1、第7章 數據庫系統目錄u7.1 數據庫系統的基本概念 u7.2 數據庫管理系統 u7.3 數據庫語言 u7.4 數據庫技術的發展及特點 u7.5 數據庫系統的應用 7.1 數據庫系統的基本概念u數據庫系統的定義數據庫系統是一個由數據庫、數據庫管理系統、數據庫管理員、數據庫應用程序以及用戶5個部分組成的以數據管理和數據共享為特征的系統。 u下面分別介紹這5個部分的基本概念：（1）數據庫。 u數據庫（Data Base，縮寫為DB）是統一管理的相關數據的集合。u這些數據以一定的結構存放在存儲介質（一般為磁盤）中。u基本特點是：數據能夠為各種用戶共享、具有最小冗余度、數據對程序的獨立性以及由數據庫管

2、理系統統一管理和控制等。 （2）數據庫管理系統。 u數據庫管理系統（ Data Base ManageMent System，縮寫為DBMS）是對數據庫進行管理的軟件，它是數據庫系統的核心。u數據庫管理系統位于用戶與操作系統之間，為用戶或應用程序提供訪問數據庫的方法，包括數據庫的建立、更新、查詢、統計、顯示、打印以及各種數據控制。（3）數據庫管理員。 u數據庫管理員（Data Base Administrator，縮寫為DBA）是對數據庫進行規劃、設計、協調、維護和管理的工作人員。u主要職責是：決定數據庫的結構和信息內容、決定數據庫的存儲結構和存儲策略、定義數據庫的安全性要求和完整性約束條件以

3、及監控數據庫的使用與運行。（4）數據庫應用程序。 u數據庫應用程序是使用數據庫語言開發的、能夠滿足數據處理要求的應用程序。（5）用戶。 u用戶可以通過數據庫管理系統直接操縱數據庫，或者通過數據庫應用程序來操縱數據庫。下圖為數據庫系統的組成 數據庫管理系統應用程序應用程序應用程序用戶用戶用戶數據庫數據庫管理員7.1.2 數據管理技術的發展 u數據管理技術的發展經歷了以下四個階段：人工管理階段文件系統階段數據庫階段高級數據庫階段。 (1)人工管理階段u在20世紀50年代中期以前，計算機的外部設備只有磁帶機、卡片機和紙帶穿孔機等，沒有可以直接存取的磁盤設備。數據處理采取批處理方式，沒有專門用于數據管

4、理的軟件。計算機主要用于科學計算，所涉及的數據在相應的應用程序中進行管理，數據與程序之間不具有獨立性。(2)文件系統階段u在20世紀50年代后期至60年代后期，磁盤和磁鼓等外部存儲設備的出現和操作系統中提供的文件管理功能，使得計算機在信息管理方面的應用得到了迅速的發展，數據管理技術也提高到一個新的水平。該階段的主要特點是：數據獨立與程序，可以重復使用；實現了文件的長期保存和按名存取。 (3)數據庫階段 u在20世紀70年代發展起來的數據庫技術進一步克服了文件系統的缺陷，提供了對數據進行管理的更有效、更方便的功能。u該階段的主要特點是：具有較高的邏輯數據獨立性；提供了數據庫的創建、模擬以及對數據

5、庫的各種控制功能；用戶界面友好，便于使用。(4)高級數據庫階段 u自20世紀80年代以來，以分布式數據庫和面向對象數據庫技術為代表，數據管理技術進入了高級數據庫階段。此后，根據數據管理應用領域的不斷擴大，如知識庫、多媒體數據庫、工程數據庫、統計數據庫、模糊數據庫、主動數據庫、空間數據庫、并行數據庫以及數據倉庫等新型數據庫系統如雨后春筍般大量涌現，為數據管理和信息的共享與利用帶來了極大的方便。該階段的主要特點是：傳統的數據庫技術與通信技術、多媒體技術、并行處理技術以及人工智能技術等相結合，開拓大量數據庫技術新的分支和應用領域。7.1.3 數據庫系統的體系結構 u1外模式 u2概念模式 u3內模式

