數(shù)據(jù)庫原理第1講

數(shù)據(jù)庫原理

主講：李芳芳

fangli@課程概況課程信息課程簡(jiǎn)介學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)教材與參考書教學(xué)重點(diǎn)數(shù)據(jù)庫基本概念關(guān)系模型SQL語言數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)完整性與模式管理安全性與故障恢復(fù)教材教材王珊，薩師煊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第四版)，高等教育出版社，2012王珊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第四版)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答，高等教育出版社，2008

參考書參考書AFirstCourseinDatabaseSystems

(3rdedition)，UllmanandWidom

《Database:Principles,Programming,andPerformance》第2版，PatrickO’Neil,高等教育出版社，2001數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(第2版)，JeffreyD.Ullman等，機(jī)械工業(yè)出版社，2010數(shù)據(jù)挖掘：概念與技術(shù)，JiaweiHanMichelineKamber

JianPei，機(jī)械工業(yè)出版社，2012上機(jī)軟件ORACLEDB2SQLServer參考資料/~ullman/fcdb.html在線課程：/courses/Engineering/db/2014_1/aboutPostgreSQL官方網(wǎng)站，包括最新版本源代碼、文檔等：

PostgreSQL中文網(wǎng)站：

學(xué)習(xí)要求精讀與泛讀結(jié)合讀書，不是PPT做筆記。理解與表達(dá)并重理論與實(shí)踐結(jié)合熟悉典型系統(tǒng)，掌握設(shè)計(jì)方法，動(dòng)手性能調(diào)優(yōu)學(xué)習(xí)要求讀書要求：讀懂、讀深、讀活讀懂：讀懂某一章或某一個(gè)TOPIC的原理、技術(shù)讀深：和相關(guān)的內(nèi)容（其他章節(jié)）聯(lián)系起來讀。

DBMS是個(gè)整體，要進(jìn)一步學(xué)懂每一部分在整體中的作用、和其他部分的關(guān)系。讀活：能夠用自己的話寫出某一章或某一個(gè)TOPIC的理，要點(diǎn)，難點(diǎn)。能夠變?yōu)樽约旱募夹g(shù)，應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去。教學(xué)目標(biāo)熟悉關(guān)系模型,了解DBMS實(shí)現(xiàn)技術(shù)具備數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)能力成為更好的大型應(yīng)用開發(fā)人員能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的維護(hù),提高數(shù)據(jù)庫的性能考試成績(jī)平時(shí)成績(jī)-----20%

（書面作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）期末考試-----80%數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展回顧經(jīng)歷了三代演變

層次/網(wǎng)狀系統(tǒng)、關(guān)系系統(tǒng)、新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)家族造就了三位圖靈獎(jiǎng)turingaward得主

C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray發(fā)展了一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)科

以數(shù)據(jù)模型和DBMS核心技術(shù)為主，內(nèi)容豐富、領(lǐng)域?qū)拸V形成了一個(gè)巨大的軟件產(chǎn)業(yè)

DBMS及其相關(guān)工具產(chǎn)品、應(yīng)用解決方案三位圖靈獎(jiǎng)得主Edgar.F.Codd關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父JamesGray數(shù)據(jù)庫技術(shù)和“事務(wù)處理”專家

Charles.W.Bachman網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫之父

EdgarF.Codd

關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父美國工程院院士原是英國人，1923年生于英格蘭中部波特蘭第二次世界大戰(zhàn)應(yīng)征入伍，在皇家空軍服役，1942—1945年任機(jī)長，參與了許多驚心動(dòng)魄的空戰(zhàn)英國牛津大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)士與碩士學(xué)位，畢業(yè)后到IBM公司從事操作系統(tǒng)和自動(dòng)機(jī)理論研究年近40重返密歇根大學(xué)進(jìn)修計(jì)算機(jī)與通訊專業(yè)，1963年獲得碩士學(xué)位，1965年又獲得博士學(xué)位60年代后期開始數(shù)據(jù)庫研究，1970年提出關(guān)系模型概念（CACM,Vol13,Vol6,1970）1981年獲得圖靈獎(jiǎng)，84年從IBM退休創(chuàng)辦了一個(gè)研究所：關(guān)系研究所（TheRelationalInstitute）和一個(gè)公司：Codd&Associations，進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品得研發(fā)、銷售、咨詢業(yè)務(wù)第一講數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)庫(Database)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展一、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號(hào)記錄數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖像、聲音、HTML、XML數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語義是不可分的二、數(shù)據(jù)庫(續(xù))數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(Database,簡(jiǎn)稱DB)是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)什么是DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，簡(jiǎn)稱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。什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？數(shù)據(jù)庫：DB數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：DBS---DatabaseSystem

