計算機的發(fā)展史及發(fā)展趨勢精品課件管理信息系統(tǒng)浙江廣播電視大學(xué)重點課程第四章數(shù)據(jù)管理一、數(shù)據(jù)管理概述二、數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)概述三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計及實現(xiàn)四、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展一、數(shù)據(jù)管理概述數(shù)據(jù)管理的發(fā)展數(shù)據(jù)組織的層次數(shù)據(jù)管理的發(fā)展人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段人工管理階段特點（1）數(shù)據(jù)不保存（2）應(yīng)用程序直接管理數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)不能共享（4）數(shù)據(jù)不具有獨立性文件系統(tǒng)階段特點（1）數(shù)據(jù)可以長期保存（2）專門的文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)具有較低的共享性差，冗余度大（4）數(shù)據(jù)獨立性低數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化（2）數(shù)據(jù)共享性高，冗余度低，易擴充（3）數(shù)據(jù)獨立性高（4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)組織的層次在管理信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的組織采用“分層”管理的方式進行。在以計算機為主要手段的信息處理中，數(shù)據(jù)組織一般分為數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫四個層次。數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項是具有確定邏輯意義（即可描述信息內(nèi)容）的數(shù)據(jù)的最小單位。記錄記錄是具有一定關(guān)系的數(shù)據(jù)項的一個有序集合。文件文件是相關(guān)記錄的集合。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)，有組織的、可共享數(shù)據(jù)集合。二、數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫（DB）是以一定組織方式長期存儲在計算機內(nèi)的、獨立于應(yīng)用并可被多用戶、多應(yīng)用程序共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于操作系統(tǒng)與用戶之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。數(shù)據(jù)庫的建立、運行和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）是指引進數(shù)據(jù)庫技術(shù)后的計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由支持數(shù)據(jù)庫運行的軟硬件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶等部分組成的。三層模式結(jié)構(gòu)內(nèi)模式內(nèi)模式也稱為存儲模式，它是數(shù)據(jù)庫在物理存儲器上具體實現(xiàn)的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方法，也是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述。一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。模式模式也稱為邏輯模式或概念模式，是對數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。模式是數(shù)據(jù)項值的框架。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式通常還包含有訪問控制、保密定義、完整性檢查等方面的內(nèi)容。外模式外模式也稱為子模式或用戶模式，它是數(shù)據(jù)和用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)和用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。兩層映象功能“外模式/模式”之間的映射這種映射將用戶數(shù)據(jù)庫與概念數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來；實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性?！澳Ｊ?內(nèi)模式”之間的映射這種映射把概念數(shù)據(jù)庫與物理數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。模式與內(nèi)模式的映射使全局邏輯數(shù)據(jù)獨立于物理數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計及實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟實體聯(lián)系模型（ER模型）數(shù)據(jù)模型的概念及分類關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟數(shù)據(jù)庫的生命周期分為兩個重要的階段一是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計階段，二是數(shù)據(jù)庫的實施階段。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟包括用戶需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計四個階段。需求分析階段需求分析階段用戶需求的收集和分析，結(jié)果得到數(shù)據(jù)字典描述的數(shù)據(jù)需求和數(shù)據(jù)流圖描述的處理需求。數(shù)據(jù)流圖表達了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)則借助數(shù)據(jù)字典來描述。數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，它是關(guān)于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，即元數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)本身。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型，可以用ER圖表示。概念模型用于信息世界的建模。概念模型不依賴于某一個DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。概念模型可以轉(zhuǎn)換為計算機上某一DBMS支持的特定數(shù)據(jù)模型。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段將概念模型轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型（例如關(guān)系模型），并對其進行優(yōu)化。