數(shù)據(jù)庫的基本概念 數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個階段 三、數(shù)

1、一、數(shù)據(jù)庫的基本概念 二、數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個階段 三、數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展的三個階段,一、數(shù)據(jù)庫的基本概念,數(shù)據(jù)（ Data ）2. 信息（Information）3. 數(shù)據(jù)模型（Data Model）4. 數(shù)據(jù)庫 DB（Data Base）5. 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ DBMS ）6. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBS（Data Base System）7. 數(shù)據(jù)庫應用程序接口API（Application Programming Interfa

2、ce）8. 數(shù)據(jù)庫應用程序AP（Application Program）,1.數(shù)據(jù) （Data） 反映客觀世界的事實，并可以區(qū)分其特征的符號：字符、數(shù)字、文本、聲音、圖形、圖象、圖表、圖片等，它們是現(xiàn)實世界中客觀存在的，可以輸入到計算機中進行存儲和管理的?！　∮脭?shù)據(jù)描述的現(xiàn)實世界中的對象可以是實在的事物，如一個學生的情況：學號、姓名、性別、年齡、班級等。數(shù)據(jù)也可以描述一個抽象的事物；如用文本描述一個想法，用圖畫描述一個畫面等

3、等。這些都是數(shù)據(jù)，都可以輸入到計算機中，由計算機進行管理和操作。用數(shù)據(jù)描述客觀事物，是客觀事物的特性用數(shù)據(jù)進行表示的形式，也就是數(shù)據(jù)的語義。,數(shù)據(jù)小到可以描述一個具體的數(shù)據(jù)，大到可以描述一架飛機，一部汽車，整個宇宙。 用數(shù)據(jù)描述客觀事物，是客觀事物的特性用數(shù)據(jù)進行表示的形式，也就是數(shù)據(jù)的語義。例如，對于一個學生記錄，計算機只知道某個記錄中有學號，姓名，性別，年齡和班級等幾項數(shù)據(jù)，具體的該記錄是描述一個學生，還

4、是描述一個職工甚至一張桌子等，計算機本身并不了解，只有設計人員自己清楚這個語義。,2. 信息（information）　　由原始數(shù)據(jù)經加工提煉而成的、用于決定行為、計劃或具有一定語義的數(shù)據(jù)稱為信息。數(shù)據(jù)和信息之間的關系如同原料和成品，同時又具有相對性?！　?shù)據(jù)與信息在概念上是有區(qū)別的，不是所有數(shù)據(jù)都能成為信息，只有抽取加工之后，具有新的事實知識的數(shù)據(jù)才能成為信息。,數(shù)據(jù)經過加工處理之后成為信息，仍然以數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)，此時數(shù)據(jù)是信息的載

5、體，成為人們能動地認識和改造世界的媒體。例如，某經銷部門看到的某個地區(qū)或商店的日銷售額或月銷售額，是經過累加一天或一個月的銷售記錄而得到的。這個數(shù)據(jù)，對于銷售總管人員來說是一個原始數(shù)據(jù)，他需要根據(jù)各地區(qū)各商店的銷售額來規(guī)劃產品的市場銷售計劃和策略，從而提高其產品的市場占有率和利潤。同樣的這個數(shù)據(jù)，對于本地或本商店的銷售人員也可以看作是信息，可用來規(guī)劃下一步的促銷行動。所以數(shù)據(jù)和信息之間的關系，即是原料和成品之間的關系，又具有相對性。信息

6、是經過加工并對人類社會實踐和生產實踐活動產生決策作用的數(shù)據(jù)。,3. 數(shù)據(jù)模型（Data Model） 　數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界各種事物特征的數(shù)字化的模擬和抽象。為了把現(xiàn)實世界的具體事物轉換成計算機能處理的數(shù)據(jù)，必須用某種數(shù)據(jù)模型來抽象和描述這些數(shù)據(jù)。所以，數(shù)據(jù)模型必須能夠真實地模擬現(xiàn)實世界，又能夠方便計算機處理。 　　 不同的數(shù)據(jù)模型有不同的數(shù)據(jù)結構、不同的描述工具、對應不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。所以，不同的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都

