第1章 数据库系统基本概念

第1章数据库系统基本概念本章主要内容数据库系统应用实例数据库系统的组成数据库系统的优点1.1数据库系统应用实例1.图书馆数据库系统的应用一个查询应用程序界面一个查询应用程序结果图书馆数据库图书馆数据库系统工作原理用户通过应用程序输入查询条件，应用程序将查询条件转换为查询命令，将该命令发给DBMS；DBMS根据接收到的查询命令从图书馆数据库中取出数据返回给应用程序；应用程序按用户通俗易懂的格式显示查询结果。2.学生选课数据库系统的应用成绩录入应用程序界面学生数据库学生数据库系统工作原理用户（老师）通过应用程序输入成绩、应用程序将输入的成绩转换为插入命令，并将该命令发送给DBMS；DBMS执行插入命令将数据存入数据库中；查询的过程，学生通过应用程序输入查询条件，应用程序将查询条件转换为DBMS能够接收的查询语句，传递给DBMS，DBMS执行查询语句，查到所需的成绩，并将成绩返回给应用程序，应用程序将成绩显示给学生。概括：（1）数据库由若干张相互关联的表格组成。（2）数据库管理系统是一个管理数据库的软件。（3）数据库系统的组成。4.数据库系统各个部件之间的关系用户与数据库应用（即应用程序）交互；应用程序与DBMS交互；DBMS访问数据库中的数据,返回给应用程序；应用程序按用户的习惯显示得到的数据。5.课程学习的目标设计数据库（表结构和联系）；利用DBMS操纵数据库（用DBMS的标准语言SQL操纵数据库）-熟练使用SQL。数据库应用程序开发不在本课程中学习1.2数据库系统的组成数据库数据库（Database，简称DB），是一个有结构的、集成的、可共享的、统一管理的数据集合。所谓有结构的，指的是数据是按一定的模型组织起来的。数据模型可用数据结构来描述。数据模型决定数据的组织方式、操作方法。理解数据库的前提是理解数据模型。现在的数据库多数是以关系模型来组织数据的。可以简单地把关系模型的数据结构－关系理解成为一张二维表。所谓集成的，是指数据库中集中存放着企业各种各样的数据。集中存放的好处是：一个数据只需一个备份，重复存储少，即消除了数据的冗余。没有数据冗余，也就能保证数据的一致。所谓共享，指的是数据库中的数据可以被不同的用户使用。也就是说，每一个用户可以按自己的要求访问相同的数据库。所谓统一管理的，指的是数据库由DBMS统一管理，任何数据访问都是通过DBMS来完成的。数据库管理系统数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）是用来管理数据库的一种商品化软件。所有访问数据库的请求都由DBMS来完成的。DBMS提供了操作数据库的许多命令（语言），即SQL语言。用户发送SQL命令，DBMS按命令操作数据库。DBMS的主要功能：•数据定义的功能。DBMS提供数据定义语言(DataDefinitionLanguage，DDL)。通过DDL，可以方便地定义数据库中的各种对象。如定义Students表结构。•数据操纵的功能。DBMS提供数据操纵语言(DataManipulationLanguage，DML)。通过DML，实现数据库中数据的基本操作。如向Students表中插入一行数据。•安全控制和并发控制的功能。如控制非法用户访问数据库。•数据库备份与恢复的功能。对数据库进行定义备份，以便数据库遭遇意外时，能恢复。注意：DBMS这一术语通常指的是某个特定厂商的特定产品。例如MicrosoftSQLServer2000产品。但有时企业的人员用数据库这一术语来代替DBMS，甚至代替DBS，这种用法是不恰当的，但却非常非常普遍，所以要注意区分。数据库应用程序数据库应用程序是计算机专业人员利用某种高级语言，为实现某些特定功能而编写的程序，如查询程序、报表程序等。应用程序是用户与数据库之间的桥梁。应用程序与DBMS交互，DBMS访问DB。用户用户是使用数据库的人员。可分为：应用程序员（应用程序）、最终用户（终端用户、一般用户）、数据库管理员。应用程序员开发应用程序,应用程序通过DBMS访问数据库。