数据库系统概论(第五版) PPT课件
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数据库系统概念PPT第一章,对应原版教材第五版
Instance – the actual content of the database at a particular point in time
Analogous to the value of a variable
Physical Data Independence – the ability to modify the physical schema
Security problems
Database systems offer solutions to all the above problems
Database System Concepts
1.5
©Silberschatz, Korth and Sudarshan, Bo Zhou
Data Abstraction
1.6
©Silberschatz, Korth and Sudarshan, Bo Zhou
Levels of Abstraction
A major purpose of database system is to provide an abstract of
view of data, and hide the certain detail of data storage.
Integrity constraints (e.g. account balance > 0) become part
of program code
Hard to add new constraints or change existing ones
Database System Concepts
without changing the logical schema
Analogous to the value of a variable
Physical Data Independence – the ability to modify the physical schema
Security problems
Database systems offer solutions to all the above problems
Database System Concepts
1.5
©Silberschatz, Korth and Sudarshan, Bo Zhou
Data Abstraction
1.6
©Silberschatz, Korth and Sudarshan, Bo Zhou
Levels of Abstraction
A major purpose of database system is to provide an abstract of
view of data, and hide the certain detail of data storage.
Integrity constraints (e.g. account balance > 0) become part
of program code
Hard to add new constraints or change existing ones
Database System Concepts
without changing the logical schema
数据库系统概念原书第5版(英文)第二章PPT课件
9/29/2020
Dept. of Comp. Sci. & Tech.,
4
Example of a Relation
9/29/2020
Dept. of Comp. Sci. & Tech.,
5
Basic Structure
Formally, given sets D1, D2, …. Dn a relation r is a subset of D1 x D2 x … x Dn Thus a relation is a set of n-tuples (a1, a2, …, an) where
• Other Topics: XML, Distributed Databases, Advanced topics……
9/29/2020
Dept. of Comp. Sci. & TRelational Model for Databases Relational Algebra Operations
9/29/2020
Dept. of Comp. Sci. & Tech.,
2
Outline of the Course (2)
• Part 4 Data Storage & Querying
– Chapter 11: Storage and – Chapter 12: Indexing and Hashing – Chapter 13: Query Processing – Chapter 14: Query Optimization
1
Outline of the Course (1)
• Chapter 1: Introduction
Part 1 Relational Databases
数据库系统概论第5版第1章PPT课件
基础篇
第1章 绪论 第2章 关系数据库 第3章 关系数据库标准语言SQL 第4章 数据库安全性 第5章 数据库完整性
设计与应用开发篇
第6章 关系数据理论 第7章 数据库设计 第8章 数据库编程
An Introduction to Database System
内容安排（2）
系统篇
学习方式
听课
（启发式、讨论式）
读书Байду номын сангаас
（预习、复习）
报告
（综合练习）
An Introduction to Database System
考试成绩
❖平时成绩 （书面作业、上机练习、综合练习） ❖期中考试 ❖期末考试
An Introduction to Database System
内容安排（1）
A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University
An Introduction to Database System
教材及参考书（2）
数据库系统概论
An Introduction to Database System
School of Information, Renmin University of China
2014
An Introduction to Database System
教材及参考书（1）
教材
王珊,萨师煊.数据库系统概论（第5版） .北京:高等教 育出版社，2014.9
第9章 关系查询处理和查询优化 第10章 数据库恢复技术 第11章 并发控制 * 第12章 数据库管理系统
第1章 绪论 第2章 关系数据库 第3章 关系数据库标准语言SQL 第4章 数据库安全性 第5章 数据库完整性
设计与应用开发篇
第6章 关系数据理论 第7章 数据库设计 第8章 数据库编程
An Introduction to Database System
内容安排（2）
系统篇
学习方式
听课
（启发式、讨论式）
读书Байду номын сангаас
（预习、复习）
报告
（综合练习）
An Introduction to Database System
考试成绩
❖平时成绩 （书面作业、上机练习、综合练习） ❖期中考试 ❖期末考试
An Introduction to Database System
内容安排（1）
A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University
An Introduction to Database System
教材及参考书（2）
数据库系统概论
An Introduction to Database System
School of Information, Renmin University of China
2014
An Introduction to Database System
教材及参考书（1）
教材
王珊,萨师煊.数据库系统概论（第5版） .北京:高等教 育出版社，2014.9
第9章 关系查询处理和查询优化 第10章 数据库恢复技术 第11章 并发控制 * 第12章 数据库管理系统
12章-数据库管理系统-数据库系统概论(第五版)