7、與相應的數(shù)據(jù)模型相關聯(lián)。,4. 數(shù)據(jù)庫 DB（Data Base）　　數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合，也是現(xiàn)實世界中相互關聯(lián)的大量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)間關系的集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。,日常生活中，我們經常提到"庫"一詞。比如，自行車庫，汽車庫、圖書庫、糧庫和材料庫等。我們所說的糧庫是存放糧食的地方，材料庫

8、是存放材料的地方。顧名思義，數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的地方。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須按照一定的結構和一定的格式存放在計算機中，更確切的說，是存放在計算機的硬盤中。 　　數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不僅僅是存放單純的實體描述數(shù)據(jù)，還要存放數(shù)據(jù)之間的關系或聯(lián)系。,5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Data Base Management System） 　　DBMS是對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行存儲和管理的軟件系統(tǒng)。包括存儲、管理、檢索和控制數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的各種語言和工具，是一套

9、系統(tǒng)軟件?！　‖F(xiàn)在世界上已經有了很多已經成熟的DBMS軟件。例如，大家熟悉的ACCESS，F(xiàn)OXPRO，dBASE等小型DBMS軟件；大型的DBMS軟件如IBM的DB2，ORACLE，SQL SERVER，INFORMIX等等。,6. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBS（Data Base System） 一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)接口、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理員DBA。 數(shù)據(jù)庫是為多

10、用戶共享的，因此需要有人進行規(guī)劃，設計，協(xié)調，維護和管理，負責這些工作的人員稱為DBA。一般來說，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在不同的硬件和不同的操作系統(tǒng)下，運行不同的DBMS軟件版本。,7. 數(shù)據(jù)庫應用程序接口API（Application Programming Interface）　　數(shù)據(jù)庫應用接口是由DBMS廠家為開發(fā)應用程序而提供的訪問和操縱數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的接口函數(shù)、過程、對象、類或語言等。 　　為了實現(xiàn)同一個應用軟件對不同的DBMS的

11、異構訪問，出現(xiàn)了許多通用的API接口，如ODBC、JDBC、ADO等等。但這些接口通常與相應的數(shù)據(jù)庫應用程序開發(fā)語言相關聯(lián)。如ODBC主要針對C和C++語言開發(fā)，JDBC針對JAVA語言的開發(fā)等。,8. 數(shù)據(jù)庫應用程序AP（Application Program） 　　數(shù)據(jù)庫應用程序是指滿足某類用戶要求的操縱和訪問數(shù)據(jù)庫的程序?！　∧壳埃瑪?shù)據(jù)庫應用程序主要分為兩大類：聯(lián)機事務處理OLTP和聯(lián)機分析處理OLAP?！　∵B機事務處理O

12、LTP(On Line Transaction Processing)：對用戶的操作命令響應快、每次操作涉及的數(shù)據(jù)量少?！　∵B機分析處理OLAP(On Line Analytical Processing)：支持決策支持系統(tǒng)。需要在數(shù)據(jù)倉庫的基礎上，進行聯(lián)機分析處理，每次處理的數(shù)據(jù)量大，響應時間長。它需要由歷史數(shù)據(jù)、由多個數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)得到有指導意義的信息。,我們日?？吹胶陀玫阶疃嗟氖锹?lián)機事務處理的應用程序，如銀行存取款系統(tǒng)、飛機火車

13、訂票系統(tǒng)、學生選課系統(tǒng)、圖書館查詢管理系統(tǒng)、企業(yè)信息管理系統(tǒng)等。對這些系統(tǒng)，通常要求用戶發(fā)出命令后，響應速度要快，但每次操作涉及的數(shù)據(jù)量少。 聯(lián)機分析處理是支持決策系統(tǒng)的，需要在數(shù)據(jù)倉庫的基礎上，進行聯(lián)機分析處理，每次處理的數(shù)據(jù)量大，響應時間長。它需要由歷史數(shù)據(jù)、由多個數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)得到有指導意義的信息。例如，分析第一季度北京市電腦銷售情況，要對各種型號的電腦、各個銷售點的銷售情況進行匯總和處理?？赡苓€要與上一季度的銷售情

