1.1 数据管理技术概述
主要内容
- 数据库基本概念
- 数据管理技术的产生和发展
- 数据库系统的特点
- 数据库基本概念
数据（Data）
数据库（Database）
数据库管理系统（DBMS）
数据库系统（DBS）
一、数据
数据（Data）是数据库中存储的基本对象
数据的定义
描述事物的符号记录
数据的种类
文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等
数据的特点
数据与其语义是不可分的
数据举例
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：计算机专业大三学生的人数
语义4：请同学们给出其它解释 ……
数据举例
学校人事档案中的职工记录
（ 0005796, 201, 陈晓, 1, 1962.12.19, 01 ）
语义：工号, 部门编号, 姓名, 性别, 出生日期, 民族
解释：校长陈晓，男，1962年12月19日出生，汉族，在校长办
公室工作
校长办公室 男 汉族
二、数据库
数据库的定义
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
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
冗余度较小
数据独立性较高
易扩展
三、数据库管理系统
什么是数据库管理系统（DBMS
）
DBMS: Database Management System
位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
是基础软件，是一个大型复杂的软件系统
DBMS的用途
科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据
硬件平台
基础软件平台
软件基础构架平台
应用软件平台
软件产品
协同软件
办公软件
数据库系统
操作系统
中间件
应用服务器
数据库在计算机系统中的位置
DBMS的主要功能
数据定义功能
提供数据定义语言(DDL)
定义数据库中的数据对象
数据组织、存储和管理
分类组织、存储和管理各种数据
确定组织数据的文件结构和存取方式
实现数据之间的联系
提供多种存取方法提高存取效率
DBMS的主要功能
数据操纵功能
提供数据操纵语言(DML)
实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)
数据库的事务管理和运行管理
数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制
保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用
发生故障后的系统恢复
DBMS的主要功能
数据库的建立和维护功能(实用程序)
数据库初始数据装载转换
数据库转储
介质故障恢复
数据库的重组织
性能监视分析等
其它功能
DBMS与网络中其它软件系统的通信
两个DBMS系统的数据转换
异构数据库之间的互访和互操作
四、数据库系统
什么是数据库系统（Database System，简称DBS）
在计算机系统中引入数据库后的系统
（数据库系统有时简称为数据库）
数据库系统的构成
数据库
数据库管理系统（及其开发工具）
应用系统
数据库管理员
数据库
应用系统
应用开发工具
操作系统
数据库管理系统 数据库管理员
用户 用户 用户
数据库系统 - 数据管理技术的产生和发展
什么是数据管理
对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护
数据处理的中心问题
数据管理技术的发展过程
人工管理阶段(20世纪40年代中—50年代中)
文件系统阶段(20世纪50年代末—60年代中)
数据库系统阶段(20世纪60年代末—现在)
大数据系统阶段(21世纪10年代—现在)
数据管理技术的三个发展阶段
手工管理 ( 直接书写机器语言)
00101011 11100101 11001001
10101100 11010100 11110000
01010010 10010000 10000000
文件管理 （程序管理数据）
main（）{
int a，b，c；
fopen(… … );
}
数据库管理（自主管理信息）
select * from S
insert
delete
OS DBMS
手工管理 文件管理 数据库管理
一、人工管理阶段
时期
20世纪40年代中——50年代中
产生的背景
应用需求 科学计算（数据量小、结构简单，如高阶方程、
曲线拟和等）
硬件水平 磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接
存取设备
软件水平 没有操作系统，没有数据管理软件
处理方式 批处理
人工阶段的处理方式
磁带的特点
优点：廉价地存放大容量数据
缺点：顺序访问；1%所需，
100%访问
人工阶段的处理方式
用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，
由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户上机操作
人工管理阶段的特点
数据的管理者：用户（程序员），数据不保存
数据面向的对象：某一应用程序
数据的共享程度：无共享、冗余度极大
数据的独立性：不独立，完全依赖于程序
数据的结构化：无结构
数据控制能力：应用程序自己控制
应用程序与数据的对应关系
(人工管理阶段
)
访问 数据2
程序1 访问 数据1
程序2
程序n 访问 数据n
二、文件系统阶段
时期
20世纪50年代末——60年代中
产生的背景
应用需求 科学计算、数据管理
硬件水平 磁盘、磁鼓 （直接存取设备）
软件水平 有文件系统