进程间总的通信开销上升
操作系统的负担增大，空间、时间效率不高
DBMS必须设立并维护若干后台进程，增加了进程切换
要访问的数据不在内存时会造成性能问题
临界区问题(Critical Section)
❖ 适用情况
用户数不庞大(非OLTP应用)：Oracle 7之前版本, Ingres,
Informix早期版本
12.2.1 N方案：DBMS与应用程序相融合的方案
❖ 优点
没有进程切换开销 实现比较简单
❖ 缺点
内存的需求量比较大：多DBMS副本 代码冗余使系统性能下降
❖ 适用情况
用户数少的小型DBMS
An Introduction to Database System
12.2 DBMS进程结构和多线索机制
An Introduction to Database System
12.2.2 2N方案：一个DBMS进程对应一个用户进程
❖ 解决N方案中DBMS代码段在内存中不能被共享
应用程序与DBMS副本分开 2N方案
❖ 一用户一进程（Shadow进程）
N个用户进程---N个DBMS进程（共2N个进程）
An Introduction to Database System
12.2.1 N方案：DBMS与应用程序相融合的方案 12.2.2 2N方案：一个DBMS进程对应一个用户进程 12.2.3 N+1方案：一个DBMS进程对应所有用户进程 12.2.4 N+M方案：M个DBMS进程对应N个用户进程 12.2.5 多线索(Multi_Threaded) DBMS的概念
12.2.3 N+1方案：一个DBMS进程对应所有用户进程
❖ 优点
数据库系统概论(第五版)第2章 PPT
❖ 基数为2×2×3＝12
笛卡尔积（续）
表 2.1 D1，D2，D3 的笛卡尔积
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸
SPECIALITY 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业
有的关系数据库管理系统从操作系统那里申请若干个 大的文件，自己划分文件空间，组织表、索引等存储 结构，并进行存储管理
第二章 关系数据库
2.1 关系模型概述 2.2 关系操作 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 *关系演算 2.6 小结
2.2.1 基本的关系操作
❖ 常用的关系操作
查询操作：选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡 尔积
通过上下文加以区别
2.1 关系数据结构
2.1.1 关系 2.1.2 关系模式 2.1.3 关系数据库 2.1.4 关系模型的存储结构
2.1.3 关系数据库
❖关系数据库
在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一 个关系数据库
❖关系数据库的型与值
关系数据库的型: 关系数据库模式，是对关系数据 库的描述
第二章 关系数据库
2.1 关系数据结构及形式化定义 2.2 关系操作 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 *关系演算 2.6 小结
2.1 关系数据结构及形式化定义
2.1.1 关系 2.1.2 关系模式 2.1.3 关系数据库 2.1.4 关系模型的存储结构
2.1.1 关系
❖ 单一的数据结构----关系
数据库系统概论(第五版)第2章
关系数据库简介
❖ 提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd 1970年提出关系数据模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》,1970 之后，提出了关系代数和关系演算的概念 1972年提出了关系的第一、第二、第三范式 1974年提出了关系的BC范式
笛卡尔积（续）
表 2.1 D1，D2，D3 的笛卡尔积
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸
SPECIALITY 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业
有的关系数据库管理系统从操作系统那里申请若干个 大的文件，自己划分文件空间，组织表、索引等存储 结构，并进行存储管理
第二章 关系数据库
2.1 关系模型概述 2.2 关系操作 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 *关系演算 2.6 小结
2.2.1 基本的关系操作
❖ 常用的关系操作
查询操作：选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡 尔积
通过上下文加以区别
2.1 关系数据结构
2.1.1 关系 2.1.2 关系模式 2.1.3 关系数据库 2.1.4 关系模型的存储结构
2.1.3 关系数据库
❖关系数据库
在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一 个关系数据库
❖关系数据库的型与值
关系数据库的型: 关系数据库模式，是对关系数据 库的描述
第二章 关系数据库
2.1 关系数据结构及形式化定义 2.2 关系操作 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 *关系演算 2.6 小结
2.1 关系数据结构及形式化定义
2.1.1 关系 2.1.2 关系模式 2.1.3 关系数据库 2.1.4 关系模型的存储结构
2.1.1 关系
❖ 单一的数据结构----关系
数据库系统概论(第五版)第2章
关系数据库简介
❖ 提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd 1970年提出关系数据模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》,1970 之后，提出了关系代数和关系演算的概念 1972年提出了关系的第一、第二、第三范式 1974年提出了关系的BC范式
数据库系统概念原书第5版(英文)第一章ppt
Database designers: design database ―schema‖ to model aspects of the real world Database application developers: build applications that interface with databases Database administrators (a.k.a. DBA‘s): load, back up, and restore data, fine-tune databases for performance DBMS implementors: develop the DBMS or specialized data management software, implement new techniques for query processing and optimization inside DBMS
August 15, 2013
Dept. of Comp. Sci. & Tech., Tongji Uni.
4
What is a database?
A very large, integrated collection of data
The amount of data is very large The data is structured and interrelated The data is integrated Entities (e.g., students, courses) Relationships (e.g., Li is taking Database and Knowledge) More recently, also includes active components (e.g. “business logic”)
August 15, 2013
Dept. of Comp. Sci. & Tech., Tongji Uni.
4
What is a database?