最终用户使用应用程序来访问数据库。数据库管理员负责数据库系统的安全控制与正常运行。利用DBMS提供的各种工具访问数据库。注意：用户的划分没有严格的界限。应用程序员、最终用户、DBA都可以利用DBMS产品提供的客户端工具（应用程序）访问数据库。1.3数据管理技术的比较1.文件系统阶段文件系统是一个系统软件。文件系统管理数据的方法：把数据组织成一个个文件，通过管理文件，达到管理数据的目的。一个文件就是一组逻辑相关的数据。文件系统管理数据示例：文件系统管理数存在的缺点•数据是分离的。文件之间彼此分离，不共享。•数据是重复的。不同应用程序使用不同的数据文件，即使共同的数据，也必须分别建立自己的文件。－重复存放，冗余度大。•数据独立性差。应用程序与文件紧密结合。文件结构改变，应用程序也改变。•数据难以按用户的需要表示。因为在文件系统中，数据缺乏逻辑结构。2.数据库系统阶段数据按数据模型组织。所有数据实行集中存放，即存放在数据库中，一个数据库就是所有相关数据的集合。集中管理：由一个软件DBMS实行统一管理。应用程序通过DBMS访问数据，与数据分离。数据库系统管理数据示例：数据库系统管理数据特点：•数据是集成的、共享的。•数据重复小。•数据独立性好。•数据结构化，易于按用户的视图表示。数据库系统的数据独立性•为什么具有数据独立性？答：三级模式结构。•什么是三级模式结构？答：如右图所示。•数据库的三级模式：外模式、概念模式、内模式。•什么是模式呢？模式就是数据的一种抽象描述。•内模式是数据库中数据的存储结构、存储方法、存取策略等的描述，也称物理模式、存储模式。•概念模式是数据库中数据的逻辑结构的描述，也称模式、概念结构。•外模式是单个用户用到的数据逻辑结构的描述，通常也称视图、子模式。•一个数据库只有一个内模式，一个概念模式，但可以有多个外模式。•实际的物理数据库与内模式对应，用户使用外模式。•一个三级模式结构的数据库示例：示例解释：示例中有两个外模式，一个内模式和一个概念模式。内模式描述的是数据是如何存储的，这里的存储结构是“结构STRUCT”。概念模式是所有数据的抽象描述，如例中，用一个关系模式来表示的。示例解释（续）：外模式1是用户1用到数据的描述，外模式2是用户2用到数据的描述，也用关系模式表示。请注意，外模式1中学号、姓名字段，外模式2中学号、性别、姓名、所在系等字段实际上并不存在？那么用户是如何用外模式存取数据的呢？答案是通过DBMS三级模式和二级映射机制。二级映射即外模式到模式的转换，表示为“外模式/模式”映射，模式到内模式的转换，表示为“模式/内模式”映射。数据库管理系统（DBMS），不仅提供三级模式的定义语言，而且还提供了三级模式之间相互转换的机制，即二级映射机制。外模式/模式映射，定义了外模式到模式之间的对应关系。是在外模式中定义的。模式/内模式映射，定义了模式到内模式之间的对应关系。在模式中描述的。示例中，由外模式/模式映射，将外模式1的“学号”字段转换为模式中的Sno字段，再通过模式/内模式映射，将模式的“Sno”字段转换为内模式中的一个存储域：charSno[10]，该域中用来真正放着Sno的值。结果：用户1不需关心数据的物理存储结构。这就是数据独立性。数据独立性的定义与内容数据独立性是指应用程序不因物理存储的改变而改变。数据独立性包含逻辑独立性和物理独立性。逻辑独立性是指概念模式改变时，外模式保持不变，从而使应用程序保持不变。当数据库的概念模式改变时，DBMS只要改变外模式到模式的映射，就可保持外模式不变。从而使应用程序保持不变。物理独立性是指内模式改变时，概念模式保持不变。因为当内模式改变（如数据库的存储设备或存储结构改变）时，DBMS只要通过改变概念模式到内模式映射，从而使概念模式保持不变，实现了数据的物理独立性。DBMS实现的三级模式和二级映射机制，使得数据库系统具有较高的逻辑独立性和物理独立性。数据独立性的意义：实现数据独立性，才能真正减少应用程序的开发时间，提高应用程序的质量。ToBeContinued…