14、況、或上一年同期的銷售情況進行比較，查看銷售趨勢，分析市場的行情等。,二、數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個階段,計算機技術用于數(shù)據(jù)管理，是指利用計算機的軟件、硬件對數(shù)據(jù)進行存儲、檢查、維護并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種運算和操作。 利用計算機進行數(shù)據(jù)管理主要分為三個階段： 1. 手工管理階段 2. 文件系統(tǒng)管理階段 3. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理階段。,1．手工管理階段　　計

15、算機出現(xiàn)的初期，主要用于科學計算，沒有大容量的存儲設備。人們把程序和要計算的數(shù)據(jù)通過打孔的紙帶送入計算機中，計算的結果由用戶自己手工保存。處理方式只能是批處理, 數(shù)據(jù)不共享，不同程序不能交換數(shù)據(jù)。 應用程序中用到的數(shù)據(jù)都要由程序員規(guī)定好數(shù)據(jù)的存儲結構和存取方式等。一組數(shù)據(jù)只能面向一個應用程序，不能實現(xiàn)多個程序的共享數(shù)據(jù)。不同程序不能直接交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)沒有任何獨立性。,2． 文件管理階段　　到了20世紀60年代，計算機硬件

16、的發(fā)展出現(xiàn)了磁帶、磁鼓等直接存取設備。軟件的發(fā)展是操作系統(tǒng)提供了文件管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的處理方式不僅由批處理，也能夠進行聯(lián)機實時處理。用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)具有如下特點：　?。?） 一個應用程序對應一組文件，不同的應用系統(tǒng)之間可以經過轉化程序共享數(shù)據(jù)，多個應用程序可以設計成共享一組文件，但多個應用程序不能同時訪問共享文件組,,（2） 大量的應用數(shù)據(jù)以記錄為單位可以長期保留在數(shù)據(jù)文件中，可以對文件中的數(shù)據(jù)進行反復地查詢、增加、刪除和修改等操作。

17、這些操作是由操作系統(tǒng)提供的文件存取接口來實現(xiàn)。（3） 數(shù)據(jù)的獨立性差：由于文件的邏輯結構和物理結構是由操作系統(tǒng)的文件管理軟件實現(xiàn)，應用程序和數(shù)據(jù)之間由文件系統(tǒng)提供的存取方法進行數(shù)據(jù)交換。所以，應用程序和數(shù)據(jù)之間有一定的獨立性?！　〉牵驗槲募匀皇敲嫦蛱囟☉贸绦?，一旦文件的邏輯結構改變，應用程序也要改變。同理，當應用程序改變時，也會引起文件結構的改變。（4） 數(shù)據(jù)的共享性差，冗余大：由于文件之間是孤立的，無聯(lián)系的，每個文件又是

18、面向特定應用的，應用程序之間的不同數(shù)據(jù)仍要各自建立自己的文件，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，就會造成數(shù)據(jù)的冗余。,3． 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理階段 （1） 數(shù)據(jù)庫具有面向各種應用的數(shù)據(jù)組織和結構。 文件系統(tǒng)中，每個文件面向一個應用程序。而現(xiàn)實生活中，一個事物或實體，含有多方面的應用數(shù)據(jù)。例如，一個學生的全部信息，包括學生的人事信息，學生的學籍和成績信息，還有學生健康方面的信息。這些不同的數(shù)據(jù)對應人事部門的應用，教務部門的應用和健康部門的應用

