3 数据库技术的产生与发展
人工管理阶段(40年代中--50年代中)：✦应用需求：科学计算
✦硬件：无直接存取存储设备✦软件：无通用的操作系统
✦处理方式：批处理
✦数据管理者：应用程序，数据不保存。
✦数据面向的对象：某一应用程序。
✦数据共享程度：无共享、冗余度极大。
✦数据独立性：不独立，完全依赖于程序。
✦数据结构化：无结构。
✦数据控制能力：应用程序自己控制。
人工管理阶段应用程序与数据的对应关系
文件系统阶段(50年代末--60年代中)
✦应用需求：科学计算、数据处理
✦硬件：出现磁盘、磁鼓等
✦软件：操作系统、高级语言
✦处理方式：批处理、共享的实时处理方式
✦数据管理者：文件系统，数据长期保存。
✦数据面向的对象：某一应用程序。
✦数据共享程度：共享性差、冗余度大。
✦数据结构化：记录内有结构,整体无结构。
✦数据独立性：逻辑结构改变须修改应用程序。
✦数据控制能力：应用程序自己控制。
文件管理阶段应用程序与数据的对应关系
数据库系统阶段(60年代末以来)
✦应用需求：大规模管理
✦硬件：出现大容量磁盘、磁盘阵列
✦软件：数据库管理系统
✦处理方式：联机实时处理、分布处理和批处理
✦数据管理者：DBMS
✦数据面向的对象：整个系统
✦数据高度结构化：数据库与文件系统的根本区别
✦数据的共享性高，冗余度低，易扩充
✦数据的独立性高：物理独立性和逻辑独立性
✦数据控制能力：由DBMS统一管理和控制
数据库管理阶段应用程序与数据的对应关系
数据库系统的特点：
1、数据结构化
数据库系统：实现整体数据的结构化，这是数据库系统与文件系统的本质区别。
文件系统：文件由记录组成，文件内部有结构，文件之间无结构。
数据库系统：数据之间整体有结构，是一个有机的整体。
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来组织存储数据，数据不只是面向某一个应用，而是面向整个系统，因此具有很高的共享性。
共享数据带来了低冗余性，也能避免数据之间的不相容性和不一致性。
数据共享使得应用可以应需要而增加，容易扩充
3、数据独立性高
◆物理独立性：是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据时相互独
立的。
数据的物理存储由DBMS负责，应用程序不必了解，只需要处理数据的逻辑结构。
这样当数据库的物理结构改变时，应用程序不用改变。
◆逻辑独立性：直指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，数据库
的逻辑结构改变了，用户程序可以不予改变。
◆数据与程序的独立，把数据的定义和存储从程序中分离出去，而存取数据的方
法由DBMS提供，从而大大简化了应用程序的编制，减少了应用程序的维护
教学内容及过程旁批
一、教学过程
1、复习数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的基本概念和数据库系统的特点。
2、结合例子讲解数据模型的概念；几种主要数据模型的数据结构特性。
3、结合例子讲解模式的概念和三级模式两级映像。
二、教学内容
1.2 数据模型
计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须事先将具体事物转换
成计算机能够处理的数据，这就是数据库的数据模型。
两类数据模型：概念模型、基本数据模型
概念模型：按照用户的观点建模，用于设计数据库
逻辑模型和物理模型(基本数据模型)：用于数据库的逻辑实现和物理实现
数据模型的组成要素：
1．数据结构——系统的静态特性
数据结构不仅要描述数据库组成对象，还要描述对象之间的联系。
通常所说的层
状、网状和关系模型，就是按照此处的数据结构来进行划分的。
2．数据操作——系统的动态特性
是指对数据库中的各种对象运行执行的操作的集合，包括操作及有关的操作
规则。
数据库的操作包括查询和更新。
3．数据的完整性约束条件——一组完整性规则的集合
完整性规则是数据模型中数据及其联系所具有的约束规则，用来限定数据库
状态以及状态的变化，以保证数据的正确。
1.2.1最常用的数据模型
实体－联系方法(E-R方法)，也称E-R模型。
实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物。
属性(Attribute)：实体所具有的某一特性。
联系（relationship）：客观世界中各种对象或抽象概念之间的联系。
