据库管理阶段
? 20世纪 60年代后期, 硬件出现了大容量的磁盘, 价格
下降, 软件出现了数据库管理系统 。 其 特点是：
? (1) 数据结构化, 这是数据库与文件系统的根本区别 。
? (2) 由 DBMS提供统一的管理控制功能 （ 安全性, 完整
性, 并发控制, 数据库恢复 ） 。
? (3) 数据的共享性好 。
? (4) 数据的独立性高 。
? (5)可控数据冗余度, 冗余度低 。
1.2.6 数据独立性的比较（ 1）
文件阶段应用程序与数据之间的关系
数据库阶段程序与数据之间的关系
人工管理阶段 文件系统阶段
1.2.6 数据库技术的产生（ 2）
应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
数据库系统阶段
数据 1
数据 2
数据 n
文件
系统
物理文件 1
物理文件 2
物理文件 n
数据库
管理系统 数据库
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (1)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
时间 － 50年代中期 50年代后期－ 60年代中期 60年代后期 —
应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理
硬件背景 无直接存取存储 设备 磁盘、磁鼓 大容量磁盘
软件背景 没有操作系统 有操作系统（文件系统） 有 DBMS
处理方式 批处理 批处理联机实时处理
批处理
联机实时处理
分布处理
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (2)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
数据保存
方式 数据不保存
以文件的形式长期保
存，但无结构
以数据形式保存，有
结构
数据管理
考虑安排数据
的物理存储位
置
与数据文件名打交道 对所有数据实行统一,集中、独立的管理
数据与程
序 数据面向程序 数据与程序脱离
数据与程序脱离
实现数据的共享
数据的管
理者 人 文件系统 DBMS
数据面向
的对象 某一应用程序 某一应用程序 现实世界
1.2.7 数据管理技术的三个阶段比较 (3)
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
数据的共
享程度 无共享 共享性差 共享性高
数据的冗
余度 冗余度极大 冗余度大 冗余度小
数据的独
立性
不独立，完全
依赖于程序 独立性差
具有高度的物理独立性和
一定的逻辑独立性
数据的结
构化 无结构
记录内有结构
整体无结构
整体结构化
用数据模型描述
数据的控
制能力
应用程序自己
控制
应用程序自己
控制
由 DBMS提供数据的安全
性、完整性、并发控制和
恢复能力
1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 数据库技术使计算机数据处理能力大大增强。
? 在应用需求和计算机技术发展的推动下，数据
库技术处于不断的发展之中，发展速度很快。
? 数据库技术已成为计算机技术最热门的发展方
向。很多大型跨国公司都研究 DBMS产品。
? 数据库的应用研究领域不断扩大。
1.3 数据库技术的发展及研究领域
? 本节主要介绍：
? 1.3.1 数据库技术的发展
? 1.3.2 数据库技术的研究领域
? 1.3.3 当前主要的数据库管理系统
1.3.1 数据库技术的发展
? 数据库系统阶段本身的发展经历了 --网状, 层
次, 关系数据库, 新一代数据库系统 （ ORDBS
与 OODBS） 阶段 。
? 1969年, 层次数据库, IBM研制了 IMS；
? 70年代初, 网状数据库, DBTG系统；
? 70年代后, 关系型数据库取代了网状, 层次；
? 80年代后, 数据库技术与面向对象技术, 多媒
体技术, 网络技术, 人工智能技术相结合, 使
面向对象的关系型数据库, 多媒体数据库, 分
布式数据库成为新的发展趋势 。
1.3.2 数据库技术的研究领域
? 1,DBMS研制,包括 DBMS本身和以 DBMS为核心的一组相
联系的软件系统 。 主要目标是 扩大功能, 提高性能和提高
用户生产率 。 如,OODBS,多媒体数据库系统 。
? 2,数据库设计,主要方向是数据库设计方法学和设计工具,
包括数据库设计方法, 设计工具和设计理论的研究, 数据
模型和数据建模的研究, 计算机机辅助数据库设计方法及
其软件系统的研究, 数据库设计规范的研究等 。
? 3,数据库理论,主要集中在关系的规范化理论, 关系数据
理论等 。 近年来, 随着人工智能和数据库理论的结合以及
并行计算机的发展, 数据库逻辑演绎和知识推理, 并行算
法等理论研究, 以及演绎数据库系统, 知识库系统和数据
仓库的研制已成为新的研究方向 。
? 4,数据库应用系统开发,开发各行业的 MIS。
1.3.3 当前主要的数据库管理系统
VFP、
ACCES
S
