第一章绪论★数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支★数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透★数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志1.1数据库系统概述1.1.1数据库系统中常用的四个术语一、数据（Data)：数据是数据库中存储的基本对象。它包括：数字、文字、图形、图像、声音等。所以数据是描述事物的符号记录。数据不等同于数字，数字只是一种最简单的数据，是数据的一种传统和狭义的理解。数据有多种表现形式，但都可以经过数字化后存入计算机。计算机的存贮介质和处理过程中的数字是以二进制的形式存在的。能够输入到计算机中，可以供计算机处理的各种符号、图像、数值等。*信息：是经过处理的，能够反映现实世界状态及物理特性的数据。数据是信息的载体。二、数据库（DataBase，简称DB）人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的允余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。三、数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。它的用途有：1.科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据2.数据定义功能提供数据定义语言(DDL）定义数据库中的数据对象。3.数据操纵功能提供数据操纵语言（DML）操纵数据实现对数据库的基本操作（查询、插入、删除和修改）。4.数据库的运行管理保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用和发生故障后的系统恢复。5.数据库的建立和维护功能（实用程序）
第一章 绪论 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的 渗透 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的 重要标志 1.1 数据库系统概述 1.1.1 数据库系统中常用的四个术语 一、数据（Data）： 数据是数据库中存储的基本对象。它包括：数字、文字、图形、图像、声音等。所以数 据是描述事物的符号记录。 数据不等同于数字，数字只是一种最简单的数据，是数据的一种传统和狭义的理解。 数据有多种表现形式，但都可以经过数字化后存入计算机。计算机的存贮介质和处理过 程中的数字是以二进制的形式存在的。 能够输入到计算机中，可以供计算机处理的各种符号、图像、数值等。 * 信息：是经过处理的，能够反映现实世界状态及物理特性的数据。数据是信息的载体。 二、数据库（DataBase，简称 DB） 人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处 理，进一步抽取有用信息。 数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。数据库中的数据按 一定的数据模型组织、描述和储存，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。 三、数据库管理系统（DataBase Management System,简称 DBMS） 数据库管理系统（Database Management System，简称 DBMS）是位于用户与操作系统之间 的一层数据管理软件。它的用途有： 1． 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据 2． 数据定义功能 提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象。 3． 数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)。 4． 数据库的运行管理 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用和发生故障后的系统恢复。 5． 数据库的建立和维护功能(实用程序)
数据库数据批量装载、数据库转储、故障恢复、数据库的重组织和性能监视等。四、数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）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（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统如图1.1所示，数据库系统在整个计算机系统中的地位如图1.2所示。用户用户用户1应用系统应用系统应用开发工具统应用开发工具DBMS操作系统数据库管理系统数据库管理员硬件操作系统编议系数据库图1.2数据库在计算机系统中的地位图1.1数据库系统数据库系统的特点主要有四个方面：（1）整体数据结构化★人工管理阶段，数据没有结构；★文件系统中，数据文件是等长同格式的记录的集合，记录内部有结构，记录之间无联系：★数据库系统实现整体数据的结构化，不但记录内部结构化，而且记录之间建立了关联。（2）数据的共享性高，余度低，易扩充?数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此，数据可以被多个用户、多个应用共享使用。◆共享可以大大减少数据余，节约存储空间。★共享还可以避免数据的不一致性。?不同的应用系统可以取整体数据的各种子集，当应用需求改变或增加时，只要重新选取不同子集或加上一部分数据便可以满足新的需求。所以说数据库系统弹性大，易于扩充。（3）数据独立性高数据的独立性是指用户的应用程序与数据库中数据是相互独立的，即当数据的物理结构和逻辑结构发生变化时，不影响应用程序对数据的使用。数据的独立性是由DBMS的二级映象功能来保证的（以后介绍）