19、。,對學生的全部信息，如果采用文件系統(tǒng)，至少要建立三個獨立的文件，都要存儲學生的姓名、學號、年齡、性別等學生的基本信息。如果采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理，在數(shù)據(jù)庫設計的時候，就要考慮學生的各種應用信息，設計面向各種應用的數(shù)據(jù)結構。如學生的人事數(shù)據(jù)、學生的學籍數(shù)據(jù)、學生的健康數(shù)據(jù)等。使整個實體的多方應用的數(shù)據(jù)具有整體的結構化描述。也為數(shù)據(jù)針對不同應用的存取方式提供各種靈活性。,（2） 具有高度的數(shù)據(jù)獨立性。 數(shù)據(jù)結構可分為數(shù)據(jù)的物理存儲

20、結構和數(shù)據(jù)的邏輯結構。　　數(shù)據(jù)的物理存儲結構是指數(shù)據(jù)在計算機物理存儲設備（硬盤）上的存儲結構。在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲結構是由DBMS來管理和實現(xiàn)的，用戶或應用程序不必關心。應用程序直接與數(shù)據(jù)的邏輯結構相關。 數(shù)據(jù)的邏輯結構又分為局部邏輯結構和全局邏輯結構。而不同的應用程序只與自己局部數(shù)據(jù)的邏輯結構相關。例如，學生的人事部門的應用程序與學生的人事數(shù)據(jù)相關，健康部門只關心學生的健康數(shù)據(jù)，教務部門只關心學生的學習成績和選

21、課數(shù)據(jù)。,（3） 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享并保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性　　由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)可以提供多個用戶或應用程序同時并發(fā)訪問同一個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄或同一個數(shù)據(jù)項，并要保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性和永久的數(shù)據(jù)存儲，因此，DBMS要提供以下的四種控制機制：　● 多用戶并發(fā)(Concurrency) 　　DBMS提供并發(fā)機制和協(xié)調機制，保證在多個應用程序同時并發(fā)訪問、存取和操作數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時，不產生任何沖突，數(shù)據(jù)不遭到破壞。,● 數(shù)據(jù)

22、完整性(Integrity) 　　DBMS提供數(shù)據(jù)完整性的檢查機制，避免不合法的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫中，確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。　● 數(shù)據(jù)安全性(Security) 　　DBMS提供安全保密機制，防止沒有授權的用戶不能進入系統(tǒng)或不能更改數(shù)據(jù)或不能訪問數(shù)據(jù)等。　● 數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）機制　　當軟件、硬件或系統(tǒng)運行出現(xiàn)各種故障時，要確保存儲在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)不被丟失和破壞。使數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)是永久性的數(shù)據(jù)。,三

23、、數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展的三個階段,1. 第一代：層次和網狀數(shù)據(jù)庫 （1） 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：　層次數(shù)據(jù)庫IMS（ IBM公司于1968年研制成功）是世界上第一個DBMS系統(tǒng)，采用層次數(shù)據(jù)模型，只能處理數(shù)據(jù)之間1：1和1：N的關系。 （2）網狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)： 　　1969年10月CODASYL（Conference on Data System Language數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會）組織的下屬組織DBTG (Data Base

24、Task Group數(shù)據(jù)庫任務組)提出了關于網狀模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該組織一系列關于數(shù)據(jù)庫的工作和報告澄清了許多數(shù)據(jù)庫的概念，為數(shù)據(jù)庫的成熟奠定了基礎。,2. 第二代：關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)RDBMS（Relational DBMS）　80年代是關系數(shù)據(jù)庫發(fā)展的鼎盛時期，并且至今久盛不衰。它的最大優(yōu)點是：　　· 使用了非過程化的數(shù)據(jù)庫語言SQL；　　· 具有很好的形式化理論基礎，高度的數(shù)據(jù)獨立性；　　· 使

25、用方便，二維表格可直接處理多對多的關系?！　∧壳拔覈鴳幂^多的RDBMS有ORACLE， SQL SERVER，INFORMIX，DB2，SYBASE等。,3. 第三代：面向對象的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)OODBMS（Object Oriented DBMS）　　隨著新的應用領域的要求，在20世紀80年代后期出現(xiàn)了支持面向對象數(shù)據(jù)模型的面向對象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OODBMS。已經商品化的OODBMS如ObjectStore、ONTOS、VERSAN