MYSQ
L、
HOSTS
QL
ORACL
E
SQL
SERVE
R
SYSBAS
E
INFO
RMIX
INGR
ES
DB2
平台 DOS
WIN98
Linux 跨平台 windo
ws
跨平台 跨平
台
跨平
台
AS/4
00等
公司 MS ORACL
E
MS SYSBAS
E
infor
mix
IBM
专业
性
非专业
小型
非专业
小型
专业大
型
专业大
中型
专业大
型
专业
大型
专业
大型
专业
大型
时间 80年代 90年代 1979 1994 1987 1988 1975
版本 VFP6.0
2000
7.0 8i
9i
6.5 7.0
2000
11.5 2.0等
性能 一般 一般 好 好 好 好 好 好
1.4 数据库系统结构
? 数据库系统的结构比较复杂，可从不同的角
度进行分析。
? 从 DBMS角度看，数据库通常采用三级模式
结构和二级映象；
? 从最终用户角度看，数据库系统的结构分为
单用户结构、主从式结构、分布式结构、客
户 /服务器结构、浏览器 /服务器结构。
1.4 数据库系统结构目录
? 1.4.1 数据库系统的要素组成
? 1.4.2 数据库系统层次结构图
? 1.4.3 数据库系统的构成结构
? 1.4.4 数据库系统的三级模式结构图
? 1.4.5 数据库系统的三级模式结构说明
? 1.4.6 数据库系统二级映射与数据独立性）
? 1.4.7 数据库系统的体系结构比较
? 1.4.8 DBS体系结构图
硬
件
1.4.1 数据库系统的要素组成
Database
OS
DBMS
应用开发工具
应用程序
DBA
用户 用户用户
应用程序员
1.4.2 数据库系统层次结构图
应用系统
应用开发工具软件
数据库管理系统
操作系统
硬件 /数据库
数据库用户
1.4.3 数据库系统的构成结构
相互有关联关
系的 数据 的
集合
DB
DBMS
管理数据库的
系统软件
DBA
完成某一功能的应用程序 1
应用程序 2
应用程序 n
DBAP 1
DBAP 2
DBAP n
Computer System
1.4.4 DBS三级模式结构图
应用 A 应用 B 应用 C 应用 D
外模式 1 外模式 2 外模式 3
概念模式
内模式
数据库
外模式 /概念模式映象
概念模式 /内模式映象
1.4.5 DBS三级模式结构说明
? （ 1）模式：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑
结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。不涉及
数据的物理存储细节，一个数据库只有一个模式。
? （ 2）外模式：也称子模式和用户模式，它是数据库用户
看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据
库用户的数据视图。外模式是模式的子集，一个数据库可
以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。外
模式是保证数据库安全性的一个有力措施。
? （ 3）内模式：也称存储模式，是数据物理结构和存储结
构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库
只有一个内模式。
1.4.6 二级映象与数据独立性
? 逻辑独立性,数据库模式描述数据的全局逻辑结构，外模
式描述数据的局部逻辑结构。对应于一个模式可以有任意
多个外模式。对于每一个外模式，数据库都有一个外模式 /
模式映象，它定义了外模式和模式之间的对应关系。当模
式改变时，通过对外模式 /模式映象作相应的改变，可以使
外模式保持不变，从而应用程序保持不变。
? 物理独立性,数据库只有一个模式和一个内模式，所以模
式 /内模式映象是唯一的，它定义了数据逻辑结构与存储结
构之间的对应关系。当数据库存储结构发生改变时，由数
据库管理员对模式 /内模式映象作相应改变，可以使模式保
持不变，从而保证的数据的物理独立性。
1.4.7 DBS体系结构比较（ 1）
单用户 主从式结构 分布式结构 客户 /服务器结
构
浏览器 /服
务器结构
结
构
特
点
整个数
据库系
统在一
台机器
上，由
一个用
户独占，
不同机
器间不
能共享
数据
一个主机带多
个终端的多用
户系统。数据
库系统在主机
上，所有处理
由主机完成，
各用户通过终
端并发地存取
数据库共享资
源。
数据库中的数
据在逻辑上是
一个整体，但
物理上分布在
计算机网络的
不同结点上。
网络中的每个
结点可以执行
局部应用和全
局应用
服务器上执行
DBMS功能，客
户机中安装外
围开发工具客
户机的请求被
传到数据库服
务器，处理后，
只将结果返回
给用户。
在客户端
使用统一
的浏览器
就可访问
服务器中
的数据库。
1.4.7 DBS体系结构比较（ 2）
单用户 主从式结构 分布式结构 客户 /服务器结
构
浏览器 /服
务器结构
优
点
简单易
实现
简单，数据易
维护管理
难满足大公司
对数据应用的
需求
网络传输量减
少，提高了系
