第1章数据库系统概述

数据库原理与应用教程 ―SQL Server第1章 数据库系统概述

第1章 数据库系统概述 数据库技术是一门信息管理自动化学科，是计算机学科 的一个重要分支。数据库技术所研究的问题是如何科学 地组织和存储数据，在数据库系统中减少数据存储冗余、 实现数据共享，以及如何保障数据安全、有效地获取和 处理。 计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们 必须事先将具体事物转换成计算机能够处理的数据，这 就是数据库的数据模型。 本章主要介绍数据库技术的发展历史，数据库系统的组 成和功能，数据库的体系结构；信息的三种世界，概念 模型和E-R图的画法，最常见的三种数据模型。

第1章 数据库系统概述 1.1 数据库技术发展史 从20世纪60年代末开始到现在，数据库技术己 经发展了40多年。在这40多年的历程中，人们在 数据库技术的理论研究和系统开发上取得了辉煌 的成就，数据库系统己经成为现代计算机系统的 重要组成部分。

第1章 数据库系统概述 1.1.1 数据处理技术 1. 数据(Data) 数据是描述事物的符号记录，是信息的载体，是信 息的具体表现形式。除了常用的数字数据外，文字 (如名称)、图形、图像、声音等信息，也都是数据。 日常生活中，人们使用交流语言(如汉语)去描述事 物；在计算机中，为了存储和处理这些事物，就要 抽出对这些事物感兴趣的特征组成一个记录来描述。 例如，在学生管理中，可以对学生的学号、姓名、 性别和年龄等情况这样描述：201201,张强，男， 18。

第1章 数据库系统概述 1.1.1 数据处理技术 2.数据处理(Data Process) 数据处理是指对数据的分类、组织、编码、存储、查询、 维护、加工、计算、传播以及打印等一系列的活动。数据处 理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律和它们之 间固有的联系，通过分析、归纳、推理等科学手段，提取出 有效的信息资源。 在数据处理中，通常数据的计算比较简单，而数据的管理 比较复杂。数据管理是指数据的收集、整理、组织、存储和 查询等操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，是任 何数据处理业务中必不可少的共有部分，因此有必要学习和 掌握数据管理技术，能对数据处理提供有利的支持。

第1章 数据库系统概述 1.1.2 数据库技术的三个发展阶段 随着计算机硬件和软件的发展，数据库技术也 不断地发展。从数据管理的角度数据库技术经历了 人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统三个阶 段。 1. 人工管理阶段 2. 文件系统阶段 3. 数据库系统阶段

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1.1.2 数据库技术的三个发展阶段 1. 人工管理阶段 20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。从 硬件上看，外存只有磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存 取的存储设备；从软件上看没有操作系统，没有管理数据的 软件，数据处理的方式是批处理。 这个时期数据管理的特点是：数据由计算或处理它的程 序自行携带，数据和应用程序一一对应，应用程序依赖于数 据的物理组织，因此数据的独立性差，数据不能被长期保存， 数据的冗余度大等给数据的维护带来许多问题。

第1章 数据库系统概述 1.1.2 数据库技术的三个发展阶段 2. 文件系统阶段20世纪50年代后期至60年代中后期，计算机的应用范围 逐渐扩大，不仅用于科学计算，还大量用于管理。硬件方面， 磁盘成为计算机的主要外存储器；软件方面，出现了高级语 言和操作系统。从处理方式上讲，不仅有了文件批处理，而 且能够联机实时处理。 在此阶段，数据以文件的形式进行组织，并能长期保留在 外存储器上，用户能对数据文件进行查询、修改、插入和删 除等操作。程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开 存储，然而依旧存在数据的冗余度大及数据的不一致性等缺 点。

第1章 数据库系统概述 1.1.2 数据库技术的三个发展阶段 3.数据库系统阶段 20世纪60年代后期以来，计算机应用越来越广泛，数据量急剧增加，而且数据的共享要求越来越高。计算机的硬件 和软件都有了进一步的发展，硬件方面，有了大容量的磁盘； 软件方面，传统的文件系统已经不能满足人们的需求，能够 统一管理和共享数据的数据库管理系统(DBMS)应运而生。 所以，此阶段将数据集中存储在一台计算机上(数据库中), 进行统一组织和管理。 数据库系统的特点如下： (1)数据结构化 (2)较高的数据共享性 (3)较高的数 据独立性 (4)数据由DBMS统一管理和控制

