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1、數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用,主講：方啟泉,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,1,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,2,使用教材：數(shù)據(jù)庫(kù)原理及開(kāi)發(fā)應(yīng)用（周屹/清華）,熟悉數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念。 掌握關(guān)系模型的基本概念及原理。 掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言SQL。 掌握數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。 了解數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程。 掌握使用SQL SERVER進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。 參考書(shū)：SQL SERVER 2005 入門(mén)與提高（文龍/清華）,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,3,課程目標(biāo),第1章 數(shù)據(jù)庫(kù)概述 第2章 數(shù)據(jù)模型 第3章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本理論 第4章 結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL 第5章 關(guān)系模式的規(guī)范化設(shè)計(jì) 第6章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 第7章 數(shù)據(jù)庫(kù)的安全與保護(hù) 第8章 SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用
2、,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,4,上機(jī)實(shí)驗(yàn)（使用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)）,課程講授,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,5,信息與數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)術(shù)語(yǔ),,1。數(shù)據(jù)庫(kù)概述,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,6,數(shù) 據(jù) (Data),對(duì)客觀對(duì)象的符號(hào)表示，可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)。如聲音、圖像等。 數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。 數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)解釋才有意義，才能成為信息。,例：學(xué)生檔案中數(shù)據(jù)記錄 （李明，男，1988，青島，計(jì)算機(jī)系，2006）--記錄值 （姓名，性別，生日，籍貫，系專業(yè)，年級(jí)）--記錄類型,現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映，它以文字、數(shù)據(jù)、符號(hào)、聲音、圖像等形式記錄下來(lái)，可以進(jìn)行傳遞和
3、處理，為人們的生產(chǎn)、建設(shè)、管理提供依據(jù)。 信息通過(guò)數(shù)據(jù)形式來(lái)表示，是數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的意義。,信 息 ( Info),信息與數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)，信息是數(shù)據(jù)的含義,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,7,數(shù)據(jù)管理技術(shù),對(duì)數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、存儲(chǔ)、維護(hù)、檢索、傳送等操作，目的就是從大量的，雜亂無(wú)章的，難以理解的數(shù)據(jù)中篩選出有意義的信息。,數(shù)據(jù)管理技術(shù)分三個(gè)階段: 1. 人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前） 2. 文件系統(tǒng)階段（20世紀(jì)50年代后期60年代中期） 3. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段（20世紀(jì)60年代后期今）,硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理需求擴(kuò)大。,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,8,人工管理階段(-50年代中期),計(jì)
4、算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算 (處理對(duì)象主要是數(shù)學(xué)公式。) 外存為順序存取設(shè)備 (磁帶、卡片、紙帶，沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取設(shè)備。) 無(wú)操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)管理軟件 (機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言，數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)具體應(yīng)用，由編程人員單獨(dú)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)包含在程序中數(shù)據(jù)不保存。) 數(shù)據(jù)處理為批處理,數(shù)據(jù)不單獨(dú)保存 (數(shù)據(jù)在程序中，與相應(yīng)程序共存。) 應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù) (在程序中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。) 數(shù)據(jù)不共享 (數(shù)據(jù)與程序?qū)?yīng)，容易產(chǎn)生冗余。) 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性 （脫離了程序數(shù)據(jù)沒(méi)有任何存在的意義。）,背 景,,特 點(diǎn),,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,9,文件系統(tǒng)階段（-60年代中期）,計(jì)算機(jī)不但用于科學(xué)計(jì)算還用于管理。 外存有了磁
