Chapter 1: Introduction

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高展平
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1 金培权

2 本课程研究的问题教务信息系统? 证券信息系统银行信息系统数据类型多样化数据联系复杂数据量大数据共享程度高存取性能要求高数据库 1.2

3 本课程研究的问题 (cont.) 教务信息系统抽象使用数据如何组织并存储到数据库中? 应用如何访问数据库中的数据? 如何保证数据的一致性安全性和存取效率? 数据模型数据库语言实现存取数据库 1.3

4 课程主要内容数据如何组织并存储到数据库中? 数据库体系结构数据模型数据库设计应用如何访问数据库中的数据? SQL 和 PL/SQL 数据库应用程序如何保证数据的一致性安全性和存取效率? 事务管理恢复并发控制完整性安全性索引查询优化等数据组织数据存取数据管理 1.4

5 课程知识结构 Chp.1 数据库系统概述 Chp.2 数据库系统体系结构 Chp.4 SQL Chp.3 关系数据模型 Chp.6 关系数据库模式设计 Chp.9 完整性 Chp.10 安全性 Chp.5 PL/SQL Chp.7 数据库设计 Chp.8 数据库应用系统设计 Chp.11 事务与恢复 Chp.12 并发控制 Chp.13 高级主题 1.5

6 基础知识方面了解数据库技术的发展概况了解数据库系统的相关概念数据模型和数据库设计方面课程目的掌握关系数据库理论掌握关系数据库的模式设计方法熟练掌握关系数据库的规范化设计方法数据存取方面熟练掌握数据库查询语言 SQL PL/SQL 数据库应用开发数据库系统方面基本掌握数据库保护技术 : 恢复并发控制完整性安全性了解若干高级数据库技术 1.6

7 与高阶课程之间的关系本科课程数据库原理 / Application-Oriented 硕士课程高级数据库系统 System-Oriented 1.7

8 课程重点和难点理解关系数据模型的设计原理? 凭什么获图灵奖? 如何用关系代数和 SQL 正确表达用户查询? 1.8

9 课程重点和难点如何评价数据库设计的好坏? 如何给出一个好的数据库设计? 理解 DBMS 的事务处理机制 ( 图灵奖 ) 1.9

10 课程安排讲课 + 实验 60 学时讲授 40 学时上机实验教材 Database System Concepts(6th), Abraham Silberschatz et al. An Introduction to Database Systems(7th), C. J. Date 参考文献 Readings in Database Systems, Peter Bailis, Joseph M. Hellerstein, Michael Stonebraker, 5th Edition Database Management Systems (3rd), Raghu Ramakrishnan et al., McGraw-Hill & Tsinghua University Press 数据库系统概论 (5th), 萨师煊, 王珊 A First Course to Database Systems (3rd), J. Ullman et al. 1.10

11 上机软件 Oracle 课程安排 As the backend DBMS PL/SQL Developer For SQL programming Sybase PowerDesigner 15 For database design 前端开发工具 : 不限 1.11

12 考核期末考试 50% 随堂测试 10% 作业 20% 实验 20% 预备知识数据结构算法程序设计课程安排 1.12

13 课程主页 Also linked in

14 第 1 章数据库系统概述

15 主要内容数据库系统的基本概念为什么使用数据库? DBMS 的功能 DBMS 的分类 DBMS 的架构数据库技术的发展 1.15

16 一数据库系统的基本概念数据数据库数据库模式数据库管理系统数据库系统 1.16

17 1 数据数据 (Data) 是数据库中存储的基本对象数据的定义人们用来反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号数据的种类数值数据 :0-9 非数值数据 : 字符文字声音图形图像等 1.17

18 数据的特点 1 数据数据与其语义是不可分的例子 1:93 是一个数据语义 1: 学生某门课的成绩语义 2: 某人的体重语义 3:2016 级学生人数例子 2: 学生档案记录 ( 李明,197205, 中国科大,1990) 语义 1: 学生, 出生年月, 所在学校, 毕业年份语义 2: 学生, 出生年月, 录取大学, 入学时间 1.18

19 数据库的定义 2 数据库数据库 (Database, 简称 DB) 是长期储存在计算机内有组织的可共享的大量数据的集合数据库的基本特征持久存储, 一般数据量比较大数据按一定的数据模型组织描述和储存可为各种用户共享数据间联系密切, 具有最小的冗余度和较高的独立性服务于某个特定的应用例 : 图书数据库航班数据库银行数据库 1.19

20 3 数据库模式数据库模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库数据库模式数据数据的语义 1.20

21 举例学号姓名年龄学生 ( 学号 :char, 姓名 :char, 年龄 :int) 模式 001 张三李四王五 22 数据库 1.21

22 4 数据库管理系统 DBMS(Database Management System), 是计算机程序的集合, 用于创建和维护数据库位于操作系统和用户应用之间总是基于某种数据模型数据库厂商的产品通常指 DBMS, 如 Oracle 11g SQL Server 2005 DB2 Informix 等用户应用 DBMS 操作系统 1.22

23 5 数据库系统 DBS(DataBase System), 指在计算机系统中引入了数据库后的系统, 即采用了数据库技术的计算机系统数据 : 数据库中的数据硬件 : 二级存储器处理器主存等计算机硬件数据库软件 :DBMS 应用系统用户应用程序员 : 使用 C++ Java 等程序设计语言编写数据库应用程序终端用户 : 通过联机工作站或终端与数据库系统交互, 一般使用特定的语言和界面应用程序 DBMS 数据库管理员 (DBA): 负责对系统资源的管理和维护数据库设计员和系统分析员终端用户 1.23

