讲座--数据库系讲义统结构

理解DBMS的两个问题
• 多用户或单用户 • 数据库可能是集中或分布式的
两层系统和三层系统
两层系统中客户端和服务器端需要不同的软件 三层系统加入了中间件，为一个DBMS的客户端
访问另一个DBMS的数据提供了一种手段
分布式DBMS实现的不同方式
数据在地理上分开 多点存储相同数据库
• 分布的服务器结构
在网络中有多台数据库服务器 分布的服务器结构是客户／服务器与分布式
数据库的结合
C/S结构数据库系统的优点
• 客户端的用户请求被传送到数据库服务器， 数据库服务器进行处理后，只将结果返回 给用户，从而显著减少了数据传输量
• 数据库更加开放
客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软 件平台上运行
可以使用不同厂商的数据库应用开发工具
C/S结构数据库系统的缺点
• “胖客户”问题：
系统安装复杂，工作量大 应用维护困难，难于保密，造成安全性差 相同的应用程序要重复安装在每一台客户机
上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源 系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬
件配置、操作系统又常常不同，要为每一个 客户机安装应用程序和相应的工具模块，其 安装维护代价便不可接受了
• 数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但 物理地分布在计算机网络的不同结点上
网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库 中的数据，执行局部应用
同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中 的数据，执行全局应用
分布式结构的数据库系统（2）
• 优点
适应了地理上分散的公司、团体和组织对于 数据库应用的需求
应用实例
• SOHO族
通过邮件订单卖产品
• 学校董事会

01
索引类型
常见的索引类型包括B树索引、哈希索 引、位图索引等，每种索引类型都有其 适用的场景和优缺点。
02
03
索引维护
索引的维护也是非常重要的，定期对 索引进行重建和优化可以提高其性能。
数据库系统硬件优化
硬件优化概述
除了软件层面的优化外，硬件层 面的优化也是必不可少的，尤其
是对于大规模的数据库系统。
数据库性能调优
通过优化数据库设计、查询语句和物理存储等手段，提高数据库性能 的过程。
03
数据库系统操作与管理
数据库的创建与维护
数据库的创建
选择合适的数据库管理系统（如MySQL、Oracle、SQL Server等），根据需求设计数据库结构，创建数据库实 例。
数据库的维护
定期备份数据库，监控数据库性能，进行数据库优化和修复，确保数据库的正常运行。
关系数据库
关系数据库
关系完整性
一种基于关系的数据库，使用表格形式存 储数据，每个表格由行和列组成，每列代 表一个属性，每行代表一个记录。
关系数据库中数据的完整性约束，包括实 体完整性、参照完整性和用户自定义完整 性。
关系代数
关系数据库管理系统（RDBMS）
一种用于描述关系数据库操作的数学模型 ，包括选择、投影、连接等操作。
云计算
云计算技术的发展推动了数 据库技术的云化，使得数据 库服务能够更加灵活地部署 和扩展。
智能化
数据库技术正与人工智能技 术相结合，实现数据挖掘、 智能推荐等功能，提高数据 利用价值。
分布式
分布式数据库技术能够支持 大规模数据的存储和管理， 提高数据库系统的可扩展性 和可靠性。
NoSQL数据库简介
存储设备

程序员
数数
据 库 应 用
据操 库作硬 管系件 理 统 数据库
系
系统
统
数据库系统层次示意图
最 终 用 户
数据库 管理员
1.1.2 数据库技术
3. 数据库系统
(1)、定义与组成
用户
用户
用户
数据库应用系统
数
据
应用开发工具
库
系
统
数据库管理系统
操作系统
数据库
数据库管理员
4. 数据库系统
(2)数据库系统的有关人员 数据库系统的有关人员包括最终用户、
1、人工管理阶段（1956以前）
应用程序1
数据1Biblioteka 求平均分班级英语 成绩
求及格率
班级英语 成绩
求优秀率
班级英语 成绩
程序与数据的关系
特点: (1) 数据不独立
它是程序的组成部分。 数据的传输和使用由程 序控制完成。数据也不 保存，用时随程序一起 全部送入内存，用完之 后全部撤出计算机。
(2)程序间数据大量重复
第一讲——数据库系统基础知识 课件
数据库技术部分
第一章 数据库系统基础知识 第二章 VFP编程基础 第三章 表与数据库操作 第四章 查询与视图 第五章 数据库应用系统设计
第一章 数据库系统基础知识
1.1.1 数据处理基本概念
数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不 可分的。 例如 100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：计算机学院2004级学生人数 语义4：请同学给出……
联机实时处理、 联机实时处理、分布
批处理
处理、批处理
文件系统
数据库管理系统
某一应用