实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名；实体的属性用椭圆形表示，以无向边将
其与相应的实体连接起来。
联系：联系本身用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接
起来，同时在无向边旁标上联系的类型(1:1、1:n、m:n)，联系的属性也要用无向边与
该联系连接。
(1)一个员工可以是多个部门的经理，而一个部门最多只能有一个经理，则该管理联系为1:N联系。
(2)一个员工可以在多个部门工作，而一个部门有多个员工，则该工作联系为M:N联系。
结构数据模型：
1、层次模型
用树形结构表示各类实体以及实体之间的联系
按树的定义层次模型有以下两个限制：
✦有且仅有一个结点无双亲——根结点
✦其它结点有且仅有一个双亲
优点：
✦简单，只需很少命令就可以操作数据库✦性能优于关系模型，不低于网状模型。
✦提供了良好的完整性支持
缺点：
✦难以描述现实世界中的复杂联系。
✦对插入和删除操作的限制多。
2、网状模型通过案例展开教学
去掉了层次模型的两个限制：
✦可以有一个以上的结点无双亲
✦至少有一个结点有多于一个的双亲
优点：
✦能更为直接地描述现实世界
✦具有良好的性能，存取效率较高。
缺点：
✦结构比较复杂
✦数据独立性差。
3、关系模型
层状模型和网状模型在实际当中几乎不再使用，而几乎所有的DBMS都支持关系模型，即使不支持的，也加上了关系模型的接口。
逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。
1.3 数据库系统的体系结构
数据库的三级模式结构
为了保障数据与程序之间的独立性，使用户能以简单的逻辑结构操作数据而无需考虑数据的物理结构，简化了应用程序的编制和程序员的负担，增强系统的可靠性。
通常DBMS将数据库的体系结构分为三级模式：外模式、模式和内模式。
◆型(Type)：对某一类数据的结构和属性的说明。
◆值(Value)：是型的一个具体赋值。
例如：学生记录
记录型：(学号,姓名,性别,系别,年龄,籍贯)
该记录型的一个记录值：
(900201,李明,男,计算机,22,江苏)
◆模式(Schema)：数据中全体数据逻辑结构和特征的描述。
模式只涉及型，不涉及具体的值。
例如：学生选课数据库，型包括学生记录、课程记录和学生选课记录几个关系的模式，是相对稳定的，而里面的数据是动态的，2010年某一刻的数据和2009年某一刻的数据是不同的两个值。
◆模式（逻辑模式）
✦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，综合了所有用户的需求。
✦一个数据库只有一个模式。
✦模式是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。
学生数据库模式结构
◆外模式（子模式或用户模式）
✦数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
✦外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式
✦同一外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用。
✦外模式是保证数据库安全性的一个有力措施
学生数据库外模式结构
◆内模式（存储模式）
✦数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的存储方式
✦一个数据库只能有一个内模式
1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性
◆三级模式是对数据库中数据的三个抽象级别，两级映象是在DBMS内部实现
这三个抽象层次的联系和转换。
✦外模式/模式模式/内模式
外模式／模式映象
◆定义了外模式与模式之间的对应关系，每一个外模式都对应一个外模式／模
式映象。
◆保证了数据的逻辑独立性
模式／内模式映象
◆定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，数据库中模式／内模
式映象是唯一的。
◆保证了数据的物理独立性
作业：
◆什么是数据库？什么是数据库管理系统？什么是数据库系统？
◆计算机数据管理经历了哪几个阶段？
◆数据库系统的特点有哪些？
◆数据库管理系统的主要功能有哪些？
◆试述概念模型的作用？
◆三级模式和二级映象各指什么？。