数据库数据批量装载、数据库转储、故障恢复、数据库的重组织和性能监视等。 四、数据库系统（DataBase System,简称 DBS） 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 （及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 数据库系统如图 1.1 所示，数据库系统在整个计算机系统中的地位如图 1.2 所示。 数据库系统的特点主要有四个方面： （1）整体数据结构化 人工管理阶段，数据没有结构； 文件系统中，数据文件是等长同格式的记录的集合，记录内部有结构，记录之间无 联系； 数据库系统实现整体数据的结构化，不但记录内部结构化，而且记录之间建立了关 联。 （2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系 统，因此，数据可以被多个用户、多个应用共享使用。 共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间。 共享还可以避免数据的不一致性。 不同的应用系统可以取整体数据的各种子集，当应用需求改变或增加时，只要重新 选取不同子集或加上一部分数据便可以满足新的需求。所以说数据库系统弹性大， 易于扩充。 （3）数据独立性高 数据的独立性是指用户的应用程序与数据库中数据是相互独立的，即当数据的物理结构 和逻辑结构发生变化时，不影响应用程序对数据的使用。 数据的独立性是由 DBMS 的二级映象功能来保证的（以后介绍）。 数据库 应用开发工具 数据库管理系统 应用系统 操作系统 用户 用户 用户 数据库管理员 图 1.1 数据库系统 硬件 操作系统 D B M S 编译系统 应用开发工具统 应用系统 图 1.2 数据库在计算机系统中的地位
数据与程序的独立，把数据的定义从程序中分离出去，加上数据的存取以由DBMS负责，从而简化了应用程序的编制，大大减少了应用程序的维护与修改的工作量。（4）高度的数据控制能力数据由DBMS统一管理和控制，保证了数据的安全性和完整性。★DBMS对访问数据库的用户进行身份及其操作的合法性检查，保证了数据库中数据的安全性；★DBMS自动检查数据的一致性、相容性，保证数据应符合完整性约束条件：?DBMS提供并发控制手段，能有效控制多个用户程序同时对数据库数据的操作。保证共享及并发操作。★DBMS具有数据库恢复功能，即当数据库遭到破坏时能自动从错误状态恢复到正确状态的功能。参与一个数据库系统的开发和应用的人员很多，可分为用户、数据库开发人员和数据库管理员三类，DBA负责全面管理和控制DBS。具体职责包括：(1）协调和沟通用户与数据库开发人员；(2)参与数据库设计工作，决定数据库信息内容和结构，(3)定义数据的安全性要求和完整性约束条件：(4)监控并保证数据库的使用和正常运行：(5)提出数据库的改进和重组重构计划。1.1.2数据管理的发展历程数据处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。数据管理则是对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。数据管理技术是应数据管理任务的需要而产生的。在数据管理应用需求的推动下，在计算机硬件、软件发展的基础上，数据管理技术经历以下三个阶段：★人工管理阶段（50年代中期以前）；★文件系统阶段（50年代后期到60年代中期）；?数据库系统阶段（60年代后期以来）。这三个阶段的特点及其比较如表1.1所示。一、人工管理阶段20世纪40年代中--50年代中，应用需求主要是科学计算，当时硬件无直接存取存储设备：软件没有操作系统，处理方式是批处理。人工管理数据具有如下特点：。数据的管理者：应用程序，数据不保存数据面向的对象：某一应用程序.数据的共享程度：无共享、穴余度极大.数据的独立性：不独立，完全依赖于程序0数据的结构化：无结构·数据控制能力：应用程序自己控制人工管理阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图1.3表示
数据与程序的独立，把数据的定义从程序中分离出去，加上数据的存取以由 DBMS 负责， 从而简化了应用程序的编制，大大减少了应用程序的维护与修改的工作量。 （4）高度的数据控制能力 数据由 DBMS 统一管理和控制，保证了数据的安全性和完整性。 DBMS 对访问数据库的用户进行身份及其操作的合法性检查，保证了数据库中数据 的安全性； DBMS 自动检查数据的一致性、相容性，保证数据应符合完整性约束条件； DBMS 提供并发控制手段，能有效控制多个用户程序同时对数据库数据的操作。保 证共享及并发操作。 DBMS 具有数据库恢复功能，即当数据库遭到破坏时能自动从错误状态恢复到正确 状态的功能。 参与一个数据库系统的开发和应用的人员很多，可分为用户、数据库开发人员和数据库 管理员三类，DBA 负责全面管理和控制 DBS。具体职责包括： （1） 协调和沟通用户与数据库开发人员； （2） 参与数据库设计工作，决定数据库信息内容和结构， （3） 定义数据的安全性要求和完整性约束条件； （4） 监控并保证数据库的使用和正常运行； （5） 提出数据库的改进和重组重构计划。 1.1.2 数据管理的发展历程 数据处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。 数据管理则是对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问 题。 数据管理技术是应数据管理任务的需要而产生的。在数据管理应用需求的推动下，在计 算机硬件、软件发展的基础上，数据管理技术经历以下三个阶段： 人工管理阶段（50 年代中期以前）； 文件系统阶段（50 年代后期到 60 年代中期）； 数据库系统阶段（60 年代后期以来）。 这三个阶段的特点及其比较如表 1.1 所示。 一、人工管理阶段 20 世纪 40 年代中-50 年代中，应用需求主要是科学计算，当时硬件无直接存取存储设备， 软件没有操作系统，处理方式是批处理。 人工管理数据具有如下特点： ⚫ 数据的管理者：应用程序，数据不保存 ⚫ 数据面向的对象：某一应用程序 ⚫ 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 ⚫ 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 ⚫ 数据的结构化：无结构 ⚫ 数据控制能力：应用程序自己控制 人工管理阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图 1.3 表示
