數(shù)據(jù)庫上課第一講概論

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

第一講緒論主講：顧曦電話mail：guxi@0、信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史*20.1信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史*3印加葵布記錄問題？數(shù)據(jù)-信息間的轉(zhuǎn)換信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史（2）*4記錄文字問題？信息的存儲(chǔ)與組織信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史（3）*5記錄文字書籍和圖書館問題？信息量*61024GB=1TB1024TB=1PB1024PB=1EB1024EB=1ZB2008：0.49ZB[英]維克托?邁爾?舍恩伯格（ViktorMayer-Sch?nberger）

國家圖書館的紙質(zhì)信息量總和～20T2014年：50億TB信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史（4）*7記錄文字圖書館磁盤問題信息的使用（檢索、關(guān)聯(lián)、效率）信息記錄發(fā)展簡(jiǎn)史（5）*8記錄文字圖書館磁盤數(shù)據(jù)庫Google的數(shù)據(jù)中心內(nèi)景百度每天處理的數(shù)據(jù)量將近100個(gè)PB，相當(dāng)于5000個(gè)國家圖書館的信息量的總和0.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展史上世紀(jì)50年代和60年代早期：數(shù)據(jù)的處理用磁帶來存儲(chǔ)磁帶只能提供順序訪問使用打孔卡輸入*9數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展史（2）上世紀(jì)60年代和70年代：使用磁盤，可以直接訪問數(shù)據(jù)廣泛使用網(wǎng)絡(luò)和層次數(shù)據(jù)模型Codd定義了關(guān)系數(shù)據(jù)模型獲得圖靈獎(jiǎng)IBM開始R系統(tǒng)原型的研究UC伯克利開始安格爾原型的研究出現(xiàn)高性能事務(wù)處理*10數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展史（3）1980s:關(guān)系數(shù)據(jù)庫商用SQL成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并行和分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)1990s：決策支持和數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用數(shù)據(jù)倉庫網(wǎng)絡(luò)商業(yè)的興起*11數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展史（4）本世紀(jì)初：XML和XQuery標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)數(shù)據(jù)庫管理龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)谷歌的Bigtable，雅虎，亞馬遜，..*12圖靈獎(jiǎng)歷史上的三位數(shù)據(jù)庫專家1973年,查理士·巴赫曼(CharlesW.Bachman):“網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫之父”或“DBTG之父”1981年,埃德加·科德(EdgarF.Codd):“關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父”1998年,詹姆斯·尼古拉·格雷(JamesGray):數(shù)據(jù)庫與事務(wù)處理1、課程概述*141.1Why*15數(shù)據(jù)庫的地位數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于六十年代末，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支。*16數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透。數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國家信息化程度的重要標(biāo)志。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的體系知識(shí)點(diǎn)理論方法技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫新技術(shù)使用管理開發(fā)研究范疇學(xué)習(xí)深度與廣度1.2What*18章節(jié)理論實(shí)驗(yàn)1、緒論22、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與關(guān)系代數(shù)43、

SQL語言84、數(shù)據(jù)庫安全性與完整性45、數(shù)據(jù)庫開發(fā)46、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與索引47、關(guān)系數(shù)據(jù)理論與范式48、并發(fā)控制與事務(wù)處理49、查詢處理與優(yōu)化410、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)211、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與工具412、數(shù)據(jù)庫的新技術(shù)4

1.3How教材數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)，萬常選等編著，清華大學(xué)出版社，2009-9*19參考書王珊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第四版)，高等教育出版社，2006.5選用的數(shù)據(jù)庫1、mySQLMySQL由瑞典MySQLAB公司開發(fā)，采用了GPL（GNU通用公共許可證）。其體積小、速度快、總體擁有成本低，開放源碼，現(xiàn)已被Oracle收購。MySQL社區(qū)版（MySQLCommunityServer）商業(yè)版本:MySQL標(biāo)準(zhǔn)版MySQL企業(yè)版MySQL集群版*201、下載作業(yè)1：下載安裝數(shù)據(jù)庫mySQL2、安裝解壓到安裝目錄啟動(dòng)服務(wù)器cmd->安裝目錄mysqld--console運(yùn)行客戶端cmd->安裝目錄mysqltest學(xué)習(xí)方式聽課（啟發(fā)式、討論式）讀書（預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)）多練習(xí)（特別是SQL）實(shí)驗(yàn)課安排：

