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 数据库技术的发展历史； 数据库系统的基本概念； 数据库系统的组成和功能； 以及数据库的体系结构。 第1章 数据库系统概述 数据库技术是20世纪60年代后期兴起的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、有效地获取和处理数据。 本章主要介绍： 数据库技术的发展历史； 数据库系统的基本概念； 数据库系统的组成和功能； 以及数据库的体系结构。

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)信息(Information) 第1章 数据库系统概述 1.1.1 数据处理技术 (1)信息(Information) 信息是对各种事物的存在方式、运动状态和相互联系特征的一种表达和陈述。是自然界、人类社会和人类思维活动普遍存在的一切物质和事物的属性，它存在于人们的周围。 (2)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。

第1章 数据库系统概述 1.1.1 数据处理技术 (3)数据处理(Data Process) 第1章 数据库系统概述 1.1.1 数据处理技术 (3)数据处理(Data Process) 数据处理是指将数据转换成信息或信息转化为数据的过程，也称信息处理。 广义上讲如对数据的分类、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都属于数据处理的范畴。 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 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

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 1. 人工管理阶段 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 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 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 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。

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 数据库系统的特点如下： 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 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 数据库系统阶段应用程序与数据之间的关系如图所示： 学生部门 教务部门 人事部门 数据库系统系统 教师数据文件 学生数据文件 课程数据文件 人事管理应用程序 学生管理应用程序 教务管理应用程序

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 Management System，DBMS) 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 Management System，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 3.数据库应用系统 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 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 数据库管理系统的功能 数据库管理系统是数据库系统的核心软件，一般说来，其功能主要包括以下5个方面。 第1章 数据库系统概述 1.2.2 数据库管理系统的功能 数据库管理系统是数据库系统的核心软件，一般说来，其功能主要包括以下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 1.3 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。 1.3.1 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 1.3.1 数据库的三级模式结构

第1章 数据库系统概述 1.3.1 数据库的三级模式结构 （1）模式 第1章 数据库系统概述 1.3.1 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 1.3.1 数据库的三级模式结构 （3）内模式 第1章 数据库系统概述 1.3.1 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 1.3.2 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 1.3.2 数据库的两级映像 （1）外模式/模式映像 第1章 数据库系统概述 1.3.2 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。

第1章 数据库系统概述 1.3.2 数据库的两级映像 （2）模式/内模式映像 第1章 数据库系统概述 1.3.2 数据库的两级映像 （2）模式/内模式映像 数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结构改变了(如选用了另一种存储结构)，由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以保证模式保持小变，因而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称物理数据独立性。

第1章 数据库系统概述 1.4 数据库技术的新近展 数据库技术发展之快、应用之广是计算机科学其他领域技术无可比拟的。象CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CIMS（计算机集成制造系统）、CASE（计算机辅助软件工程）、OA（办公自动化）、GIS（地理信息系统）、MIS（管理信息系统）、KBS（知识库系统）等应用领域，都需要数据库新技术的支持。

第1章 数据库系统概述 1.4.1 分布式数据库 　　分布式数据库系统（Distributed DataBase System，DDBS）通常使用较小的计算机系统，每台计算机可单独放在一个地方，每台计算机中都有DBMS的一份完整拷贝副本，并具有自己局部的数据库，位于不同地点的许多计算机通过网络互相连接，共同组成一个完整的、全局的大型数据库。

第1章 数据库系统概述 1.4.2 面向对象数据库 面向对象是一种认识方法学，也是一种新的程序设计方法学。把面向对象的方法和数据库技术结合起来可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致。面向对象数据库系统（Object-Oriented DataBase System，OODBS）是为了满足新的数据库应用需要而产生的新一代数据库系统。

第1章 数据库系统概述 1.4.3 多媒体数据库 多媒体数据库系统（Multi-media Database System，MDBS）是数据库技术与多媒体技术相结合的产物。在许多数据库应用领域中，都涉及到大量的多媒体数据，这些与传统的数字、字符等格式化数据有很大的不同，都是一些结构复杂的对象。

第1章 数据库系统概述 1.4.4数据仓库 数据仓库之父Bill Inmon在1991年出版的“Building the Data Warehouse”一书中所提出的定义被广泛接受——数据仓库（Data Warehouse）是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。 （1）面向主题：操作型数据库的数据组织面向事务处理任务，各个业务系统之间各自分离，而数据仓库中的数据是按照一定的主题域进行组织的。 （2）集成的：数据仓库中的数据是在对原有分散的数据源数据抽取、清理的基础上经过系统加工、汇总和整理得到的，必须消除数据源中的不一致性，以保证数据仓库内的信息是关于整个企业的一致的全局信息。

第1章 数据库系统概述 1.4.4数据仓库 （3）相对稳定的：数据仓库的数据主要供企业决策分析之用，所涉及的数据操作主要是数据查询，一旦某个数据进入数据仓库以后，一般情况下将被长期保留，也就是数据仓库中一般有大量的查询操作，但修改和删除操作很少，通常只需要定期的加载、刷新。 （4）反映历史变化：数据仓库中的数据通常包含历史信息，系统记录了企业从过去某一时点(如开始应用数据仓库的时点)到目前的各个阶段的信息，通过这些信息，可以对企业的发展历程和未来趋势做出定量分析和预测。

纸质作业： 1. 简述数据库系统发展的阶段的及特点。 2．简述数据库管理系统的功能。 3．简述数据库的三级模式和两级映像。 4．简述数据库的逻辑独立性和物理独立性。