表1.1数据管理三个阶段的比较人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓背大容量磁备盘软件背景没有操作系统有文件系统有数据库管理系统联机实时处理、分布处理、批处理处理方式批处理联机实时处理、批处理数据的管理者文件系统用户（程序员）数据库管理系统数据面向的对象某一应用程序某一应用现实世界数据的共享程度共享性差，几余度大无共享，几余度极大共享性高，几余度小特不独立，完全依赖于具有高度的物理独立性和一定的数据的独立性独立性差点程序逻辑独立性整体结构化，用数据模型描述数据的结构化无结构记录内有结构，整体无结构由数据库管理系统提供数据安全数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制性、完整性、并发控制和恢复能力数据集1应用程序1应用程序2数据集2......数据集n应用程序n图1.3人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系二、文件系统阶段20世纪50年代末--60年代中，应用需求主要是科学计算、管理，当时硬件已有磁盘、磁鼓等直接存取存储设备，软件有文件系统，处理方式不仅有批处理，而且能够联机实时处理。文件管理数据具有如下特点：数据的管理者：文件系统，数据可长期保存O数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：共享性差、亢余度大数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据的结构化：记录内有结构，整体无结构数据控制能力：应用程序自已控制文件系统阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图1.4表示
表 1.1 数据管理三个阶段的比较 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段 背 景 应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理 硬件背景 无直接存取存储设备 磁盘、磁鼓 大容量磁备盘 软件背景 没有操作系统 有文件系统 有数据库管理系统 处理方式 批处理 联机实时处理、批处理 联机实时处理、分布处理、批处理 特 点 数据的管理者 用户（程序员） 文件系统 数据库管理系统 数据面向的对象 某一应用程序 某一应用 现实世界 数据的共享程度 无共享，冗余度极大 共享性差，冗余度大 共享性高，冗余度小 数据的独立性 不独立，完全依赖于 程序 独立性差 具有高度的物理独立性和一定的 逻辑独立性 数据的结构化 无结构 记录内有结构，整体无结构 整体结构化，用数据模型描述 数据控制能力 应用程序自己控制 应用程序自己控制 由数据库管理系统提供数据安全 性、完整性、并发控制和恢复能力 图 1.3 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 二、文件系统阶段 20 世纪 50 年代末-60 年代中，应用需求主要是科学计算、管理，当时硬件已有磁盘、磁鼓 等直接存取存储设备，软件有文件系统，处理方式不仅有批处理，而且能够联机实时处理。 文件管理数据具有如下特点： ⚫ 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 ⚫ 数据面向的对象：某一应用程序 ⚫ 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 ⚫ 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 ⚫ 数据的结构化：记录内有结构,整体无结构 ⚫ 数据控制能力：应用程序自己控制 文件系统阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图 1.4 表示。 应用程序 1 数据集 1 应用程序 2 数据集 2 应用程序 n 数据集 n
应用程序1数据文件1数据文件2应用程序2存取方法应用程序n数据文件n图1.4文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系三、数据库系统阶段20世纪60年代末，应用需求主要是在规模管理管理，当时硬件已有大容量磁盘，软件有数据库管理系统，处理方式不仅有批处理、联机实时处理，而且需要分布处理。文件管理数据具有如下特点：.数据的管理者：DBMS福数据面向的对象：现实世界.数据的共享程度：共享性高?数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化：整体结构化?5数据控制能力：由DBMS统一管理和控制数据库系统阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图1.5表示。应用程序1数据库应用程序2数据库....管理系统应用程序n图1.5数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关1.数据的高共享性的好处■降低数据的几余度，节省存储空间
三、数据库系统阶段 20 世纪 60 年代末，应用需求主要是在规模管理管理，当时硬件已有大容量磁盘，软件有数 据库管理系统，处理方式不仅有批处理、联机实时处理，而且需要分布处理。 文件管理数据具有如下特点： ⚫ 数据的管理者：DBMS ⚫ 数据面向的对象：现实世界 ⚫ 数据的共享程度：共享性高 ⚫ 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 ⚫ 数据的结构化：整体结构化 ⚫ 数据控制能力：由 DBMS 统一管理和控制 数据库系统阶段程序与数据之间的一一对应关系可用图 1.5 表示。 1．数据的高共享性的好处 ◼ 降低数据的冗余度，节省存储空间 应用程序 1 数据文件 1 应用程序 2 数据文件 2 存取方法 应用程序 n 数据文件 n 图 1.4 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 n 数 据 库 管理系统 数据库 图 1.5 数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关 系