C/S结构数据库系统的种类
集中的服务器结构
一台数据库服务器，多台客户机
分布的服务器结构
在网络中有多台数据库服务器 分布的服务器结构是客户／服务器与分布式
数据库的结合
C/S结构数据库系统的优点
客户端的用户请求被传送到数据库服务器， 数据库服务器进行处理后，只将结果返回 给用户，从而显著减少了数据传输量 数据库更加开放
应用程序访问数据库的方式
ODBC JDBC 其它：如RDO，ADO和OLEDB。这
些接口目前并不能代替ODBC。
ODBC
ODBC（Open Database Connectivity），即 开放式数据库连接，是微软公司提出的、用C 语言实现的数据库连接标准。
通过ODBC API，应用程序可以存取保存在多 种不同数据库管理系统（DBMS）中的数据， 而不论每个DBMS使用了何种数据存储格式和 编程接口。
客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软 件平台上运行
可以使用不同厂商的数据库应用开发工具
C/S结构数据库系统的缺点
“胖客户”问题：
系统安装复杂，工作量大 应用维护困难，难于保密，造成安全性差 相同的应用程序要重复安装在每一台客户机
上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源 系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬
SQL Server 2000的系统要求
主题三
数据库应用开发工具
数据库应用开发工具
PowerBuilder Visual C++ Visual Basic Delphi Java ……
共同的特点
支持客户机/服务器体系结构，作为数据库 应用程序的开发工具在客户机中使用。 采用面向对象和可视化技术(窗口、菜单、 控件等对象)，提供可视化的应用开发环境， 采用事件驱动工作方式。可以方便快捷地 开发出利用后台服务器中的数据和数据库 管理系统的数据库应用程序。 提供对目前流行的大多数关系数据库管理 系统的支持，即所开发的应用程序是独立 于服务器上的数据库管理系统的。

在医学中-人类基因组计划(HGP)

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基因组就是一个物种中所有基 因的整体组成。人类基因组有 两层意义：遗传信息和遗传物 质。 人类基因组计划是由美国科学 家于1985年率先提出，于1990 年正式启动的。美国、英国、 法国、德国、日本和我国科学 家共同参与了这一预算达30亿 美元的研究计划。 目标就是要揭开组成人体4万个 基因的30亿个碱基对的秘密。
在电信业-中国移动（China Mobile）
中国移动通信集团公司，于2000年 4月20日成立， 2000年5月16日正 式挂牌，是一家基于GSM，TDSCDMA和TD-LTE制式网络的移动 通信运营商。中国移动是国有骨干 企业，全资拥有中国移动（香港） 集团有限公司，由其控股的中国移 动有限公司（简称“上市公司”）在 国内31个省（自治区、直辖市）和 香港特别行政区设立全资子公司， 并在香港和纽约上市。

在这样的背景下，多用户、多应用共享数据的 需求，使数据尽可能为多个应用服务，此时数 据管理的特点为：

采购员
采购应用程序
DBMS
面向全组织的复杂数据结构。 数据冗余度小，共享性高，易于扩充。 具有较高的程序和数据的独立性。 统一的数据控制功能（安全控制、完整性控制、并 发控制、数据库恢复）。
数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系
其他领域（数据挖掘、信息检索、知识管理等） SIGKDD: Intl. Conf. on Knowledge Discovery and Data Mining ICDM: IEEE Intl. Conf. on Data Mining
数据库系统的基本概念

数据（Data）

THANKS
感谢观看
触发器、存储过程和函数设计
根据业务需求，设计触发器、存储过程和函数， 实现特定的业务逻辑。
ABCD
索引设计
根据查询需求，为表中的字段设计索引，提高查 询效率。
逻辑模型评审
邀请专家对逻辑模型进行评审，确保其满足业务 需求和性能要求。
物理设计
数据存储结构
设计数据库的数据存储结构，包括表空间、数据文件、索引文件等。
概念设计
实体识别
根据需求分析结果，确定系统中的实体和实 体之间的关系。
概念模型评审
邀请专家对概念模型进行评审，确保其准确 反映用户需求。
实体关系图绘制
使用实体关系图表示实体及其之间的关系， 为后续设计提供基础。
概念模型优化
根据评审结果，对概念模型进行优化和调整 。
逻辑设计
逻辑模型转换
将概念模型转换为逻辑模型，明确数据库的表、 字段、主键、外键等逻辑结构。
在此添加您的文本16字
在医疗领域，数据库系统用于存储和管理病人信息、医疗 记录和药品库存等，提高医疗服务的效率和质量。
在此添加您的文本16字
在教育领域，数据库系统用于存储和管理学生信息、成绩 记录和课程安排等，方便学校进行学生管理和教学质量评 估。
在此添加您的文本16字
在科研领域，数据库系统用于存储和管理实验数据、研究 成果和文献资料等，促进科研合作和学术交流。
在此添加您的文本16字
在电商领域，数据库系统用于存储和管理商品信息、订单 记录和用户信息等，提升电商平台的运营效率和客户满意 度。
02
数据库系统基本概念
数据模型
概念模型
数据模型的一种，用于描述现实世界 事物和概念的一种抽象表示方式，包 括实体、实体间的关系等。常见的概 念模型有实体-关系模型和面向对象模 型等。