6、 u4外模式/概念模式映象 u5概念模式/內模式映象 三級模式結構 概念模式/內模式映象外模式/概念模式映象應 用程序A1應 用程序A2外模式A外模式B外模式C應 用程序B1應 用程序C1應 用程序C2概念模式概念模式數據庫7.2 數據庫管理系統u數據庫管理系統的功能u數據庫管理系統的類型u數據庫管理系統的構成u數據庫管理系統的舉例數據庫管理系統的基本功能 u實現對共享數據的有效組織、管理和存取。u它建立在操作系統的基礎上，支持用戶對數據庫的各種操作。u用戶可以邏輯地、抽象地處理數據，而不必涉及這些數據是如何存放的物理細節，即提供較高的數據獨立性。u此外，數據庫管理系統還負責維護數據庫，保證數

7、據庫的完整性和安全性。u（1）數據庫定義功能。 u（2）數據操縱功能。 u（3）數據庫事務管理功能。 u（4）數據庫維護功能。 u（5）其它功能。為了擴大數據庫的應用，數據庫管理系統還應具有與其它類型數據庫系統之間的格式轉換以及網絡通信等功能。 數據庫管理系統的類型 u由于所采用的數據模型不同，數據庫管理系統可劃分為多種類型，如：層次數據庫管理系統、網狀數據庫管理系統、關系數據庫管理系統以及面向對象數據庫管理系統等。u這幾種數據庫管理系統分別對應不同數據模型的數據庫。 1層次數據庫管理系統u層次數據模型是三種傳統的邏輯數據模型 ,是出現最早的一種數據庫管理系統的數據模型 u層次數據模型是按照層

8、次結構（即樹型結構）來組織數據的u層次數據模型這種結構方式反映了現實世界中數據的層次關系 ,但還有很多不能用該模型 2網狀數據庫管理系統 u能夠描述客觀世界中實體的多對多（M:N）聯系。 u通過指針來實現記錄之間的聯系，查詢效率較高。u但由于編寫網狀數據庫系統的應用程序比較復雜，因此自20世紀80年代起這些產品已被關系數據庫系統所取代。3關系數據庫管理系統 u使用二維表格的形式來表示數據庫中的數據及其聯系 u關系模型是在層次模型和網狀模型之后發展起來的一種邏輯數據模型 u符合現實世界中人們的常用形式 u典型的關系型數據庫系統有DB2、Oracle、Sybase、Informix 、Access

9、、Visual FoxPro、Delphi 4面向對象數據庫管理系統 u是面向對象技術與數據庫技術相結合的產物 u許多關系型數據庫系統中已經具備了面向對象數據庫系統的基本特性 7.2.3 數據庫管理系統的構成 u數據庫管理系統是一個龐大的軟件系統，構造這種系統的方法是按其功能劃分為多個程序模塊，這些模塊相互聯系共同完成復雜的數據庫管理功能。u以關系型數據庫為例，數據庫管理系統可以分為應用層、語言處理層、數據存取層和數據存儲層等4個層次，如圖7-3所示。 圖7-3 關系數據庫管理系統（RDBMS）的層次結構 操作系統數據庫數據存儲層數據存取層語言處理層應用層u（1）應用層。該層是數據庫管理系統與

10、終端用戶和應用程序的界面，負責處理各種數據庫應用u（2）語言處理層。該層由DDL編譯器、DML編譯器、DCL編譯器、查詢器等組成，負責完成對數據庫語言的各類語句進行詞法分析、語法分析和語義分析，生成可執行的代碼。u（3）數據存取層。該層將上層的集合操作轉換為對記錄的操作，包括掃描、排序、查找、插入、刪除、修改等，完成數據的存取、路徑的維護以及并發控制等任務。u（4）數據存儲層。該層由文件管理器和緩沖區管理器組成，負責完成數據的頁面存儲和系統的緩沖區管理等任務，包括打開和關閉文件、讀寫頁面、讀寫緩沖區、頁面淘汰、內外存交換以及外存管理等。 7.2.4關系數據庫舉例:Access uMicroso

11、ft Access for Windows是Microsoft公司推出的面向辦公自動化、功能強大的關系數據庫管理系統。 uAccess 2000是一種關系型數據庫管理系統（RDBMS）。 uAccess 2000關系數據庫是數據庫對象的集合。 u注意:在任何時刻，Access 2000 只能打開并運行一個數據庫。 7.3 數據庫語言u數據庫語言是創建數據庫及其應用程序的主要工具，是數據庫系統的重要組成部分。u數據庫語言可以分為：數據描述語言和數據操縱語言。u下面簡單介紹這兩種語言以及結構化查詢語言SQL。 1.數據定義語言（DDL） u根據數據庫類型的不同相應的數據描述語言也不同，但它們都應具

