數(shù)據(jù)庫的基本概念 數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個(gè)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(gè)階段 三、數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的三個(gè)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(yīng)用程序接口API（Application Programming Interfa

2、ce）8. 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序AP（Application Program）,1.數(shù)據(jù) （Data） 反映客觀世界的事實(shí)，并可以區(qū)分其特征的符號(hào)：字符、數(shù)字、文本、聲音、圖形、圖象、圖表、圖片等，它們是現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的，可以輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的。　　用數(shù)據(jù)描述的現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象可以是實(shí)在的事物，如一個(gè)學(xué)生的情況：學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡、班級(jí)等。數(shù)據(jù)也可以描述一個(gè)抽象的事物；如用文本描述一個(gè)想法，用圖畫描述一個(gè)畫面等

3、等。這些都是數(shù)據(jù)，都可以輸入到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jìn)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(gè)具體的數(shù)據(jù)，大到可以描述一架飛機(jī)，一部汽車，整個(gè)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(jìn)行表示的形式，也就是數(shù)據(jù)的語義。例如，對(duì)于一個(gè)學(xué)生記錄，計(jì)算機(jī)只知道某個(gè)記錄中有學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡和班級(jí)等幾項(xiàng)數(shù)據(jù)，具體的該記錄是描述一個(gè)學(xué)生，還

4、是描述一個(gè)職工甚至一張桌子等，計(jì)算機(jī)本身并不了解，只有設(shè)計(jì)人員自己清楚這個(gè)語義。,2. 信息（information）　　由原始數(shù)據(jù)經(jīng)加工提煉而成的、用于決定行為、計(jì)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(guān)系如同原料和成品，同時(shí)又具有相對(duì)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(shí)知識(shí)的數(shù)據(jù)才能成為信息。,數(shù)據(jù)經(jīng)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(shí)數(shù)據(jù)是信息的載

5、體，成為人們能動(dòng)地認(rèn)識(shí)和改造世界的媒體。例如，某經(jīng)銷部門看到的某個(gè)地區(qū)或商店的日銷售額或月銷售額，是經(jīng)過累加一天或一個(gè)月的銷售記錄而得到的。這個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)于銷售總管人員來說是一個(gè)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(chǎn)品的市場銷售計(jì)劃和策略，從而提高其產(chǎn)品的市場占有率和利潤。同樣的這個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(dòng)。所以數(shù)據(jù)和信息之間的關(guān)系，即是原料和成品之間的關(guān)系，又具有相對(duì)性。信息

6、是經(jīng)過加工并對(duì)人類社會(huì)實(shí)踐和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)產(chǎn)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(duì)現(xiàn)實(shí)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(shí)世界的具體事物轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)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(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界，又能夠方便計(jì)算機(jī)處理。 　　 不同的數(shù)據(jù)模型有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同的描述工具、對(duì)應(yīng)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(yīng)的數(shù)據(jù)模型相關(guān)聯(lián)。,4. 數(shù)據(jù)庫 DB（Data Base）　　數(shù)據(jù)庫是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合，也是現(xiàn)實(shí)世界中相互關(guān)聯(lián)的大量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)間關(guān)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(chǔ)存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享。,日常生活中，我們經(jīng)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(jié)構(gòu)和一定的格式存放在計(jì)算機(jī)中，更確切的說，是存放在計(jì)算機(jī)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(shí)體描述數(shù)據(jù)，還要存放數(shù)據(jù)之間的關(guān)系或聯(lián)系。,5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Data Base Management System） 　　DBMS是對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的軟件系統(tǒng)。包括存儲(chǔ)、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(jīng)有了很多已經(jīng)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(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)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(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)，維護(hù)和管理，負(fù)責(zé)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(yùn)行不同的DBMS軟件版本。,7. 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口API（Application Programming Interface）　　數(shù)據(jù)庫應(yīng)用接口是由DBMS廠家為開發(fā)應(yīng)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(duì)象、類或語言等。 　　為了實(shí)現(xiàn)同一個(gè)應(yīng)用軟件對(duì)不同的DBMS的