待定*231.4課程成績(jī)組成成績(jī)組成：平時(shí)成績(jī)：40%考試：60%考試時(shí)間：2015年5月21日

上午8：00地點(diǎn)：待定形式：開卷題型：選擇（30）、填空（20）簡(jiǎn)答（20）、編程（30）*242、信息

數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)管理2.1信息信息是現(xiàn)實(shí)世界中的事物，通過人的感官感知并經(jīng)過人腦的抽象后形成的概念“凡是在一種情況下能減少不確定性的任何事物都叫做信息?！薄戕r(nóng)（C.E.Shannon），《通信的數(shù)學(xué)理論》，1948年“是我們對(duì)外界進(jìn)行調(diào)節(jié)并使我們的調(diào)節(jié)為外界所了解時(shí)而與外界交換來的東西?！薄S納（N.Wiener），《人有人的用處——控制論和社會(huì)》，1948信息的特性*272.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是指用符號(hào)記錄下來的可以鑒別的信息，用于記錄事物的情況；數(shù)據(jù)是信息的載體，是承載信息的符號(hào)。數(shù)據(jù)的內(nèi)容是事物特征的反映或描述。數(shù)據(jù)的形式可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像等符號(hào)。數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)值之分。數(shù)據(jù)的語義數(shù)據(jù)的含義稱為數(shù)據(jù)的語義，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的。例如93是一個(gè)數(shù)據(jù)語義1：學(xué)生某門課的成績(jī)語義2：某人的體重語義3：計(jì)算機(jī)系2003級(jí)學(xué)生人數(shù)語義4：請(qǐng)同學(xué)給出。。。*292.3數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理：從大量的、可能是雜亂無章的、難以理解的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對(duì)于某些特定的人們來說有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索、維護(hù)和應(yīng)用——數(shù)據(jù)處理的中心問題。例：圖書館的圖書管理：處理圖書的分類、保存、標(biāo)引、檢索和處理等。*30312.4數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展三個(gè)階段1)人工管理階段20世紀(jì)50年代中期以前的這段時(shí)間。計(jì)算機(jī)還很簡(jiǎn)陋，尚沒有完整的操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算。數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用程序的，一個(gè)數(shù)據(jù)集只能對(duì)應(yīng)于一個(gè)程序。數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己定義和管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理工作。當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時(shí)，必須由各自的應(yīng)用程序分別定義和管理這些數(shù)據(jù)，無法共享利用，因此存在大量冗余數(shù)據(jù)。

應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…數(shù)據(jù)集1數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集n…應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息孤島*332)文件系統(tǒng)階段20世紀(jì)50年代后期到60年代中期的這段時(shí)間。計(jì)算機(jī)除了應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算外，已開始應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理在操作系統(tǒng)之上建立的文件系統(tǒng)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)由專門的軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用，數(shù)據(jù)被集中組織存放在多個(gè)數(shù)據(jù)文件（以后簡(jiǎn)稱為文件）或文件組中，并針對(duì)該文件組來開發(fā)特定的應(yīng)用程序。利用“按文件名訪問，按記錄進(jìn)行存取”的管理技術(shù)，可以對(duì)文件進(jìn)行記錄的修改、插入和刪除等操作。

存取方法應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…文件組1文件組2文件組n…文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系文件系統(tǒng)的主要特點(diǎn)文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了文件內(nèi)的結(jié)構(gòu)性，即一個(gè)文件內(nèi)的數(shù)據(jù)是按記錄進(jìn)行組織的，這樣的數(shù)據(jù)是有結(jié)構(gòu)的。整體上還是無結(jié)構(gòu)的，即多個(gè)文件之間是相互獨(dú)立的，無法建立全局的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理模式。程序和數(shù)據(jù)之間由文件系統(tǒng)提供的存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，程序員可以不必過多地考慮物理細(xì)節(jié)。由于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上，因此應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間有了一定的物理獨(dú)立性。文件系統(tǒng)的弊端數(shù)據(jù)共享性差，數(shù)據(jù)冗余和不一致數(shù)據(jù)冗余是指相同的數(shù)據(jù)在不同的地方(文件)重復(fù)存儲(chǔ)文件系統(tǒng)中的一個(gè)(或一組)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，不同應(yīng)用程序之間很難共享相同數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)獨(dú)立性差文件系統(tǒng)中的文件組是為某一特定應(yīng)用服務(wù)的，其邏輯結(jié)構(gòu)對(duì)于該特定應(yīng)用程序來說是優(yōu)化的，但系統(tǒng)也不易擴(kuò)充數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間缺乏邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)孤立，數(shù)據(jù)獲取困難對(duì)于數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，文件系統(tǒng)缺乏有效的管理手段文件系統(tǒng)的弊端完整性問題數(shù)據(jù)的完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性，也稱為一致性約束例如，一個(gè)學(xué)生需要選修某門課程，該學(xué)生必須已經(jīng)修過了該課程規(guī)定的先修課程時(shí)才能選修(因?yàn)檎n程之間存在先修后修關(guān)系)；必須在該教學(xué)班尚未選滿時(shí)才能選修(因?yàn)榻淌胰萘坑邢?；必須在時(shí)間上與其它已經(jīng)選修的課程不沖突時(shí)才能選修

安全性問題一個(gè)系統(tǒng)可能有很多用戶，不同用戶可能只允許其訪問一部分?jǐn)?shù)據(jù)，即該用戶只有一部分?jǐn)?shù)據(jù)的訪問權(quán)限