設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)應(yīng)該選擇最適于描述與表達相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，然后選擇最合適的DBMS。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）。根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，設(shè)計索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫實施階段數(shù)據(jù)庫實施階段運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言（例如SQL）及其宿主語言（例如C），根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行。數(shù)據(jù)庫實施主要包括以下工作用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、組織數(shù)據(jù)入庫、編制與調(diào)試應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫運行和維護階段數(shù)據(jù)庫運行和維護階段數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。包括數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制、數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進、數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造。實體聯(lián)系模型（ER模型）實體聯(lián)系模型反映的是現(xiàn)實世界中的事物及其相互聯(lián)系，與此有關(guān)的概念有1實體（ENTITY）“實體”是觀念世界中描述客觀事物的概念。2屬性“屬性”指實體具有的某種特性。屬性用來描述一個實體。3聯(lián)系現(xiàn)實世界的事物總是存在著這樣或那樣的聯(lián)系，這種聯(lián)系必然要在信息世界中得到反映。ER圖在ER圖中，用矩形表示實體，實體之間的關(guān)系用菱行表示，并用無向邊把菱形與有關(guān)實體連接起來，在邊上表明聯(lián)系的類型。實體的屬性可用橢圓表示，并用無向邊把實體與屬性連接起來。ER圖解題舉例請根據(jù)以下題意構(gòu)建一個學(xué)生選修課程ER圖，學(xué)生的屬性有學(xué)號、姓名、性別、入學(xué)日期和系別；課程的屬性有課程號、課程名、學(xué)分和教師；選課的屬性為成績。解答數(shù)據(jù)模型的概念一個數(shù)據(jù)模型應(yīng)當(dāng)描述數(shù)據(jù)對象的三方面的特性即（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究對象類型的集合，這些對象組成數(shù)據(jù)庫。按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，將數(shù)據(jù)模型劃分為層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。（2）數(shù)據(jù)操縱數(shù)據(jù)操縱是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象實例的操作。（3）數(shù)據(jù)的完整性約束數(shù)據(jù)的完整性約束是指在給定的數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所遵守的一組規(guī)則。用以保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性、一致性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)的完整性約束組成了數(shù)據(jù)模型，模型是人們對客觀世界的認識和理解，是對客觀世界的近似描述，也是建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。目前常用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型中。關(guān)系模型關(guān)系模型的定義有關(guān)關(guān)系模式的的基本概念ER圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系模型的定義關(guān)系模型的定義實體和聯(lián)系均用二維表來表示的數(shù)據(jù)模型稱之為關(guān)系模型。有關(guān)關(guān)系模式的的基本概念關(guān)系（RELATION）對應(yīng)于關(guān)系模式的一個具體的表稱為關(guān)系，又稱表（TABLE）。關(guān)系模式（RELATIONSCHEME）二維表的表頭那一行稱為關(guān)系模式，又稱表的框架或記錄類型，是對關(guān)系的描述。記錄（RECORD）關(guān)系中的每一行稱為關(guān)系的一個記錄，又稱行（ROW）或元組。屬性（ATTRIBUTES）關(guān)系中的每一列稱為關(guān)系的一個屬性，又稱列（COLUMN）。給每一個屬性起一個名稱即屬性名。域（DOMAIN）關(guān)系中的每一屬性所對應(yīng)的取值范圍叫屬性的變域，簡稱域。主鍵（PRIMARYKEY）如果關(guān)系模式中的某個或某幾個屬性組成的屬性組能唯一地標識對應(yīng)于該關(guān)系模式的關(guān)系中的任何一個記錄，這樣的屬性組為該關(guān)系模式及其對應(yīng)關(guān)系的主鍵。外鍵（FOREIGNKEY）如果關(guān)系R的某一屬性組不是該關(guān)系本身的主鍵，而是另一關(guān)系的主鍵，則稱該屬性組是R的外鍵。ER圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實體集到關(guān)系的轉(zhuǎn)換將能唯一標識實體的屬性填入表的第一列，同時將其他屬性依次填入表格。ER聯(lián)系到關(guān)系的轉(zhuǎn)換將與聯(lián)系相連的各實體主屬性（唯一標識各實體）依次填入表，并填上聯(lián)系自有的屬性。ER圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換舉例將以下ER圖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的關(guān)系解答解答解答學(xué)生課程選課MN性別入學(xué)日期學(xué)號姓名系別課程號教師學(xué)分課程名成績學(xué)生課程選課MN性別入學(xué)日期學(xué)號姓名系別課程號教師學(xué)分課程名成績圖學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫的ER圖人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)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)組N數(shù)據(jù)組2數(shù)據(jù)組1應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序3文件3文件2文件1存取方法文件管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系用戶和應(yīng)用程序1用戶和應(yīng)用程序2用戶和應(yīng)用程序3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件記錄數(shù)據(jù)項張三李司