11、異構(gòu)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(yīng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)語言相關(guān)聯(lián)。如ODBC主要針對(duì)C和C++語言開發(fā)，JDBC針對(duì)JAVA語言的開發(fā)等。,8. 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序AP（Application Program） 　　數(shù)據(jù)庫應(yīng)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?，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序主要分為兩大類：聯(lián)機(jī)事務(wù)處理OLTP和聯(lián)機(jī)分析處理OLAP。　　連機(jī)事務(wù)處理O

12、LTP(On Line Transaction Processing)：對(duì)用戶的操作命令響應(yīng)快、每次操作涉及的數(shù)據(jù)量少?！　∵B機(jī)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(chǔ)上，進(jìn)行聯(lián)機(jī)分析處理，每次處理的數(shù)據(jù)量大，響應(yīng)時(shí)間長。它需要由歷史數(shù)據(jù)、由多個(gè)數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)得到有指導(dǎo)意義的信息。,我們?nèi)粘？吹胶陀玫阶疃嗟氖锹?lián)機(jī)事務(wù)處理的應(yīng)用程序，如銀行存取款系統(tǒng)、飛機(jī)火車

13、訂票系統(tǒng)、學(xué)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(duì)這些系統(tǒng)，通常要求用戶發(fā)出命令后，響應(yīng)速度要快，但每次操作涉及的數(shù)據(jù)量少。 聯(lián)機(jī)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(chǔ)上，進(jìn)行聯(lián)機(jī)分析處理，每次處理的數(shù)據(jù)量大，響應(yīng)時(shí)間長。它需要由歷史數(shù)據(jù)、由多個(gè)數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)得到有指導(dǎo)意義的信息。例如，分析第一季度北京市電腦銷售情況，要對(duì)各種型號(hào)的電腦、各個(gè)銷售點(diǎn)的銷售情況進(jìn)行匯總和處理。可能還要與上一季度的銷售情

14、況、或上一年同期的銷售情況進(jìn)行比較，查看銷售趨勢(shì)，分析市場的行情等。,二、數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個(gè)階段,計(jì)算機(jī)技術(shù)用于數(shù)據(jù)管理，是指利用計(jì)算機(jī)的軟件、硬件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢查、維護(hù)并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的各種運(yùn)算和操作。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理主要分為三個(gè)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(jì)

15、算機(jī)出現(xiàn)的初期，主要用于科學(xué)計(jì)算，沒有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。人們把程序和要計(jì)算的數(shù)據(jù)通過打孔的紙帶送入計(jì)算機(jī)中，計(jì)算的結(jié)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(yīng)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(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方式等。一組數(shù)據(jù)只能面向一個(gè)應(yīng)用程序，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(dú)立性。,2． 文件管理階段　　到了20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)硬件

16、的發(fā)展出現(xiàn)了磁帶、磁鼓等直接存取設(shè)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(jìn)行聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理。用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)：　　（1） 一個(gè)應(yīng)用程序?qū)?yīng)一組文件，不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間可以經(jīng)過轉(zhuǎn)化程序共享數(shù)據(jù)，多個(gè)應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)成共享一組文件，但多個(gè)應(yīng)用程序不能同時(shí)訪問共享文件組,,（2） 大量的應(yīng)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(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)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(shí)現(xiàn)。（3） 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性差：由于文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)是由操作系統(tǒng)的文件管理軟件實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間由文件系統(tǒng)提供的存取方法進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所以，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間有一定的獨(dú)立性。　　但是，因?yàn)槲募匀皇敲嫦蛱囟☉?yīng)用程序，一旦文件的邏輯結(jié)構(gòu)改變，應(yīng)用程序也要改變。同理，當(dāng)應(yīng)用程序改變時(shí)，也會(huì)引起文件結(jié)構(gòu)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(gè)文件又是