5、盤(pán)、磁鼓等直接存取設(shè)備。 軟件出現(xiàn)操作系統(tǒng)和高級(jí)軟件。 批處理，并能聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理。,數(shù)據(jù)以文件形式可長(zhǎng)期保存在外存磁盤(pán)。 由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)有了一定的區(qū)別，用戶程序處理的邏輯結(jié)構(gòu)與物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換由文件系統(tǒng)存取方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)有了一定共享性，缺乏聯(lián)系。 程序只需用文件名就可存取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系要程序構(gòu)造。 文件只存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄，不存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)描述信息。 文件數(shù)據(jù)操作都要程序?qū)崿F(xiàn)，文件之間是孤立的，不能反映現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體之間的相互聯(lián)系。,背 景,,特 點(diǎn),,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,10,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段（60年代末期以來(lái)）, 計(jì)算機(jī)在商業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用
6、，數(shù)據(jù)管理 量大，共享性要求高。 外存有了大容量存儲(chǔ)設(shè)備。 出現(xiàn)專門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理要求更多。, 采用數(shù)據(jù)模型表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、對(duì)象模型等，數(shù)據(jù)模型可以表示數(shù)據(jù)本身 及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。) 數(shù)據(jù)共享性好 ，冗余度低 （數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系。） 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高 （數(shù)據(jù)庫(kù)以三級(jí)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，有較好的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性） 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制 （安全性、完整性、并發(fā)控制、故障恢復(fù)）,背 景,,特 點(diǎn),,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,11,,從上世紀(jì)60年代末數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了3代： 第一階段（60年代末-70年代） 以層次模型和網(wǎng)狀模型
7、的數(shù)據(jù)庫(kù)為主。 第二階段（70年代-80年代） 以關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(kù)為主。 第三階段（80年代后期以來(lái)） 以對(duì)象數(shù)據(jù)模型為特征，集數(shù)據(jù)管理、對(duì)象管理、知識(shí)管理為一體，融合各種新技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布處理、并行計(jì)算、人工智能、多媒體等，產(chǎn)生了一系列新型的現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，如對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，Web數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等。,數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展,1968年，IBM發(fā)布層次模型IMS。 1971年，美國(guó)CODASYL數(shù)據(jù)系統(tǒng)語(yǔ)言協(xié)會(huì)下DBTG數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)組建立網(wǎng)狀模型。 1970年，IBM Codd提出關(guān)系模型。,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,12,數(shù)據(jù)庫(kù) (DB),長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)
8、據(jù)按一定數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存。 較小的冗余度 較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性 可為各種用戶共享,數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基本概念,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,13,數(shù)據(jù)庫(kù) 管理系統(tǒng) (DBMS),DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。為用戶或應(yīng)用程序提供訪問(wèn)DB的方法。 數(shù)據(jù)定義功能 數(shù)據(jù)操縱功能 查詢、插入、刪除、修改等。,硬件,數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理功能 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)使用及故障恢復(fù)。 數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)功能 原始數(shù)據(jù)輸入和轉(zhuǎn)換、DB轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)、DB的重組織、性能監(jiān)視、分析功能等。,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,14,數(shù)據(jù)庫(kù) 系統(tǒng) (DBS ),指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是實(shí)際可運(yùn)行的，存儲(chǔ)、維護(hù)
9、及可以為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)的集成系統(tǒng)，是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體，是以數(shù)據(jù)庫(kù)方式管理大量共享數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件（包括OS、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)管理工具等）、各級(jí)人員（包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理員DBA、開(kāi)發(fā)人員、用戶等）組成。,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,15,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,16,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù),,操作系統(tǒng),DBMS,應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng),應(yīng)用系統(tǒng),DBA,,,,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,17,從DBMS角度,從最終用戶角度,,外模式(External Schema),模式(Schema),內(nèi)模式(Internal Schema),,單用戶結(jié)構(gòu),分布式結(jié)構(gòu),客戶/
