普通高等教育“十一五”国家级规划

普通高等教育“十一五”国家级规划教材数据库技术及应用

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

数据库技术及应用陈刚 主编

中国水利水电出版社

普通高等教育“十一五”国家级规划教材数据库技术及应用

第1章 数据库系统概述

本章重点内容

数据库技术的基本概念、数据库系统的 组成 数据模型的概念及分类 数据库管理系统的概念

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1.1 问题的提出

1.1 数据库理论及其应用技术– 数据库理论及其应用技术是计算机学科的一个重要

分支，它是在人们运用计算机进行数据处理过程中， 产生的一门有关数据采集、整理、存储、分类、排 序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列操作 过程的知识和技术。 – 数据库技术是计算机科学中最活跃、应用最广泛的 分支之一，也是近年得到广泛应用和快速发展的领 域。

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1.1 问题的提出1.1.2 数据库应用实例分析 教学案例：发票管理系统 发票样本：

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1.1 问题的提出

发票管 理系统 的软件 设计人 员和用 户的沟 通过程

用户：我要管理我的销售发票，软件可以开具新发票，并打印在已经由税 务部门印好的发票上。 软件设计人员：需要你提供发票的样本格式，提供你的发票开具过程，提 供你的发票管理制度。 用户：给设计人员发票原始样张，发票开具流程为，客户购买商品，输入收 费名目(要求能够从计算机中选择) ,输入数量，软件自动根据收费项目得到 单价，并计算出金额，转换成人民币大写。 软件设计人员： 对于发票的收费项目是不是固定有一个对应的收费单价？ 发票开错了怎么办？数据库中是否保留错了的发票数据？ 用户：发票收费项目的收费单价相对固定，但是可以调整的；发票如果开错 了并打印出来了，那么打印的发票作废，同时计算机中的数据也不能丢失， 标记为作废。 软件设计人员： 发票的安全性问题那？发票的数据都需要进行什么样的报 表输出？ 用户：发票由专人开具，每张发票有一个唯一的发票号，在右上角印刷好， 每张发票右下角要打印上开票人的姓名；软件可以对当前的发票按时间进行 统计，并能够打印出统计表和转成 Excell 文件输出。

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1.2 基本概念

1.2.1 信息与数据 1.信息 信息是现实世界中各种事物的存在方式、运动形 态以及它们之间的相互联系等诸要素在人脑中的 反映，通过人脑的抽象后形成概念。 2.数据 数据一般是指信息的一种符号化表示方法，就是 说用一定的符号表示信息，而采用什么符号，完 全是人为规定。所以数据的概念包括两个方面含 义：一是数据的内容是信息，二是数据的表现形 式是符号。6

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3.信息与数据的关系 数据是承载信息的物理符号或称之为载体，而

信息是数

据的内涵。 二者的区别是：数据可以表示信息，但不是任 何数据都能表示信息，同一数据也可以有不同 的解释。信息是抽象的，同一信息可以有不同 的数据表示方式。 1.2.2

数据处理 数据

数据处理是指将数据转换成信息的过程。

→ 处理 → 信息7

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数据处理实例

人们有时说的“信息处理”,其真正含义应该是为了 产生信息而处理数据。例如，学生的“出生日期”是 有生以来不可改变的基本特征之一，属于原始数据， 而“年龄”是当年与出生日期相减而得到的数字，具 有相对性，可视为二次数据。同样道理，“参加工作 时间”、产品的“购置日期”是职工和产品的原始数 据，工龄、产品的报废日期则是经过简单计算得到的 结果。数据处理任务的矛盾焦点不是计算，而是把数据管理好。

数据管理是指：数据的收集、整理、组织、存储、查 询、维护和传送等各种操作，是数据处理的基本环节 ，是任何数据处理任务必有的共性部分8

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1.3 数据库技术的发展 1.3.1 数据库技术发展的阶段划分 1. 人工管理阶段 (1)人工管理阶段的背景 20世纪50年代中期以前 (2)人工管理阶段的特点： 1)数据不保存 2)应用程序管理数据 3)数据不能共享 4)数据不具有独立性9

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( 3 )人工管理阶段的程序与数据的关 系程序 1 数据 1

程序 2

数据 2

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2.