第1章 数据库系统概述 1.2 数据库系统 数据库指长期存储在计算机内有组织的、可共享 的数据集合，即在计算机系统中按一定的数据模型 组织、存储和使用的相关联的数据集合。 数据库中的数据具有较小的冗余度、较高的数据 独立性和易扩展性，并可为各种用户共享，数据库 中的数据由数据库管理系统进行统一管理和控制， 用户对数据库进行的各种数据操作都是通过数据库 管理系统实现的。

第1章 数据库系统概述 1.2.1 数据库系统的组成 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的 系统，一般由数据库、数据库管理系统、数据库开 发工具、数据库应用系统、数据库管

理员和用户构 成。

1.数据库(DataBase, DB) 数据库就是存放数据的仓库，是将数据按一定的 数据模型组织、描述和存储，能够自动进行查询和 修改的数据集合。它不仅包括描述事物的数据本身， 还包括相关事物之间的联系。

第1章 数据库系统概述 1.2.1 数据库系统的组成

2.数据库管理系统(Data Base ManagementSystem,DBMS) 数据库管理系统是数据库系统的核心，是为数据 库的建立、使用和维护而配置的软件。它建立在操 作系统的基础上，位于用户与操作系统之间的一层 数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据 库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种 数据控制等。

第1章 数据库系统概述 1.2.1 数据库系统的组成 数据库管理系统的功能： 一般说来，数据库管理系统的功能主要包括以下5 个方面。 (1)数据定义和操纵功能 (2)数据库运行控制功能 (3)数据库的组织、存储和管理 (4)建立和维护数据库 (5)数据通信接口

第1章 数据库系统概述 1.2.1 数据库系统的组成

3.数据库应用系统 凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据 库应用系统。数据库应用系统的应用非常广泛，它 可以用于事务管理、计算机辅助设计、计算机图形 分析和处理及人工智能等系统中。

第1章 数据库系统概述 1.2.1 数据库系统的组成

4.数据库用户 (1)终端用户 终端用户是数据库的使用者，通过应用程序与数据库进 行交互。 (2)应用程序员 应用程序员负责分析、设计、开发、维护数据库系统中 各类应用程序，数据库系统一般需要一个以上的应用程序员 在开发周期内完成数据库结构设计、应用程序开发等任务。 (3)数据库管理员(Database Administrator, DBA) 数据库管理员是高级用户，其职能是对管理、监督、维 护数据库系统的正常运行，负责全面管理和控制数据库系统。

第1章 数据库系统概述 1.2.2 数据库的体系结构 虽然现在DBMS的产品多种多样，在不同的操作系 统支持下工作，但是大多系统在总的体系结构上都 具有三级模式的结构特征。 1、 数据库的三级模式结构 为了保障数据与程序之间的独立性，使用户能以简 单的逻辑结构操作数据而无需考虑数据的物理结构， 简化了应用程序的编制和程序员的负担，增强系统 的可靠性。通常DBMS将数据库的体系结构分为三 级模式：外模式、模式和内模式。

第1章 数据库系统概述 1. 数据库的三级模式结构

第1章 数据库系统概述1.数据库的三级模式结构 (1)模式 模式也称概念模式或逻辑模式，是对数据库中全部数据

的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。一 个数据库只有一个模式，通常以某种数据模型为基础，统一 综合地考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成 一个逻辑整体。 (2)外模式 外模式也称子模式或用户模式，它是对数据库用户能够 看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。外模式通 常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式，但一个应 用程序只能使用同一个外模式。

第1章 数据库系统概述 1.数据库的三级模式结构 (3)内模式 内模式也称存储模式或物理模式，是对数据物理结 构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示 方式，一个数据库只有一个内模式。例如，记录的 存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按 hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是 否压缩存储，是否加密等。

第1章 数据库系统概述 2. 数据库的两级映像 数据库的三级模式结构是数据的三个抽象级别。 它把数据的具体组织留给DBMS去做，用户只要抽 象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示 和存储，这样就减轻了用户使用系统的负担。 三级模式结构之间差别往往很大，为了实现这3 个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级模式结构 之间提供了两级映像：外模式/模式映像，模式/内 模式映像。

第1章 数据库系统概述 2. 数据库的两级映像(1)外模式/模式映像 模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数 据的局部逻辑结构，对应于同一个模式可以有任意多个外模 式。对于每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映 像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定 义通常包含在各自外模式的描述中。当模式改变时(如增加 新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等),由数据库 管理员对各个外模式/模式映像作相应改变，可以使外模式 保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，因而应用 程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称逻辑 数据独立性。

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