10、服務(wù)器結(jié)構(gòu),主從式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩種分類方法：DB管理角度及最終用戶角度兩種角度。,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,18,,應(yīng)用程序,應(yīng)用程序,應(yīng)用程序,外模式 A,外模式 B,外模式 / 模式,模 式,模式 / 內(nèi)模式,,,,,,,,,用戶級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),概念級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),物理級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),DBMS,,,,,內(nèi)模式,,,,DBMS角度 數(shù)據(jù)庫(kù)三級(jí) 模式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)原理,19,例：用來(lái)描述學(xué)生學(xué)習(xí)情況的數(shù)據(jù)庫(kù)概念模式可由學(xué)生檔案、課程情況及學(xué)生成績(jī)?nèi)齻€(gè)記錄類型組成。 學(xué)生檔案（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生年月，籍貫，所在學(xué)院，專業(yè)班級(jí)） 課程情況（課程號(hào)，課程名，授課老師，所用教材，作者） 學(xué)生成績(jī)（學(xué)號(hào)，姓名
11、，課程號(hào)，課程名，課程成績(jī)）,概念模式 (Schema),簡(jiǎn)稱模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)的總框架，是對(duì)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。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)概念模式。 概念模式可由若干個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄類型組成，用數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL來(lái)描述，每個(gè)記錄類型可以生成一張數(shù)據(jù)表。,數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的基本術(shù)語(yǔ),數(shù)據(jù)庫(kù)原理,20,內(nèi)模式 (Internal),也稱存儲(chǔ)模式。是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的描述，具體說(shuō)明數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上。 譬如：記錄的物理存儲(chǔ)方式，索引方式，數(shù)據(jù)是否壓縮，是否加密，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有何規(guī)定等等。,外模式 (External),是概念模式的一個(gè)子集，面向用戶和應(yīng)用程序，也稱用戶視圖，用來(lái)描述用戶所
12、看到的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式對(duì)應(yīng)不同的用戶應(yīng)用。 為了數(shù)據(jù)安全，應(yīng)用程序是根據(jù)外模式對(duì)數(shù)據(jù)的描述編寫(xiě)的，不直接訪問(wèn)概念模式。一個(gè)外模式可以對(duì)應(yīng)多個(gè)應(yīng)用程序；但一個(gè)應(yīng)用程序只能對(duì)應(yīng)一個(gè)外模式。,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,21,為了實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次模式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，DBMS在三級(jí)模式之間提供了兩層映象，以實(shí)現(xiàn)較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。,外模式/模式映象 模式/內(nèi)模式映象,定義數(shù)據(jù)庫(kù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)性，模式/內(nèi)模式映象是唯一的，該映像定義包含在模式的描述中。 當(dāng)DB存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，由DBA對(duì)模式/內(nèi)模式的映象作相應(yīng)改變，可使模式保持不變，從而應(yīng)用程序不必修改，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的
13、物理獨(dú)立性。,模式/內(nèi)模式映象,數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象功能,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,22,定義外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。外模式有多個(gè)，對(duì)每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映象。這些映像定義包含在各自外模式的描述中。 當(dāng)模式改變時(shí)，譬如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的數(shù)據(jù)類型等，由DBA對(duì)各個(gè)外模式/模式的映象作相應(yīng)改變，可使外模式保持不變，從而應(yīng)用程序不必修改，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性。,外模式/模式映象,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,23,,應(yīng)用程序,應(yīng)用程序,應(yīng)用程序,外模式 A,外模式 B,外模式 / 模式,模 式,模式 / 內(nèi)模式,,,,,,,,,用戶級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),概念級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),物理級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù),DBMS,,,,,內(nèi)模式,,,,數(shù)據(jù)庫(kù) 三級(jí) 模式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)原理,24,各種人員的數(shù)據(jù)視圖,數(shù)據(jù)庫(kù)原理,25,1.5,數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究領(lǐng)域,,DBMS軟件的研制,數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)庫(kù)理論,,DBMS本身,以DBMS為核心的一組相互聯(lián)系的軟件系統(tǒng)（工具軟件及中間件）,,DB設(shè)計(jì)方法、工具和理論的研究,數(shù)據(jù)模型和建模的研究,計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法及軟件系統(tǒng)的研究,DB設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究,,關(guān)系的規(guī)范化理論,關(guān)系數(shù)據(jù)理論,數(shù)據(jù)邏輯演繹、知識(shí)推理、知識(shí)發(fā)現(xiàn),并行算法,
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