《数 据 库 技 术》 周志逵 Email: z15299587@sina.com.

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1 《数 据 库 技 术》 周志逵

2 本门课的内容和要求 一． 内容 数据库理论 数据库领域研究的新理论、新技术。 二． 要求 掌握相关理论、原理和技术 每章后有习题，有适量作业
一． 内容 数据库理论 数据库领域研究的新理论、新技术。 二． 要求 掌握相关理论、原理和技术 每章后有习题，有适量作业 期末闭卷考试 成绩：平时成绩（20）＋考试成绩（80）

3 教材：数据库理论与新技术 北京理工大学出版社 参考书：
三． 教材与参考书 教材：数据库理论与新技术 北京理工大学出版社 参考书： 施伯乐等, 关系数据库理论及应用 河南科学出版社 汤庸等, 高级数据库技术 高等教育出版社 A.Silberschatz, Database system concepts 机械工业出版社 王珊等， 数据库系统概论 高等教育出版社

4 数据库领域研究的主要方面 一．数据库管理系统软件
研究其设计方法和实现技术，数据模型，对持久性数据的有效存储和存取方法，数据定义和数据操纵语言，用户接口等。 二． 数据库的设计方法和工具 数据库应用系统的设计方法和工具。早期有设计指南和规范标准，设计阶段的计算机辅助设计工具，计算机辅助设计全过程。要求设计工具能够支持不同应用领域数据库设计，如支持复杂对象设计等。

5 三．     数据库理论研究 1．数据依赖理论 2．规范化理论 范式、算法、模式分解 3．泛关系理论 泛关系模型、泛关系表示、泛关系查询 4．查询优化理论 包括逻辑层和物理层的优化 有关数据模型及设计理论的研究

6 5．符号表追踪理论 6．超图理论 利用超图研究数据库模式的特性 7．空值理论（不确定信息） 空值表示，加了空值后的运算、推理，空值的分类。在空值环境下的各类范式，分解方法、查询优化等。

7 分布式数据库 并行数据库 多媒体数据库 面向对象数据库 对象—关系数据库 主动数据库 知识库 数据库新领域新技术 工程数据库(CAD、CAM) 实时数据库 空间数据库 统计数据库 时态数据库 数据仓库（数据挖掘） Web数据库 移动数据库

8 第 一 章 数 据 库 基 础

9 主要内容： 数据库基本概念 数据模型 数据库系统的体系结构与数据独立性 数据库系统体系结构的演变

10 1.1 数据库基本概念 1.1.1 数据管理技术的产生和发展 人工管理阶段（上世纪50年代初期） 数据不保存 应用程序管理数据 数据不共享
数据不具有独立性 应用程序1 应用程序2 应用程序n 数据集1 数据集2 数据集n

11 文件系统阶段（上世纪50年代后期） 应用程序1 应用程序n 数据文件1 数据文件n 文件管理 系统 数据可以长期保存 由文件系统管理数据
数据物理结构和逻辑结构的分离 数据可以长期保存 由文件系统管理数据 数据文件是面向应用的 数据共享性差，冗余度大 数据独立性差 数据文件1 应用程序1 应用程序n 文件管理 系统 数据文件n

12 数据库系统阶段（上世纪60年代后期） 数 据 库 程序1 数据库 管理系统 程序2 程序n 数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充
数据独立性高 数据由ＤＢＭＳ统一管理和控制 程序1 程序2 程序n 数 据 库 数据库 管理系统

13 数据库技术 数据库技术产生于上世纪六十年代末，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是衡量一个国家信息化程度的重要标志。

14 1.1.2 数据库、数据库管理系统、数据库系统 数据库(DataBase, DB) 长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

15 数据库管理系统(Data Base Management System DBMS)
数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的数据管理软件。如ORACLE、SQL Server、DB2、ACCESS等 DBMS的功能 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据

