1、1,數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用,主講：向小華,水文水資源學(xué)院,2/42,個(gè)人信息,電話:辦公室),Add your title in here,手機(jī):Email: ,QQ: 11431454,3/42,幾個(gè)小問(wèn)題,以前知道數(shù)據(jù)庫(kù)嗎？知道哪幾種數(shù)據(jù)庫(kù)？試舉幾個(gè)例子,是否自己有計(jì)算機(jī)？,是否選修過(guò)VB？,4/42,如何學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)？,聽(tīng),實(shí)踐,5/42,課程考核,平時(shí)成績(jī)：50,最后考核：50,上課出勤情況 課堂回答問(wèn)題 作業(yè)完成情況 小組開(kāi)發(fā)的DBMS,考核形式：開(kāi)卷or半開(kāi)卷？,6/42,本節(jié)內(nèi)容,7/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段 (

2、50年代后期至60年代中期),人工管理階段 (50年代中期以前),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段 (60年代末開(kāi)始),8/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,人工管理階段,打孔卡片,紙帶,盒式錄音磁帶,盤(pán)式磁帶,9/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,人工管理階段,這一階段計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。 硬件中的外存只有卡片、紙帶、磁帶，沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取設(shè)備。 軟件只有匯編語(yǔ)言，沒(méi)有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件。 數(shù)據(jù)處理的方式基本上是批處理。,10/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,人工管理階段 數(shù)據(jù)不保存 當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，對(duì)于數(shù)據(jù)保存的需求尚不迫切 系統(tǒng)沒(méi)有專用的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 每個(gè)應(yīng)用程序都要包括數(shù)

3、據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等，程序員負(fù)擔(dān)很重。 數(shù)據(jù)不共享 一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序，多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須各自定義，因此程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性 程序依賴于數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)的類型、格式、或輸入輸出方式等邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，必須對(duì)應(yīng)用程序做出相應(yīng)的修改。,11/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,人工管理階段,12/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段,5寸盤(pán),3寸盤(pán),磁鼓,13/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段,這一階段，計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算，還大量用于信息管理。大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)成為緊迫的需求。 硬件有了磁盤(pán)

4、、磁鼓等直接存儲(chǔ)設(shè)備。 在軟件方面，出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)中有了專門(mén)管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱為文件系統(tǒng)。 處理方式有批處理，也有聯(lián)機(jī)處理。,14/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段 1)數(shù)據(jù)以文件形式可長(zhǎng)期保存下來(lái) 用戶可隨時(shí)對(duì)文件進(jìn)行查詢、修改和增刪等處理。 2)文件系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行管理 程序員只與文件名打交道，不必明確數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)，大大減輕了程序員的負(fù)擔(dān)。 3)文件形式多樣化 有順序文件、倒排文件、索引文件等，因而對(duì)文件的記錄可順序訪問(wèn)，也可隨機(jī)訪問(wèn)，更便于存儲(chǔ)和查找數(shù)據(jù)。 4)程序與數(shù)據(jù)間有一定獨(dú)立性 由專門(mén)的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，程序和數(shù)據(jù)間由軟件提

5、供的存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)生變化不一定影響程序的運(yùn)行。,15/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段,16/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,文件系統(tǒng)階段缺點(diǎn),1)數(shù)據(jù)冗余度大 各數(shù)據(jù)文件之間沒(méi)有有機(jī)的聯(lián)系，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不能共享。 2)數(shù)據(jù)獨(dú)立性低 數(shù)據(jù)和程序相互依賴，一旦改變數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，必須修改相應(yīng)的應(yīng)用程序。 而應(yīng)用程序發(fā)生變化，如改用另一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，也需修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 3)數(shù)據(jù)一致性差 由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，在進(jìn)行更新操作時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。,17/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,光盤(pán),移動(dòng)硬

6、盤(pán),U盤(pán),18/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,60年代后期，計(jì)算機(jī)應(yīng)用于管理的規(guī)模更加龐大，數(shù)據(jù)量急劇增加； 硬件：出現(xiàn)了大容量磁盤(pán)，使計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)存取大量數(shù)據(jù)成為可能； 硬件價(jià)格下降，而軟件價(jià)格上升，使開(kāi)發(fā)和維護(hù)系統(tǒng)軟件的成本增加。文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法已無(wú)法適應(yīng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的需要。 為解決多用戶、多個(gè)應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的需求，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門(mén)軟件系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。,19/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,1)數(shù)據(jù)共享性高、冗余少 數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用程序而是面向整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)前所有用戶可同時(shí)存取庫(kù)中的數(shù)據(jù)。 減少了不必要的數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間，