处理方式 联机实时处理、批处理
直接存取设备(磁盘、磁鼓等)的特点
无须顺序存取
由地址直接访问所需记录
文件系统的特点
文件存储空间的管理
目录管理
文件读写管理
文件保护
向用户提供操作接口
文件系统阶段的处理方式
直接存取设备(磁盘、磁鼓等)的特点
数据的管理者：文件系统，数据可长期保存
数据面向的对象：某一应用程序
数据的共享程度：共享性差、冗余度大
数据的结构化：记录内有结构，整体无结构
数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用
程序
数据控制能力：应用程序自己控制
文件系统阶段的特点
文件系统中数据的结构
记录内有结构。
数据的结构是靠程序定义和解释的。
数据只能是定长的。
可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。
文件间是独立的，因此数据整体无结构。
可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中描述数据间的联系。
数据的最小存取单位是记录。
应用程序与数据的对应关系
(文件系统阶段
)
存取方式
程序1
程序2
程序n
数据2
数据1
数据n
文件系统管理实例
学号 姓名 系别 补贴 劳资科
学号 姓名 性别 系别 住址 房产科
学号 姓名 系别 学分 学位 学籍科
人事科 学号 姓名 性别 系别 年龄 学位 出身
文件系统阶段的缺点
数据的共享性差，冗余度大
数据面向应用
即使不同应用程序所需要的数据有部分相同时，也必须建立各自的文件，
而不能共享相同的数据
数据孤立
数据分散管理，许多文件，许多数据格式
数据的不一致性
由于数据存在很多副本，给数据的修改与维护带来了困难，容易造成数
据的不一致性
文件系统阶段的缺点
数据与程序的独立性差
文件系统的出现并没有从根本上改变数据与程序紧密结合的状况，数据的逻
辑结构改变则必须修改应用程序
文件系统只是解脱了程序员对物理设备存取的负担，它并不理解数据的语义，
只负责存储
数据的语义信息只能由程序来解释，也就是说，数据收集以后怎么组织，以
及数据取出来之后按什么含义应用，只有全权管理它的程序知道
一个应用若想共享另一个应用生成的数据，必须同另一个应用沟通，了解数
据的语义与组织方式
三、数据库系统阶段
时期
20世纪60年代末以来
产生的背景
应用背景 大规模数据管理
硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列
软件背景 有数据库管理系统
处理方式 联机实时处理，分布处理，批处理
应用程序与数据的对应关系（数据库系统阶段）
数据1 数据2
数据n
程序2
程序1 程序n
DBMS 统一存取
数据库
数据库系统管理实例
学号 姓名
性别
系别 年龄
住址
出身
学位
学分
补贴
学籍科
房产科
人事科
劳资科 - 数据库系统的特点
数据整体结构化
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
（1）数据整体结构化
整体数据的结构化是数据库的主要特征之一
整体结构化
不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织
不仅数据内部结构化，而且整体是结构化的，数据之间具有联系
数据库中实现的是数据的真正结构化
数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释
数据可以变长
数据的最小存取单位是数据项
（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充
数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可
以被多个用户、多个应用共享使用。
数据共享的好处
减少数据冗余，节约存储空间
避免数据之间的不相容性与不一致性
使系统易于扩充
（3）数据独立性高
物理独立性
指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的
物理存储改变了，应用程序不用改变。
逻辑独立性
指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变
了，用户程序也可以不变。
数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的
（4）数据由DBMS统一管理和控制
DBMS提供的数据控制功能
(1)数据的安全性（Security）保护
保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。
(2)数据的完整性（Integrity）检查
将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。
(3)并发（Concurrency）控制
对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。
(4)数据库恢复（Recovery）
将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。
十大功能特性
数据独立性：物理独立性 和 逻辑独立性。
数据共享性：数据可被多个用户共享使用。
可控冗余性：同一数据在数据库中只存放一次，所有用户可以共享使用。
数据安全性：身份鉴定、子模式隔离、存取控制。
数据完整性：用完整性约束条件保证。
数据一致性：用以避免存有二义性的数据进入数据库。
并发控制：保证完整性、一致性的手段和技术。
集中存放、集中控制：方便管理 (对于分布式数据库：物理分布，逻辑集中)
故障可恢复性：日志、事务、副本。
数据字典：系统字典和用户字典。