（3）用户
用户是指数据库系统的最终用户。不同层次的用户按其业务工作的要求， 通过应用程序的操作界面使用数据库，分别完成日常业务、管理和决策的工作。 如超市的收银员就是一种数据库系统的用户。
参考教材
萨师煊、王珊编著, 数据库系统 (第五版), 高等教育出版社
周立柆等编著,SQL Server 数据库原理— —设计与实现, 清华大学出版
作业
考试以完成实验环节为必要条件,期末考试采用笔试; 本课程总成绩为100分,其中成绩评定由三部分组成： 期末考试成绩: 60% 实验成绩: 25% 平时成绩: 15%
本课程分组实验
分组实验考查：以组为单位，每组设计一个系统，设计工 具：Visual Basic6.0+SqlServer2000
1.2 数据管理技术的发展
1.2.3 数据库系统阶段
3．数据库系统阶段的主要特点
（4）便于对数据实现集中统一的管理与控制
完整性控制 ：数据的完整性是指数据的正确性、有 效性。数据库中的数据是对客观世界中事物性质的 反映，必须要符合一定的语义。数据库系统应提供 必要的功能，保证数据库中的数据在输入、修改过 程中始终符合原来的含义或规定。
1.2 数据管理技术的发展
1.2.3 数据库系统阶段
3．数据库系统阶段的主要特点
（4）便于对数据实现集中统一的管理与控制
安全性控制
完整性控制 并发控制
故障恢复
1.2 数据管理技术的发展
1.2.3 数据库系统阶段
3．数据库系统阶段的主要特点
（4）便于对数据实现集中统一的管理与控制
安全性控制：数据的安全性是指保护数据以防止不 合法的使用所造成的数据泄密或破坏。系统一般用 检查口令或其它手段来验证用户身份，只有合法用 户才能进入数据库系统；可以通过定义保密级别和 数据存取权限来控制进入系统的用户只能使用允许 他使用的数据。

数据挖掘技术
数据挖掘是从大量数据中提取有用的信息和知识的过程。数据挖掘技术包括关联分析、聚类分析、分类和预测等 ，可以帮助企业发现隐藏在数据中的价值。
分布式数据库系统
• 分布式数据库系统是一种将数据 存储在多个物理节点上的数据库 系统，每个节点拥有自己的存储 系统和处理能力。分布式数据库 系统可以实现数据的分散存储和 访问，提高数据的可用性和可扩 展性。
数据库
存储数据的物理结构。
查询优化器
优化查询性能，选择最佳的查 询执行计划。
用户界面
提供用户与数据库交互的界面 ，包括命令行界面和图形用户 界面。
06
数据库技术的发展趋 势
数据仓库与数据挖掘技术
数据仓库
数据仓库是一个大型、集中式的存储系统，用于存储和管理大量的数据，以便进行查询、分析和决策支持。数据 仓库技术包括数据清理、数据集成、数据存储和查询优化等技术。
需求分析阶段需要与用户进行深入交流，了解用户的需求和业务场景，并 整理成需求文档。
需求分析阶段还需要对数据进行分类和分析，确定数据的来源、结构和关 系。
概念设计阶段
01 概念设计阶段是根据需求分析的结果，设计出满 足用户需求的数据库概念结构。
02 概念设计阶段主要采用E-R图等工具进行数据模 型的设计，确定实体、属性、关系等概念。
数据的独立性
数据库系统将数据与应用程序分离， 使得数据的修改和应用程序的更新相 互独立。
数据的共享性
数据库系统允许多个用户同时访问和 操作数据，实现数据的共享和协同工 作。
数据库系统的分类
关系数据库系统
基于关系模型的数据库系统， 使用表格形式存储数据，支持
SQL语言进行数据操作。
非关系数据库系统

20世纪60年代后期出现了一种新 型的数据管理技术——数据库技 术，它解决了数据的组织、存储 和管理问题，实现了数据的共享
和高效处理。
数据库系统组成与结构
数据库系统组成
数据库系统由数据库、数据库管理系统 （DBMS）、应用系统和用户构成。
VS
数据库系统结构
数据库系统的结构可以分为三级模式结构 ，包括外模式、模式和内模式。其中，模 式是数据库中全体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；外 模式是模式的子集，是用户与数据库的接 口；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式。
用户自定义完整性
根据业务需求，设置自定义的约束条件，如 字段值范围、格式等。
级联操作
在更新或删除记录时，自动更新或删除相关 联的数据，保持数据一致性。
并发操作带来问题及解决方法
丢失更新
两个事务同时更新同一数据，后提交的事务会覆盖先提交 的事务的更新结果。解决方法包括使用锁机制、时间戳等 。
脏读
一个事务读取了另一个未提交事务的修改数据，可能导致 数据不一致。解决方法包括使用隔离级别、锁机制等。
考虑系统的性能、稳定性 、可扩展性和易用性
确保系统具有良好的技术 支持和社区资源
05
数据库安全、完整性与并发控制
数据库安全性保护措施
用户身份鉴别
通过用户名/密码、数字证书等方式 验证用户身份，防止非法用户访问。
访问控制
根据用户角色和权限，限制对数据库 对象的访问和操作，确保数据不被越 权访问。
数据加密
未来发展趋势预测和挑战应对
多模数据管理
未来数据库将支持多种数据模型的管理 和访问，以满足不同应用的需求。
文档存储数据库