7、同時(shí)也避免了數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。 2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 按照某種數(shù)據(jù)模型，將各種數(shù)據(jù)組織到一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)中，整個(gè)組織的數(shù)據(jù)不是一盤(pán)散沙，可表示出數(shù)據(jù)之間的有機(jī)關(guān)聯(lián)。,20/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,3) 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高,數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，由于應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)編寫(xiě)的，所以應(yīng)用程序不必須修改，從而保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨(dú)立性。,當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。,21/42,數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,22/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù),用戶,應(yīng)用程序,硬件,軟件,D

8、BMS,DBMS：Database Management System 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成,23/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),硬件,24/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式,內(nèi)模式 模式 外模式,25/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),又稱存儲(chǔ)模式或內(nèi)視圖，是三級(jí)結(jié)構(gòu)中的最內(nèi)層，也是靠近物理存儲(chǔ)的一層，即與實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式有關(guān)的一層，由多個(gè)存儲(chǔ)記錄組成，但并非物理層，不必關(guān)心具體的存儲(chǔ)位置。 DBMS 提供內(nèi)模式描述語(yǔ)言（內(nèi)模式 DDL）來(lái)定義內(nèi)模式。 在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，內(nèi)模式只能有一個(gè)。 內(nèi)模式是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際存儲(chǔ)的表示,內(nèi)模式,26/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),模式,又稱概念模式或概念

9、視圖。是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。視圖可理解為一組記錄的值，用戶或程序員看到和使用的數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容。 模式處于三級(jí)結(jié)構(gòu)的中間層，它是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際存儲(chǔ)的抽象表示，也是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)抽象，是現(xiàn)實(shí)世界某應(yīng)用環(huán)境(企業(yè)或單位)的所有信息內(nèi)容集合的表示，也是所有個(gè)別用戶視圖綜合起來(lái)的結(jié)果，所以又稱用戶共同視圖。 DBMS 提供模式描述語(yǔ)言(模式 DDL)來(lái)定義模式。 模式只能有一個(gè)。,27/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),外模式,又稱子模式或用戶模式或外視圖，是三級(jí)結(jié)構(gòu)的最外層，個(gè)別用戶只對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分感興趣，所以外視圖是個(gè)別用戶看到和使用的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，因此也常把外視圖稱為用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。 它

10、由多種外記錄值構(gòu)成，這些記錄值是概念視圖的某一部分的抽象表示。 從邏輯關(guān)系上看，外模式包含于概念模式。 DBMS 提供子模式描述語(yǔ)言(子模式 DDL)來(lái)定義子模式。 外模式可有多個(gè)。,28/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),外模式m,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式,29/42,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式優(yōu)點(diǎn),1)保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性 將模式和內(nèi)模式分開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性； 將外模式和模式分開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 2)簡(jiǎn)化了用戶接口 按照外模式編寫(xiě)應(yīng)用程序或敲入命令，而不需了解數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，方便用戶使用系統(tǒng)。 3)有利于數(shù)據(jù)共享 在不同的外模式下可有多個(gè)用戶共享系統(tǒng)中數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)冗余

11、。 4)有利于數(shù)據(jù)的安全保密 在外模式下根據(jù)要求進(jìn)行操作，不能對(duì)限定的數(shù)據(jù)操作，保證了其他數(shù)據(jù)的安全。,30/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,組成,語(yǔ)言編譯處理程序 數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL及其編譯程序 數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML及其編譯程序 宿主型：嵌入在高級(jí)語(yǔ)言中，不能單獨(dú)使用； 自主型或自含型：可獨(dú)立地交互使用。,31/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,組成,系統(tǒng)運(yùn)行控制程序 系統(tǒng)總控程序：DBMS運(yùn)行程序的核心，用于控制和協(xié)調(diào)各程序的活動(dòng)。 安全性控制程序：防止未被授權(quán)的用戶存取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。 完整性控制程序：檢查完整性約束條件，確保進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。 并發(fā)控制程序：協(xié)

12、調(diào)多用戶、多任務(wù)環(huán)境下各應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作，保證數(shù)據(jù)的一致性。 數(shù)據(jù)存取和更新程序：實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的檢索、插入、修改、刪除等操作。 通信控制程序：實(shí)現(xiàn)用戶程序與DBMS間的通信。,32/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,組成,系統(tǒng)建立、維護(hù)程序 數(shù)據(jù)裝入程序：完成初始數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)裝入。 重組程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能變壞時(shí)(如查詢速度變慢)，需要重新組織數(shù)據(jù)庫(kù)，重新裝入數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)恢復(fù)程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)受到破壞時(shí)，將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)恢復(fù)到以前某個(gè)正確的狀態(tài)。 性能監(jiān)督程序 工作日志程序,33/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,組成,數(shù)據(jù)字典(Data Dictionary, DD) 描述數(shù)據(jù)庫(kù)