?四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS）是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構(gòu)成。DBS=DB+DBMS+APPLICATION+DBA+USER

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具

操作系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員用戶用戶用戶

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成DBMS的主要功能數(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)操縱功能:提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)

操縱數(shù)據(jù)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)DBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理保證數(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)數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序)

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載數(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)視等1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)一、人工管理時(shí)期40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算 硬件水平 無直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件水平 沒有操作系統(tǒng) 處理方式 批處理 人工管理(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不保存。數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(人工管理)

應(yīng)用程序１數(shù)據(jù)集１應(yīng)用程序２數(shù)據(jù)集２應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…二、文件系統(tǒng)時(shí)期50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

文件系統(tǒng)(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長期保存數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng))應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n存取方法...…...…三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)期60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：DBMS數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：現(xiàn)實(shí)世界 數(shù)據(jù)的共享程度：共享性高 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)控制能力：由DBMS統(tǒng)一管理和控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…數(shù)據(jù)的高共享性的好處降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)間的不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)。DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。小結(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相關(guān)的術(shù)語和基本概念數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展問題：如何看待數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的關(guān)系？數(shù)據(jù)庫的發(fā)展階段有哪些啟示？數(shù)據(jù)庫史上重要人物

埃德加·考特（EdgarF.Codd）

計(jì)算機(jī)界公認(rèn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父。1970年他提出了關(guān)系模型的理論，1970年以后，E.F.Codd繼續(xù)完善和發(fā)展關(guān)系理論；之后創(chuàng)辦了一個(gè)研究所TheRelationalInstitute和一個(gè)公司Codd&Associations；1990年出版了專著TheRelationalModelforDatabaseManagement：Version2

E.F.Codd以其對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的卓越貢獻(xiàn)獲得了1983年ACM圖靈獎(jiǎng)。

C.J.戴特(C.J.Date)

C.J.Date是最早認(rèn)識(shí)到Codd在關(guān)系模型方面所做的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)的學(xué)者之一，他是關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)領(lǐng)域中非常著名的獨(dú)立撰稿人、學(xué)者和顧問，他使得關(guān)系模型的概念普及化。他參與了IBM公司的SQL/DS和DB2兩大產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。30多年來，Date一直活躍在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，其著作有《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)導(dǎo)論》，《對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)：第三次宣言》（1998）

吉姆·格雷（JimGray）

JimGray使關(guān)系模型的技術(shù)實(shí)用化，他為RDBMS成熟并順利進(jìn)入市場(chǎng)起到了關(guān)鍵性的作用。他在事務(wù)處理方面取得了突出的貢獻(xiàn)，使他成為該技術(shù)領(lǐng)域公認(rèn)的權(quán)威，他也成為圖靈獎(jiǎng)?wù)Q生32年來第三位在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展中作出重大貢獻(xiàn)而獲此殊榮的學(xué)者。曾參與主持過IMS、SystemR、SQL/DS、DB2等項(xiàng)目的開發(fā)。他的研究成果反映在他發(fā)表的一系列論文和研究報(bào)告之中，最后結(jié)晶為一部厚厚的專著：TransactionProcessing:ConceptsandTechniques。

MichaelStonebraker

MichaelStonebraker是Ingres的創(chuàng)始人。他是加州大學(xué)伯克利分校的教授，著名的數(shù)據(jù)庫學(xué)者，他在1992年提出對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型。Stonebraker教授領(lǐng)導(dǎo)了稱為Postgres的后Ingres項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目的成果是非常巨大的，在現(xiàn)代數(shù)據(jù)