24 二为什么使用数据库? 无共享数据时的文件系统 1.24

25 二为什么使用数据库? 有共享数据时的文件系统 1.25

26 二为什么使用数据库? 数据冗余和不一致数据访问困难数据孤立完整性问题原子性问题并发访问异常安全性问题 1.26

27 二为什么使用数据库? 使用数据库减少冗余, 避免不一致 1.27

28 二为什么使用数据库? 数据共享减少冗余避免不一致提供事务支持 : 如银行转帐保持完整性增强安全性提供并发控制标准化 1.28

29 数据库定义三 DBMS 的功能数据库对象定义 : 表索引约束用户等数据库操纵实现对数据库的基本操作 : 增删改查数据库保护恢复并发控制完整性控制安全性控制数据库的建立和维护初始数据的转换和装入数据备份数据库的重组织性能监控和分析等通常由一些实用程序完成 1.29

30 四 DBMS 的分类按数据模型网状型 DBMS 层次型 DBMS 关系型 DBMS 对象 DBMS 其它 DBMS 第 1 代 DBMS 第 2 代 DBMS 第 3 代 DBMS* 1.30

31 按所支持的用户数单用户 DBMS 多用户 DBMS 四 DBMS 的分类按允许数据库可以分布的站点数按用途集中式 DBMS 分布式 DBMS 通用 DBMS, 如 Oracle Informix 等专用 DBMS, 如时态数据库空间数据库移动数据库等 1.31

32 五 DBMS 的架构用户 DBMS 数据库 1.32

33 六数据管理技术的发展人工管理阶段 (20 世纪 50 年代中以前 ) 数据不保存在机器中应用程序自己管理数据数据无共享数据不具有独立性只有程序概念, 没有文件概念程序 1 数据 1 程序 2 数据

34 六数据管理技术的发展文件系统阶段 (20 世纪 50s 后 -60s 中 ) 数据可以长期保存在磁盘上文件系统管理数据数据共享性差, 冗余大 : 冗余时必须建立不同的文件以满足不同的应用数据独立性差 : 程序通过文件名即可访问数据, 但文件结构改变时必须修改程序程序 1 程序 2 OS 数据 1 数据

35 六数据管理技术的发展数据库系统阶段 (20 世纪 60s 末 ) 数据结构化 : 采用复杂数据模型, 不仅可以表示数据, 还可以表示数据间的联系高共享, 低冗余数据独立性高数据由 DBMS 统一控制程序 1 程序 2 DBMS 数据库 1.35

36 七数据库技术的发展 1961:GE 的 C.W. Bachman 设计了历史上第一个 DBMS 网状数据库系统 IDS (Integrated DataStore) [1973, 图灵奖 ] 1968:IBM 设计了层次数据库系统 IMS 1969:CODASYL 的 DBTG 发表了网状数据模型报告, 奠定了网状数据库技术 1970:IBM 的 E.F. Codd 提出了关系数据模型, 奠定了关系数据库理论基础 ) [1981, 图灵奖 ] 1974:IBM 的 Boyce 和 Chamberlin 设计了 SQL 语言 1973~1976:E.F. Codd 设计了 System R,M. Stonebraker 设计了 Ingres 1976:IBM 的 Jim Gray 提出了一致性锁粒度等设计, 奠定了事务处理基础 ) [1998, 图灵奖 ] 1977:Larry Ellison 创建了 Oracle 公司,1979 年发布 Oracle 2.0, 1986 年 Oracle 上市 1983:IBM 发布 DB2 1.36

37 七数据库技术的发展 1985: 面向对象数据库技术提出 1987:Sybase 1.0 发布 1990:M. Stonebraker 发表第三代数据库系统宣言, 提出对象关系数据模型 [2014, 图灵奖 ] For fundamental contributions to the concepts and practices of underlying modern database systems 1987~1994:Sybase 和 Microsoft 合作, 发布 Sybase SQL Server 4.2 破裂后 Sybase 继续发布 Sybase ASE :Microsoft 发布 Microsoft SQL Server : 开源的 MySQL 正式发布 1998: 提出了半结构化数据模型 (XML1.0) 2005,M. Stonebraker 等开发完成 C-Store,Column-based DBMS 2007,NoSQL( 非关系型数据库 ) 在 Web 领域大行其道 Amazon(SimpleDB/Dynamo) Google(BigTable) Facebook(Cassandra) Yahoo(PNUTS) Yales(HadoopDB) 1.37

38 国际会议八数据库领域的出版物 A 类 :SIGMOD VLDB ICDE (DB 三大会议 ) B 类 :EDBT ICDT CIDR CIKM DASFAA C 类 :DEXA APWeb-WAIM ER SSTD SSDBM MDM WebDB ADBIS 等中国数据库学术会议 NDBC 国际期刊 A 类 : VLDB Journal TKDE TODS(DB 三大期刊 ) B 类 :DKE Information Systems GeoInformatica 等可参考 CCF 计算机国际会议与期刊排名 1.38

39 本章小结数据库系统的基本概念文件系统和数据库系统 DBMS 的功能 DBMS 的分类 DBMS 的架构数据库技术的发展 1.39

Chapter 1: Introduction

Chapter 1: Introduction 高级数据库技术金培权 jpq@ustc.edu.cn http://staff.ustc.edu.cn/~jpq 课程目的掌握数据库设计和优化的方法深入掌握 DBMS 的原理和技术了解 DBMS 实现技术本科课程数据库原理 / 数据库系统及应用 Application-Oriented 硕士课程高级数据库技术 System-Oriented 2 课程内容 Part 1: Application-Oriented