《数据库技术概述》PPT课件.ppt

第三篇 数据库技术,数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志,第三篇 数据库技术,第一章 数据库概述 第二章 关系数据库 第三章 关系数据库标准语言SQL 第四章 关系数据库设计 第五章 数据库应用系统的设计与实现,数据库举例,例子1 ：Mary Richards 房屋粉刷 个体户 单用户数据库 3张表(顾客, 业务, 信源) 需要数据: 记录和跟踪她的业务记录 记录报价估计 跟踪相关信源 提供邮寄标签 建立输入窗体 输出报表,Mary Richards的表,信源 顾客 业务,数据库举例,例子2 Treble Clef Music（乐器出租店） 多用户数据库在局域网（店经理、销售员） 3张表(客户, 乐器, 租赁) 需要数据: 跟踪乐器租赁 处理多客户同时租赁同一件乐器,客户窗体1维护客户数据,租赁协议窗体2记录租赁情况,乐器窗体3乐器数据及租赁历史,使用者想要到看的是报告, 窗体和查询结果 而不是简单的数据。 目标：了解并掌握设计和创建上述类似的数据库和应用程序的基本方法。,第一章 数据库概述,1.1 数据管理技术的产生和发展 1.2 数据库系统简介 1.3 常用数据模型 1.4 数据库应用结构,1.1 数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(40年代中-50年代中) 文件系统阶段(50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(60年代末-现在),应用程序与数据的对应关系(人工管理),人工管理,应用程序，数据不保存 无直接存取存储设备 没有操作系统,文件处理系统,数据冗余度大 数据文件间是独立的 重复的 程序与数据不独立 例身份证号位数扩大 数据的不完整性,应用程序与数据的对应关系(文件系统),缺乏对数据有效统一的控制,数据可长期保存,应用程序、DBMS、DB的对应关系(数据库系统),数据库系统（DBS）,特点： 数据是集成的 数据冗余少 程序/数据独立性 易于提供安全保障 容易提供符合用户不同要求的信息。,高级语言中嵌 入数据库的操作,提供数据库语言，完成数据的定义和访问,数据库系统的构成,1.2 数据库系统简介,一、数据库,数据库：是自描述的集成记录的集合。 用户数据（用户的表） 元数据（关于结构的描述） 应用元数据（窗体、查询、报表等应用组件） 索引信息,用户数据：大多数数据库把用户数据表示为关系。 列：属性，行：对应业务环境中实体的记录,元数据：关于结构的描述,客户窗体1维护客户数据,应用元数据：窗体、报表、查询等应用组件,二、数据库管理系统（DMS）,设计工具子系统 产生表、窗体、查询、报表的工具 提供编程语言和对编程语言的接口 运行子系统 处理用设计工具开发的应用组件 例：在运行期打开窗口时，自动将数据从表中提出，并显示在窗体上。 DBMS引擎 从上两个组件接受请求（根据表、行和列声明），并把它们翻译成对操作系统的命令，以便读写物理介质上的数据。,三、创建数据库,表：用表存储数据,数据库模式定义了数据库的结构、表、关系、域和业务规则。 数据库模式是一种设计，数据库和应用正式建立在此基础上的。,一个模式的例子：,学生(学号，姓名，所在系) 系(所在系，系主任姓名),两个表：,联系： 系学生 1对多 1：n,域：是一列可以拥有的集合。,业务规则：反映在数据库和数据库应用程序中的业务活动的约束 例：学号唯一性。,创建表,定义联系,四、应用组件（Components of Applications）,Forms：用窗体查看、添加和更新表中的数据。 Queries：用查询查找和检索所需的数据。 Reports：用报表以特定的版式分析或打印数据。 Menus：用菜单组织应用组件。 Application Programs：可用特定于DBMS的语言编写（SQL)，也可通过预定义的编程接口的标准语言(如：VB）编写。,A Browser Data Entry Form,窗体Forms,用窗体查看、添加和更新表中的数据。,1. 图形元素（如线条、矩形）存储在窗体的设计中。 2. 来自基础记录源中的字段。 3. 计算结果来自存储在报表设计中的表达式。 4. 说明性文本存储在窗体的设计中。,用窗体查看、添加和更新表中的数据。,窗体Forms,查询Queries,A Query in Microsoft Access,用查询查找和检索所需的数据。,报表Report,A Report in Microsoft Access,用报表以特定的版式分析或打印数据,菜单Menu,A Menu in Microsoft Access,用菜单组织应用组件,1.3 数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现,数据模型(续),数据模型分成两个不同的层次 (1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 (2) 数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。,数据模型(续),客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。,数据模型(续),数据建模：根据用户的数据视图建立系统模型的过程 常用的数据建模工具： 实体联系（E-R）模型 语义对象模型 数据模型三要素： 数据结构 数据操作 完整性约束,1976年提出,1988年提出,对象数据类型的集合，记录、数据项和类型,各种对象的实例数据允许执行的操作的集合,完整性规则的集合,1.3.1 数据模型,非关系模型 层次模型（Hierarchical Model） 数据结构：树 网状模型(Network Model ) 数据结构：图 关系模型(Relational Model) 数据结构：表 面向对象模型(Object Oriented Model） 数据结构：对象,一、层次模型,层次模型：一棵倒置的树,层次数据模型的数据结构,层次模型的优缺点,优点 层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解 性能优于关系模型，不低于网状模型 层次数据模型提供了良好的完整性支持 缺点 多对多联系表示不自然 对插入和删除操作的限制多 查询子女结点必须通过双亲结点 层次命令趋于程序化,典型的层次数据库系统：IMS数据库管理系统,特点： 是一个数据结点有不止一个父结点,二、网状数据模型,网状数据模型的数据结构,网状模型的优缺点,优点 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲 具有良好的性能，存取效率较高 缺点 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握 DDL、DML语言复杂，用户不容易使用,典型的网状数据库系统：DBTG系统,关系模型： 关系数据形式上是一个二维表（table），表描述了一类应用对象的实例状态，表中的数据要满足完整性约束要求,关系型数据库实例学生花名册,三、关系数据模型,关系数据模型的数据结构(续）,关系必须是规范化的，满足一定的规范条件 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不 可分的数据项。