文件系統(tǒng)的弊端原子性問題計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生故障，一旦故障發(fā)生并被檢測(cè)到，數(shù)據(jù)就應(yīng)該恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)例如，學(xué)生選課時(shí)，不僅要在選課文件中增加某學(xué)生選修某門課的記錄，同時(shí)也要在該課程教學(xué)班記錄中將已選課人數(shù)加1，以便學(xué)生選課時(shí)進(jìn)行容量控制因此，增加選課記錄與選課人數(shù)加1兩個(gè)操作要么都發(fā)生，要么都不發(fā)生，這就是學(xué)生選課操作的原子性要求并發(fā)訪問異常系統(tǒng)應(yīng)該允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問數(shù)據(jù)，在這樣的環(huán)境中由于并發(fā)更新操作相互影響，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)階段20世紀(jì)60年代后期以來數(shù)據(jù)管理對(duì)象的規(guī)模越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣，多種應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的要求越來越強(qiáng)烈數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)是由一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合和一組用以訪問、管理和控制這些數(shù)據(jù)的程序組成這個(gè)數(shù)據(jù)集合通常稱為數(shù)據(jù)庫(database,DB)，其中包含了關(guān)于某個(gè)企業(yè)信息系統(tǒng)的所有信息DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它提供一個(gè)可以方便且高效地存取、管理和控制數(shù)據(jù)庫信息的環(huán)境DBMS和操作系統(tǒng)一樣，都是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)軟件（系統(tǒng)軟件），也是一個(gè)大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)*403.1數(shù)據(jù)庫(Database,

DB)定義：數(shù)據(jù)庫是長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合?；咎卣鲾?shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存可為各種用戶共享冗余度較小數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高易擴(kuò)展*413.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

（DatabaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS）DBS：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。*423.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

(DatabaseManagementSystem，DBMS)定義位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。是基礎(chǔ)軟件，是一個(gè)大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)DBMS的用途解決了文件處理系統(tǒng)中存在的問題有效地管理大量的數(shù)據(jù)，科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的定義和數(shù)據(jù)操作機(jī)制*43DBMS的主要功能1

——數(shù)據(jù)定義功能提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理分類組織、存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù)確定組織數(shù)據(jù)的文件結(jié)構(gòu)和存取方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系提供多種存取方法提高存取效率*44DBMS的主要功能2

——數(shù)據(jù)操縱功能提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作(查詢、插入、刪除和修改)數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫的建立、運(yùn)行和維護(hù)保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)*45DBMS的主要功能3數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序)數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)裝載轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的重組織性能監(jiān)視分析等其它功能DBMS與網(wǎng)絡(luò)中其它軟件系統(tǒng)的通信兩個(gè)DBMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作*46數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)化，這是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別一是指數(shù)據(jù)不僅僅是內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，而是將數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系統(tǒng)一管理起來，使之結(jié)構(gòu)化。問題：如何記錄學(xué)生的成績(jī)？需要記錄的信息：學(xué)生信息，課程信息，成績(jī)信息*48

學(xué)生、課程、學(xué)生成績(jī)文件結(jié)構(gòu)姓名性別學(xué)號(hào)出生日期所學(xué)專業(yè)家庭住址聯(lián)系電話學(xué)生文件Student的記錄結(jié)構(gòu)課程號(hào)課程名稱教材名稱學(xué)時(shí)學(xué)分課程文件Course的記錄結(jié)構(gòu)學(xué)號(hào)課程號(hào)學(xué)期成績(jī)學(xué)生成績(jī)文件Score的記錄結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)二是指在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是僅僅針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用，而是面向全組織的所有應(yīng)用。例如，一個(gè)學(xué)校的信息系統(tǒng)中不僅要考慮教務(wù)處的學(xué)生成績(jī)管理，還要考慮學(xué)生處的學(xué)籍注冊(cè)管理、學(xué)生獎(jiǎng)懲管理、學(xué)生家庭成員管理，以及財(cái)務(wù)處的學(xué)生繳費(fèi)管理；同時(shí)還要考慮研究生院的研究生管理、科研處的科研管理、人事處的教職工人事管理和工資管理等。因此，學(xué)校信息系統(tǒng)中的學(xué)生數(shù)據(jù)要面向全校各個(gè)職能管理部門和院系的應(yīng)用，而不僅僅是教務(wù)處的一個(gè)學(xué)生成績(jī)管理應(yīng)用。

某校信息管理系統(tǒng)中的學(xué)生數(shù)據(jù)姓名性別學(xué)號(hào)出生日期所學(xué)專業(yè)…學(xué)生基本情況課程號(hào)課程名稱…課程學(xué)號(hào)課程號(hào)學(xué)期成績(jī)學(xué)生成績(jī)?nèi)掌趯W(xué)號(hào)管理員