16 数据库系统(DBS) 由：数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员（DBA)、数据库用户构成的系统 DBA 用户1 用户2 用户3
操作系统 数据库 用户开发工具 数据库管理系统 DBA 数据库系统(DBS) 由：数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员（DBA)、数据库用户构成的系统 后页

17 1.2 数据模型 数据模型的组成要素： 数据结构 数据操作 数据的约束条件

18 层次模型 有且仅有一个结点无双亲，称为根结点； 其它结点有且仅有一个双亲。 层次模型的数据结构是一棵树

19 大学组织机构的层次模型

20 网状模型 一个结点可以有多个双亲； 多个结点无双亲结点。 班级 课程 学生

21 1 .2 .3 关系数据模型 基本结构是二维表，一张表称为一个关系。 与层次和网状模型比较，关系模型有下列优点： 数据结构单一；
建立在严格的数学概念基础上； 将数据定义和数据操纵统一在一种语言中，使用方便，易学易用。

22 陆川 200402 刘敏 200401 李丽 200302 王鸣 200301 班级 姓名 学号 (a) 学生关系

23 赵 伟 9020042 数 据 库 计算机 曹 岩 9020041 马小路 9020032 英语 外 语 9020031 数 学 吴云峰
曹 岩 人工智能 马小路 英语 外 语 赵 伟 计算数学 数 学 吴云峰 班级 课程 系别 教师姓名 (b) 教师开课关系

24 1 .2 .3 面向对象数据模型 可以表示复杂对象； 模块化的结构，便于管理； 具有定义抽象数据类型的能力。
面向对象的数据模型是新一代数据库系统的基础，是数据库技术发展的方向。

25 购车对象的数据结构 复杂 对象 属性： 车 牌 号 车 型 车 主 购 买 日 期 纳 税 情 况 违 章 情 况 方法： 纳 税 登 记
车 型 车 主 购 买 日 期 纳 税 情 况 违 章 情 况 方法： 纳 税 登 记 违 章 登 记 纳税日期 纳税金额 按日期查 违章日期 罚款金额 罚款总计 购车对象的数据结构 复杂 对象

26 1.3数据库系统体系结构与数据独立性 1.3.1 数据库系统的三级模式结构 模式（SCHEMA）：是‘型’的概念 模式 （亦称逻辑模式）
数据库系统的三级模式结构 模式（SCHEMA）：是‘型’的概念 模式 （亦称逻辑模式） 外模式 （亦称子模式） 内模式 （亦称存储模式） 前页

27 模式 （ Schema） 数据库全体数据的逻辑结构和特征的描述。 关系数据库中为全体关系模式的集合。
模式的一个具体值，即数据库中某一时刻的数据，称为数据库某时刻的状态。

28 外模式 （External Schema） 外模式也称子模式（Subschema）或用户模式，是数据库用户（程序员和最终用户）能看见的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用具体相关的数据的逻辑表示。 外模式是模式的子集，是用户的数据视图。一个数据库可以有多个外模式。不同的用户可以有不同的外模式，同一个外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用。 关系数据库中的外模式是由视图组成的。

29 内模式（Internal Schema） 内模式也称存储模式（Storage Schema），一个数据库只能有一个内模式。
内模式是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法。 关系数据库系统中，内模式对应磁盘上的存储文件。

30 应用A 应用B 应用C 应用D 应用E 外模式3 外模式1 外模式2 模 式 内模式 数据库 外模式/模式 数据库系统的三级模式结构
模式/内模式 模 式 内模式 数据库 后页

31 二级映象功能与数据独立性 数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，为了在数据库内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两级映象： 模式/内模式映象 外模式/模式映象

32 外模式/模式映象 对于同一个模式可以由多个外模式，对应于多个不同的用户。对于每一个外模式，都有一个外模式/模式映象。 当模式发生改变时，外模式可以保持不变，从而应用程序可以保持不变，实现了数据的逻辑独立性。