,关系模型的优缺点,优点 建立在严格的数学概念的基础上 概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用 实体和各类联系都用关系来表示。 对数据的检索结果也是关系。 关系模型的存取路径对用户透明 具有更高的数据独立性，更好的安全保密性 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作 缺点 存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型,典型的关系数据库系统,ORACLE 、SYBASE、INFORMIX DB/2、SQL Server、ACESS,四、对象模型,对象模型: 以对象模型组织的数据库叫面向对象数据库 对象: 封装了数据和操作，子对象继承父对象的数据和操作，类对象定义封装和继承的形式，每个实例对象只存储各属性的数据，当向该实例对象发消息时，根据实例对象查出其类对象，从中找出方法并检查无误后以实例对象的数据处理该消息。 对象式数据库的特性： 检索效率高、自然合理,1.3.2 概念模型,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言 对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解。,一、信息世界中的基本概念,(1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。 可以是具体的人、事、物或抽象的概念。 (2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。 一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。,(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画。同类实体称为实体型 (6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集 (7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系,一个课程关系的例子,四个属性,六个元 组,候选码,主码,或,关键字（Key）或 主码：唯一标识实体的属性集称为关键字。,实体所具有的某一特性称为属性,主码是由现实世界的实际情况决定的。 数据库开发者必须通过了解用户的实际情况来决定哪些属性可做主关键字,属性,主码,属性,主码,主码,联系的表示方法示例,两个实体型间的联系,联系的表示方法示例(续),二、 概念模型的表示方法,概念模型的表示方法很多 实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型,E-R图,实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体名。,学生,教师,E-R图(续),属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来,E-R图(续),联系 联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n） 联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来,联系属性的表示方法,1.4 数据库应用结构,数据库系统外部的体系结构 从数据库最终用户角度看 单用户结构 多用户结构 集中式结构 分布式结构 客户/服务器结构（C/S） 浏览器/服务器结构（B/S）,一、 单用户应用结构,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,二、多用户结构集中式应用结构,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,三、多用户结构分布式结构,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。 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。,浏览器/服务器(B/S)结构 客户机端仅安装通用的浏览器软件实现同用户的输入/输出，而应用程序在服务器端安装和运行。 服务器端，除了有DB服务器保存数据并运行基本的DB操作外，还有称作应用服务器的服务器来处理客户端提交的处理要求。即C/S结构中客户端运行的程序转移到了应用服务器中。 应用服务器充当客户机与DB服务器的中介，架起用户界面同DB之间的桥梁,故也称为三层结构。,四、多用户结构客户服务器（C/S）结构,把DBMS功能和应用分开 服务器：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 客户端：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（客户端）,请求,结果,主流的产品： SQL Server、Sybase、Oracle、Informix和IBM的DB2,客户服务器结构的优点,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,客户服务器结构的缺点,“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。,五、多用户结构浏览器/服务器(B/S)结构,浏览器/WWW服务器/数据库服务器结构示意图 实现三层结构的软件： 客户端：实现同用户的输入/输出（“瘦客户”） 例：浏览器 Microsoft IE 应用服务器：应用服务器的服务器来处理客户端提交的处理要求 例：Web服务器有Microsoft的IIS（Internet Information S