18、面向特定應(yīng)用的，應(yīng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，就會(huì)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(yīng)用的數(shù)據(jù)組織和結(jié)構(gòu)。 文件系統(tǒng)中，每個(gè)文件面向一個(gè)應(yīng)用程序。而現(xiàn)實(shí)生活中，一個(gè)事物或?qū)嶓w，含有多方面的應(yīng)用數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)學(xué)生的全部信息，包括學(xué)生的人事信息，學(xué)生的學(xué)籍和成績信息，還有學(xué)生健康方面的信息。這些不同的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)人事部門的應(yīng)用，教務(wù)部門的應(yīng)用和健康部門的應(yīng)用

19、。,對(duì)學(xué)生的全部信息，如果采用文件系統(tǒng)，至少要建立三個(gè)獨(dú)立的文件，都要存儲(chǔ)學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)、年齡、性別等學(xué)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(shè)計(jì)的時(shí)候，就要考慮學(xué)生的各種應(yīng)用信息，設(shè)計(jì)面向各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如學(xué)生的人事數(shù)據(jù)、學(xué)生的學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)、學(xué)生的健康數(shù)據(jù)等。使整個(gè)實(shí)體的多方應(yīng)用的數(shù)據(jù)具有整體的結(jié)構(gòu)化描述。也為數(shù)據(jù)針對(duì)不同應(yīng)用的存取方式提供各種靈活性。,（2） 具有高度的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)

20、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)?！　?shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)設(shè)備（硬盤）上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是由DBMS來管理和實(shí)現(xiàn)的，用戶或應(yīng)用程序不必關(guān)心。應(yīng)用程序直接與數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)相關(guān)。 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)又分為局部邏輯結(jié)構(gòu)和全局邏輯結(jié)構(gòu)。而不同的應(yīng)用程序只與自己局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)相關(guān)。例如，學(xué)生的人事部門的應(yīng)用程序與學(xué)生的人事數(shù)據(jù)相關(guān)，健康部門只關(guān)心學(xué)生的健康數(shù)據(jù)，教務(wù)部門只關(guān)心學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和選

21、課數(shù)據(jù)。,（3） 實(shí)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(gè)用戶或應(yīng)用程序同時(shí)并發(fā)訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄或同一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，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(chǔ)，因此，DBMS要提供以下的四種控制機(jī)制：　● 多用戶并發(fā)(Concurrency) 　　DBMS提供并發(fā)機(jī)制和協(xié)調(diào)機(jī)制，保證在多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)并發(fā)訪問、存取和操作數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時(shí)，不產(chǎn)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(jī)制，避免不合法的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)制，防止沒有授權(quán)的用戶不能進(jìn)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(fù)（Recovery）機(jī)制　　當(dāng)軟件、硬件或系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)各種故障時(shí)，要確保存儲(chǔ)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(chǔ)的數(shù)據(jù)是永久性的數(shù)據(jù)。,三

23、、數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段,1. 第一代：層次和網(wǎng)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(gè)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(guān)系。 （2）網(wǎng)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(huì)）組織的下屬組織DBTG (Data Base

24、Task Group數(shù)據(jù)庫任務(wù)組)提出了關(guān)于網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該組織一系列關(guān)于數(shù)據(jù)庫的工作和報(bào)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(chǔ)。,2. 第二代：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)RDBMS（Relational DBMS）　80年代是關(guān)系數(shù)據(jù)庫發(fā)展的鼎盛時(shí)期，并且至今久盛不衰。它的最大優(yōu)點(diǎn)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(chǔ)，高度的數(shù)據(jù)獨(dú)立性；　　· 使

25、用方便，二維表格可直接處理多對(duì)多的關(guān)系?！　∧壳拔覈鴳?yīng)用較多的RDBMS有ORACLE， SQL SERVER，INFORMIX，DB2，SYBASE等。,3. 第三代：面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)OODBMS（Object Oriented DBMS）　　隨著新的應(yīng)用領(lǐng)域的要求，在20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)了支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OODBMS。已經(jīng)商品化的OODBMS如ObjectStore、ONTOS、VERSAN