12、有以下一些基本功能： 定義和表示數據庫的邏輯結構和物理結構，并給出其唯一的命名； 描述各類模式及它們之間的映象； 描述每一個基本數據項的基本特征； 描述安全控制方式和完整性約束條件； 定義數據結構和子結構之間的映象。 2.數據操縱語言 （DML） u數據操縱語言（DML）又稱為數據處理語言，用來描述用戶對數據庫進行的各種操作，包括數據的錄入、修改、刪除、查詢、統計、打印等。uDML可分為兩種類型：一種是自含式的，即可由用戶獨立地通過交互方式進行對數據庫數據的操作；另一種是嵌入式的，即不能獨立地進行操作，必須嵌入到某一種宿主語言（如C 、PL/1等）中才能使用。 3.結構化查詢語言SQL uSQ

13、L是結構化查詢語言（Structured Query Language）的英文縮寫，是一種基于關系代數和關系演算的數據庫語言，最早是在System R系統上實現的。 u無論是哪一種數據庫管理系統大多采用SQL作為共同的數據庫存取語言和標準接口。 7.4 數據庫技術的特點 u1數據庫技術與其它學科內容相結合，是新一代數據庫技術的一個顯著特征，涌現出了各種新型的數據庫。u2數據庫技術應用到特定的領域中，出現了工程數據庫、地理數據庫、科學數據庫、空間數據庫等多種數據庫，使數據庫領域中新的技術內容層出不窮。 u（1）分布式數據庫（2）并行數據庫 u（1）分布式數據庫 u（2）并行數據庫 u（3）主動數

14、據庫 u（4）多媒體數據庫 u（1）工程數據庫 u（2）統計數據庫 u（3）空間數據庫 數據庫技術的發展趨勢 u1面向對象數據庫 u2Web數據庫 (主要有CGI、SAPI、JDBC、RAD和ASP。)u3數據倉庫、數據挖掘 7.5 數據庫系統的應用 u當今信息化社會中的關鍵技術是信息技術（Information Technology，簡記IT），而信息系統在信息技術中占有重要的地位，它是數據庫技術最直接的應用領域。u本節將介紹信息系統的基本概念以及一些常用的信息系統，包括：事務處理系統、管理信息系統、決策支持系統以及數據挖掘系統等。7.5.1 信息與信息系統 u在信息系統中，信息通常是指經過

15、加工而成為有一定意義和價值且具有特定形式的數據 u信息具有以下一些特征 :時間性 事實性 明了性 完整性 多樣性 信息系統的定義 u信息系統（Information System，簡記為IS）是一個由人員、活動、數據、網絡和技術等要素組成的集成系統，其目的是對組織的業務數據進行采集、存儲、處理和交換，以支持和改善組織的日常業務運作，滿足管理人員解決問題和制定決策對信息的各種需求。由于現代的信息系統都是利用計算機系統來實現的，因此所謂信息系統一般都是指計算機信息系統。 信息系統的分類 結構化決策非結構化決策基層管理人員高級管理人員戰略規劃（DSS）管理規劃（MIS）操作規劃（EDP、TPS）幾種

16、常見的信息系統 u1. 事務處理系統 事務處理系統是指利用計算機對工商業、社會服務性行業等中的具體業務進行處理的信息系統。 例如，工商業中的銷售、庫存、人事、財會等業務的處理系統，社會服務中的銀行、保險以及醫院、旅館、飯店、郵局等的業務處理系統，均屬于這類系統。基于計算機的事務處理系統又稱為電子數據處理系統 按不同的分類方法事務處理系統有以下不同的類型 :u（1）按處理作業的方式不同，可分為批處理系統和實時處理系統。u（2）按聯機方式不同，可分為聯機集中式系統和聯機分布式系統。u（3）按系統的組織和數據存儲方式不同，可分為使用文件的系統和使用數據庫的系統。u（4）按面向管理工作的層次不同，可分為高層、中層和操作層事務處理系統等。 2管理信息系統 u管理信息系統是對一個組織機構進行全面管理的以計算機為基礎的集成化的人機系統，具有分析、計劃、預測、控制和決策功能。 3決策