13、中有關(guān)信息的數(shù)據(jù)目錄,包括數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式、數(shù)據(jù)類型、用戶名、用戶權(quán)限等有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的信息 起著系統(tǒng)狀態(tài)的目錄表的作用 幫助用戶、DBA 、DBMS本身使用和管理數(shù)據(jù)庫(kù)。,34/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,主要功能,數(shù)據(jù)定義 DBMS提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL (Data Define Language) 定義數(shù)據(jù)的內(nèi)模式、模式和外模式三級(jí)模式結(jié)構(gòu) 定義模式/內(nèi)模式和外模式/模式二級(jí)映象 定義有關(guān)的約束條件,35/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,主要功能,數(shù)據(jù)操縱 DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML（Data Manipulation Language） Including: 檢索、插入、修

14、改、刪除 SQL語(yǔ)言就是DML的一種,36/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,主要功能,數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理 數(shù)據(jù)的安全性(security)控制：防止不合法使用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的泄露和破壞，保證數(shù)據(jù)的安全和機(jī)密。 數(shù)據(jù)的完整性(integrity)控制：系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置一些完整性規(guī)則以確保數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。 正確性是指數(shù)據(jù)的合法性； 有效性是指數(shù)據(jù)是否在其定義的有效范圍； 相容性是指同一事實(shí)的兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)相同。 并發(fā)(concurrency)控制：多用戶同時(shí)存取或修改數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，防止相互干擾而提供給用戶不正確的數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)庫(kù)受到破壞。 數(shù)據(jù)恢復(fù)(recovery)：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)被破壞或數(shù)據(jù)不可靠時(shí)，

15、系統(tǒng)有能力將數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到最近某一時(shí)刻的正確狀態(tài)。,37/42,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成及功能,主要功能,數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能 初始數(shù)據(jù)的裝入 數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)、重組織 系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等功能,數(shù)據(jù)通信 與其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行通信的功能 用戶程序與DBMS之間的通信,38/42,流行數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介,DBF（DBaseFoxbaseFoxpro）數(shù)據(jù)庫(kù)，在DOS時(shí)代風(fēng)靡一時(shí)，其特點(diǎn)是，每個(gè)表（Table）或索引（Index）都是一個(gè)獨(dú)立的文件，使用相當(dāng)簡(jiǎn)單，性能還可以，安全性非常的差，但應(yīng)用非常廣泛（主要是DOS時(shí)代遺留下來(lái)的）。它在今天還能占有一席之地，其主要原因之一是：因?yàn)楹?jiǎn)單和使

16、用廣泛，使得對(duì)它的訪問(wèn)是最容易的，甚至根本無(wú)需第三方接口，就可直接對(duì)其進(jìn)行字節(jié)級(jí)的讀寫(xiě)。但是由于每個(gè)表（Table）或索引（Index）都是一個(gè)獨(dú)立的文件，在數(shù)據(jù)庫(kù)變大之后管理上會(huì)帶來(lái)很多麻煩。而且它對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的處理，比如聲音、圖像乃至基于OLE的對(duì)象進(jìn)行處理時(shí)很不方便。,39/42,流行數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介,Access是Office辦公套件中一個(gè)極為重要的組成部分。自從1992年開(kāi)始銷售以來(lái)，Access已經(jīng)賣(mài)出了超過(guò)6000萬(wàn)份，現(xiàn)在它已經(jīng)成為世界上最流行的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。 后來(lái)微軟公司通過(guò)大量地改進(jìn)，將Access的新版本功能變得更加強(qiáng)大。與其他的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（如Visual F

17、oxPro）相比更加簡(jiǎn)單易學(xué)，一個(gè)普通的計(jì)算機(jī)用戶即可掌握并使用它。而且最重要的一點(diǎn)是，Access的功能足夠強(qiáng)大，足以應(yīng)付一般的數(shù)據(jù)管理及處理需要，當(dāng)然，配上合適的數(shù)據(jù)訪問(wèn)手段，它也能滿足多用戶，多線程的訪問(wèn)。它對(duì)于訪問(wèn)量及數(shù)據(jù)量不是太大的系統(tǒng)，尤其是桌面數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)很具優(yōu)勢(shì)，而且從它升級(jí)到SQL Server比較容易。,40/42,流行數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介,SQL Server是微軟公司的數(shù)據(jù)庫(kù)高端產(chǎn)品，其最新版本為SQL Server 2008。SQL Server 2008代表著下一代Microsoft.NET.Enterprise Servers（企業(yè)服務(wù)器）數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)。SQL server 2008是為創(chuàng)建可伸縮電子商務(wù)、在線商務(wù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)解決方案而設(shè)計(jì)的真正意義上的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理與分析系統(tǒng)。很重要的一點(diǎn)是，SQL Server很好用?？梢赃@樣說(shuō)，SQL Server是一種傻瓜型的功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從Access轉(zhuǎn)到SOL Server 2008是一件