统性能、吞吐
量和负载能力，
更开发
维护容易，
操作简单
缺
点
不同部
门数据
不共享，
冗余
用户数增多时
主机负担重性
能下降，系统
可靠性不高
数据管理维护
难，系统效率
受网络制约
服务器要求性
能高，维护麻
烦
数据访问
效率有待
提高
1.4.8 DBS体系结构图
1.4.8 客户 /服务器结构
应用
工具
接口
应用
工具
接口
应用
工具
接口
应用
工具
接口
接口
DBMS功能 DB DB
接口
分布式 DBMSDB
局部数据管理
接口
分布式 DBMS
局部数据管理
… …
(集中的服务器结构 ) (分布的服务器结构 )
客
户
机
客
户
机
数据
库服
务器
服
务
器
1.5 数据库管理系统 (DBMS)
? 数据库管理系统是数据库系统的核心，是建立
DBS的保证,一个数据库应用系统一般都需要选
择某个 DBMS来完成数据管理工作。
? 数据库管理系统产品有很多种，各产品版本更
新很快，技术和性能发展快。
? 不同数据库管理系统所基于的原理和理论有共
同点。
? 当前主要是关系型，支持面向对象,Internet、
数据仓库、数据挖掘等。
1.5 DBMS内容目录
? 1.5.1 DBMS面向用户的功能
? 1.5.2 DBMS的功能
? 1.5.3 DBMS的组成
? 1.5.4 DBMS的工作 步骤图
? 1.5.5 DBMS的工作步骤说明
? 1.5.6 DBMS实现方法
? 1.5.5 DBMS实现方法比较演示
数据格式
(型 )
数据
(值 )
039 刘阳 男 19 UserDBMS
(DBMS依据各种定义对数据库进行管理和使用 )
1.5.1 DBMS面向用户的功能
检查用户合法性
检查数据合法性
按用户要求进行
操作
谁能访问数据
更新数据有什么要求
… … … …
用户定义的 数据 安全性完整性(1) User 通过 DDL语言 定义数据格式
(2) User 通过 DML语言 操纵数据进出数据库 (3) User 通过 DCL语言定义数据安全性
(4) User 通过 DDL语言定义数据安全性 /
完整性
学号 姓名 性别 年龄
001 李四 男 20
002 王红 女 18
003 张飞 男 19
1.5.2 DBMS的功能（ 1）
? DBMS的功能主要包括六个方面：
? （ 1）数据定义：包括定义库结构的模式、存储
模式、和外模式，映象、约束条件、存取权限。
? （ 2）数据操纵：包括对数据库数据的检索、插
入、修改、删除等基本操作。
? （ 3）数据库运行管理：包括并发控制、安全性、
完整性、内部维护。
1.5.2 DBMS的功能（ 2）
? （ 4）数据组织、存储和管理,DBMS负责分门
别类地组织、存储和管理库中的数据字典、用户
数据、存取路径等数据，确定以何种文件结构和
存取方式物理地组织这些数据，实现数据间的联
系，以提高空间和时间效率。
? （ 5）数据库建立和维护。建立包括初始数据输
入和数据转换等。维护包括数据的转储恢复、重
组织、重构造、性能监视与分析。
? （ 6）数据通信接口：与其它软件系统的通信。
1.5.3 DBMS的组成
? DBMS一般至少由四个部分组成：
? （ 1）数据定义语言及其翻译处理程序
? （ 2）数据操纵语言及其编译（或解释）程序
? （ 3）数据库运行控制程序
? （ 4）实用程序
1.5.4 DBMS的工作步骤图 (1)
应用程序 A
用户工作区用户工作区
应用程序 C应用程序 B 子模式 B
系统缓冲区
子模式 A
物理模式
用户工作区
模式DBMS
OSDB
用户 A 用户 B 用户 C…..
….,…..
1
5
2
7 4
8
6
9
3
10
子模式 C
1.5.5 DBMS的工作步骤说明 (1)
? 1,应用程序 A向 DBMS发出从数据库中读取数据记录的
命令；
? 2,DBMS对该命令进行语法检查，语义检查，并调用
应用程序 A对应的子模式，检查 A的存取权限，决定是
否执行该命令,如果拒绝执行则向用户返回错误信息；
? 3,在决定执行该命令后,DBMS调用模式，依据子模
式 /模式映象的定义，确定应读入模式中的哪些记录；
? 4 DBMS调用物理模式，依据模式 /物理模式映象的定
义，确定应从那个文件，用什么存取方式，读入哪个
或哪些物理记录；
1.5.5 DBMS的工作步骤 (2)
? 5,DBMS向操作系统发出执行读取所需物理记
录的命令；
? 6.操作系统执行读数据的有关操作；
? 7.操作系统从数据库的存储区送至系统缓冲区；
? 8.DBMS依据子模式 /模式映象的定义,导出应用
程序 A所要读取的记录格式；
? 9.DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程
序 A的用户工作区；
? 10.DBMS向应用程序 A返回命令执行情况的状态
信息。
1.5.5 DBMS的工作过程演示 (读记录 )
数据库
系统缓冲区
应用程序
程序工作区
DBMS
OS
概念模式
物理模式
外模式1读记录
2检查权限
3读取逻
辑记录
4读取物
理记录5读取物理记
录
6读数据
7送数据
8读记录
9送记录
OK!