文件系统阶段

(1)文件系统阶段的背景 20世纪50年代后期至60年代中期 在数据文件中常涉及下列术语： 数据项：描述事物性质的最小单位。 记录：若干数据项的集合，一个记录表达一个 具体事物。 文件：若干记录的集合。 (2)文件系统阶段的特点： 1)数据可以长期保存 2)文件系统管理数据 3)数据具有较低的共享性差，冗余度大 4)数据独立性差

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(3)文件系统阶段程序与数据的关系程序 1 文件管 理系统 文件 1

程序 2 程序 3

文件 2

文件 3

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3. 数据库系统阶段 (1)数据库系统阶段的背景 从20世纪60年代后期 (2)数据库系统阶段的特点： 1)数据结构化 是数据库系统与文件系统的本质区别。例： 学生人事记录。数据面向整个系统。

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2)数据共享性高，冗余度低，易扩充 3)数据独立性高 物理数据独立性：指用户的应用程序与 存储在磁盘上的数据库数据是相互独立 的。数据在磁盘上的数据库存储是由 DBMS管理的。 逻辑数据独立性：指用户的应用程序与 数据库的逻辑结构是相互独立的。 4)数据由DBMS统一管理和控制 14

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3.数据库系统阶段程序与数据的

关系应用 1 数据库 管理系统 应用 3

应用 2

数据库

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(4)具有数据控制功能 数据完整性控制：是指存储数据的正确性、有效性，用以 将数据控制在有效的范围内。 数据安全性控制：是保护数据不被非法使用，从而造成数 据的泄密和破坏。 并发控制：对多用户的并发操作加以控制和协调。 数据库恢复：将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确 转换。 (5)数据库的概念 数据库是以一定组织方式长期存储在计算机内的、独立于 应用并可被多用户、多应用程序共享的数据集合。 1.3.2 现代数据库发展阶段 20世纪80年代以来，数据库技术得到了极大的发展。 16

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1.4 数据库系统的组成与结构

1.4.1 数据库系统的 组成 数据库系统是指引 进数据库技术后的 计算机系统。数据 库系统一般由支持 数据库运行的软硬 件、数据库、数据 库管理系统、数据 库管理员和用户等 部分组成的。

数据库应用系统 数据库管理系统 操作系统 硬件

用户 数据库管理员

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1.硬件与软件 (1)硬件、(2)软件、(3)应用程序 2.数据库 数据库是长期存贮在计算机内有组织的大量的共享数据集合。 它可以是各种用户互不影响，具有最小冗余度和较高的数据 独立性。 3.数据库管理员 大型数据库通常由专业人员设计，还要有专职的数据库管理 员(DBA:DataBase Administrator)进行管理。 4.用户 数据库系统的用户分为以下两类： 最终用户：分为：偶然用户、简单用户和复杂用户。 专业用户：这类用户主要是应用系统开发人员。 18

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1.4.2 数据库系统结构 从数据库管理系统的角度，数据库系统通常采用 三级模式结构，这是数据库管理系统内部的系统 结构。从数据库最终用户的角度看，数据库结构 分为集中式、分布式、客户 / 服务器和并行结构 等。 美国国家标准委员会(ANSI)所属的标准计划 和要求委员会(SPARC:Standards Planning And Requirements Committee)在1975年公布了关于数 据库标准报告，提出了数据库的三级组织结构， 称为SPARC分级结构。

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应用程序 1

应用程序 2

应用程序 2

外模式 1

外模式 2

外模式(用户级数据库)

外模式/模式映射

模 式 模 式(概念级数据库) 模式/内模式映射

DBMS内模式(物理级数据库) 内模式 操作系统

物理数据 库20

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1.内模式 内模式也称为存储模式，它是数据库在物理 存储器上具体实现的描述，是数据在数据库 内部的表示方法，也是数据物理结构和存储 方式的描述。一个数据库只有一个内模式。 2.模式 模式也称为逻辑模式或概念

模式，是对数据 库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是 数据库系统模式结构的中间层。一个数据库 只有一个模式。 模式是数据项值的框架。数据库系统模式通 常还包含有访问控制、保密定义、完整性检 查等方面的内容。21