33 定义了数据库全局逻辑关系与存储结构之间的对应关系。 数据库只有一个模式，也只有一个内模式 所以模式/内模式映象是唯一的。
当数据库的存储结构发生变化（内模式变化） 时，可以仅仅改变模式/内模式映象而使模式维持不变，从而应用程序可以保持不变，实现了数据的物理独立性。 前页

34 数据独立性 数据独立性是指数据库中的数据与应用程序是分开的。 数据独立性表现在二个方面： 物理独立性和逻辑独立性。

35 1.4 数据库系统体系结构的演变 1.4.1 集中式数据库系统
集中式数据库系统 运行在一台计算机上的数据库系统，如运行在大型机、小型机或PC机、工作站上的数据库系统。 这样的数据库系统，应用程序和DBMS都在同一台机器上，有一个CPU、一个操作系统支持。可以是单用户或多用户系统。单用户如微机数据库，不需要并发控制，没有数据恢复能力，仅进行数据简单备份。

36 1.4.2 客户/服务器系统（C/S结构） C/S结构中，数据库系统分为前端/后端。
后端（服务器）负责存储结构、查询计算和优化、并发控制、故障恢复； 前端（客户）包括：表格生成工具、报表生成工具、 图形用户界面工具等。 客户端提供图形化的用户界面，向服务器端发送数据请求，完成应用处理。 客户与服务器之间的接口遵循一定标准，如开放数据库互连（ODBC）标准，提供了访问数据库的统一标准。

37 服务器 客户 … 应用服务器 多层（三层）C/S结构，在客户和服务器间增加了应用服务器一级，专门处理商业逻辑，关键算法。

38 1.4.3 并行数据库系统 并行数据库系统中有多个CPU、多个存储器、多个磁盘并行操作，以提高处理速度和I/O速度。
并行数据库系统 并行数据库系统中有多个CPU、多个存储器、多个磁盘并行操作，以提高处理速度和I/O速度。 在并行数据库系统中，多个CPU、多个存储器、多个磁盘通过互连网络互相通信，发送和接收数据。 并行数据库系统可以组成不同的体系结构。如共享内存、共享磁盘等。

39 CPU 磁盘 内存 共享内存结构

40 1.4.4 分布式数据库系统 数据库存储在不同计算机上，计算机间通过互连网络互相通信，发送和接收数据。
分布式数据库系统 数据库存储在不同计算机上，计算机间通过互连网络互相通信，发送和接收数据。 与并行数据库系统不同，计算机之间不共享存储器或磁盘。 分布在不同计算机上的数据库是局部独立的。

41 计算机 通信网络 数据库 分布式数据库系统

42 1.4.5 Internet与浏览器/服务器模式(B/S)
Internet，即国际互连网，由许多独立的商业网、教育网、政府机构网互连而组成。Internet上提供的服务有信息浏览、电子邮件、会议、发送接收文件等。网络间通过公共协议（TCP/IP）通信。 Web是一个基于超媒体的信息网络，通过超级连接浏览Internet上的信息。 Web中的计算机可有二种角色：客户机（浏览器）、服务器。作为服务器，可以提供信息；作为客户机可以浏览和请求信息。服务器与浏览器间通过HTTP协议交换信息。

43 HTTP WeB服务器 中间件 （CGI） Web客户机 Internet 数据 库服

44 1.4.6 嵌入式数据库系统 嵌入式数据库或移动式数据库(EDBS/EMDBS)
嵌入式数据库系统 嵌入式数据库或移动式数据库(EDBS/EMDBS) 各种移动设备、智能计算设备、嵌入式设备（手机、机顶盒、电冰箱、洗衣机） 基于GPS的应用 通过地球同步通讯卫星（GPS）传送地图信息或位置信息。 用于车辆定位、对自然资源和环境的控制和管理 结束

45 思考题： 1、与文件系统相比，数据库管理系统有哪些特点。 2、试比较数据库、数据库系统、数据库管理系统这三个概念。
3、试述数据库的三级系统结构及存在的二级映象功能。 4、试述数据库系统中数据独立性的含义。 5、试述数据库系统结构的演变。 结束