1.5.6 DBMS实现方法
? DBMS是建立在操作系统环境之上,根据操作系统的特点,
用不同的方法,利用操作系统的基本功能来实现。一般
有四类实现 DBMS的方法。
? 1,N方案,DBMS与应用程序融合在一起,N个用户的系
统中只有 N个进程。
? 2,2N方案：一个 DBMS进程对应一个用户进程。
? 3,M+N方案：多个 DBMS进程对应多个用户进程。
? 4,N+1方案：一个 DBMS进程对应所有用户进程。
? 5,四方案比较
1.5.6 DBMS实现方法, N方案
AP1
DBMS DBMS
SGA
DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法, 2N方案
AP1
DBMS DBMSSGA DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
服务进程池
1.5.6 DBMS实现方法,M+N方案
AP1
DBMSSGA DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法,N+1方案
AP1
DBMS
AP3AP2 u1 u2
OS
文件DB
1.5.6 DBMS实现方法比较演示
OS
U1 U2
文件DB
AP1 AP2 AP3
DBMS DBMS DBMS
DBMS DBMS DBMS
服务进程池
DBMS DBMS
N方案 2N方案 N+M方案 N+1方案
1.5.6 DBMS实现四个方案比较（ 1）
N方案 2N方案 M+N方案 N+1方案
原
理
DBMS 的基本成份通
常设计成可重入代码。
用户使用 DBMS时，调
用的 DBMS模块被加入
到用户进程中。 DBMS
与应用程序之间预先
建立联结，在运行时，
DBMS模块被用户进程
按子程序调用，借助
操作系统的调度完成
对用户程序的运行服
务。加 DBMS与应用程
序融合在一起,N个用
户的系统中只有 N个进
程
每个用户进程均
有一个称为影子
进程的 DBMS进
程为之服务。若
干后台进程负责
读写数据库、监
控、写日志等工
作。进程总数据
接近用户数据的
2倍。一个 DBMS
进程对应一个用
户进程
在 N个用户的
系统中有 M个
DBMS进程为
之服务
（ M<N）。
多个 DBMS进
程对应多个用
户进程。
整个 DBMS仅使用
一个进程，多个数
据库用户向其发消
息以申请数据库服
务，这些消息挂在
DBMS进程的消息
队列中。 DBMS进
程完成一个用户进
程的请求后，把结
果作为消息发回给
相应用户，然后执
行下一个请求。一
个 DBMS进程对应
所有用户进程
1.5.6 DBMS实现四个方案比较（ 2）
N方案 2N方案 M+N方案 N+1方案
优点 实现简单，
不用考虑用
户与 DBMS
之间的通信
问题
各个 DBMS进程的
代码段可以共享。
减少了进程
总数和通信
开销，提高
了内存利用
率。
内存利用率高难
度，性能好
缺点 占用更多内
存，系统性
能不高
内存需求仍很大，
不适合大量用户的
联机事务处理应用
用。
内存开销还
可减少
实现复杂，消息
通信机制开销大
实例 FOXBASE ORACLE,INGERS、
INFORMIX早期版
ORACLE7、
INFORMIX
SYSBASE
1.6 小结
? 信息、数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统是必
须理解的概念。
? 计算机数据管理技术经历了手工管理、文件管理、数据库
管理三个阶段。
? 数据库技术经历了层次、网状、关系、面向对象的发展。
研究领域涉及 DBMS、关系理论、数据库设计理论,MIS
开发等方面。
? DBS由三级模式结构和二级映象构成。
? DBS体系结构有：单机结构、集中式、分布式,B/S,C/S
几种形式。
? DBMS是数据库系统的管理核心。
1.7 习题
? 1.1 什么是信息, 数据, 数据库和数据库系统？
? 1.2 数据处理和数据管理各包括哪些内容？
? 1.3 数据库系统和文件系统有何区别？ 数据库系统有什
么优点？
? 1.4 DBS的模式结构如何构成？ 数据独立性如何保证？
? 1.5 试述 C/S结构的原理, C/S结构有何优缺点？
? 1.6 试述 B/S结构的原理, B/S结构有何优缺点？
? 1.7 DBA的主要职责有哪些？
? 1.8 简述数据库系统的工作过程 。