A very large, integrated collection of data
The amount of data is very large The data is structured and interrelated The data is integrated Entities (e.g., students, courses) Relationships (e.g., Li is taking Database and Knowledge) More recently, also includes active components (e.g. “business logic”)
演示文稿数据库系统概论第五版
[<表名2>.]<列名3>
❖ 连接字段：连接谓词中的列名称
连接条件中的各连接字段类型必须是可比的，但名字不 必相同
第4页，共81页。
连接查询（续）
1.等值与非等值连接查询 2.自身连接 3.外连接 4.多表连接
第5页，共81页。
1. 等值与非等值连接查询
❖ 等值连接：连接运算符为=
[例 3.49] 查询每个学生及其选修课程的情况
Sdept CS CS CS CS CS MA IS
Cno 1 2 3 2 3
NULL NULL
Grade 92 85 88 90 80
NULL NULL
第21页，共81页。
连接查询（续）
1.等值与非等值连接查询
2.自身连接 3.外连接
4.多表连接
第22页，共81页。
4. 多表连接
❖ 多表连接：两个以上的表进行连接
连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该 元组拼接起来，形成结果表中一个元组。当遇到表2中 第一条大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再 继续
第9页，共81页。
连接操作的执行过程（续）
（2）排序合并法（续）
找到表1的第二条元组，然后从刚才的中断点处继续顺序扫描表2，查 找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼
此查询为不相关子查询。
第32页，共81页。
带有IN谓词的子查询（续）
用自身连接完成[例 3.55]查询要求
SELECT S1.Sno, S1.Sname,S1.Sdept FROM Student S1,Student S2 WHERE S1.Sdept = S2.Sdept AND
S2.Sname = '刘晨';
❖ 连接字段：连接谓词中的列名称
连接条件中的各连接字段类型必须是可比的，但名字不 必相同
第4页，共81页。
连接查询（续）
1.等值与非等值连接查询 2.自身连接 3.外连接 4.多表连接
第5页，共81页。
1. 等值与非等值连接查询
❖ 等值连接：连接运算符为=
[例 3.49] 查询每个学生及其选修课程的情况
Sdept CS CS CS CS CS MA IS
Cno 1 2 3 2 3
NULL NULL
Grade 92 85 88 90 80
NULL NULL
第21页，共81页。
连接查询（续）
1.等值与非等值连接查询
2.自身连接 3.外连接
4.多表连接
第22页，共81页。
4. 多表连接
❖ 多表连接：两个以上的表进行连接
连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该 元组拼接起来，形成结果表中一个元组。当遇到表2中 第一条大于表1连接字段值的元组时，对表2的查询不再 继续
第9页，共81页。
连接操作的执行过程（续）
（2）排序合并法（续）
找到表1的第二条元组，然后从刚才的中断点处继续顺序扫描表2，查 找满足连接条件的元组，找到后就将表1中的第一个元组与该元组拼
此查询为不相关子查询。
第32页，共81页。
带有IN谓词的子查询（续）
用自身连接完成[例 3.55]查询要求
SELECT S1.Sno, S1.Sname,S1.Sdept FROM Student S1,Student S2 WHERE S1.Sdept = S2.Sdept AND
S2.Sname = '刘晨';
第14章-大数据管理-数据库系统概论(第五版)
➢海量的数据+5G物联网+芯片技术
我们正进入DT时代，千真万确。
An Introduction to Database System
大数据管理
❖14.1 大数据概述 ❖14.2 大数 Introduction to Database System
其主要功能包括动态 数据抓取、历史数据保留、数据 深度智能分析、数据可视化展示、敏感信息实时捕捉 、 预定阈值报警等。
An Introduction to Database System
时事探针系统 ----“高考”话题进行分析
❖ 图14.1显示，媒体对于高考这一话题整体关注度 较高，从2014年5月份开始，随着高考的临近， 报道量持续增加。
➢ 典型的应用是采用并行与分布处理框架实现。
An Introduction to Database System
大数据的分类
❖ 有些专家将网络空间（cyberspace)中各类应用引 发的大数据称为网络大数据。
按数据类型分为
➢自媒体数据 ➢日志数据 ➢富媒体数据
An Introduction to Database System
An Introduction to Database System
时事探针系统 ----“高考”热议话题的多维分 析
❖ 图14.2展示了对“高考”热议话题的多维分析。
该图显示了与“高考”有关的主要人物、主要相关地 点、主要相关机构、相关话题
An Introduction to Database System
– 数据密集型科学发现（data intensive scientific discovery) – 科研第四范式将不仅是研究方式的转变，也是人们思维方式
我们正进入DT时代，千真万确。
An Introduction to Database System
大数据管理
❖14.1 大数据概述 ❖14.2 大数 Introduction to Database System
其主要功能包括动态 数据抓取、历史数据保留、数据 深度智能分析、数据可视化展示、敏感信息实时捕捉 、 预定阈值报警等。
An Introduction to Database System
时事探针系统 ----“高考”话题进行分析
❖ 图14.1显示，媒体对于高考这一话题整体关注度 较高，从2014年5月份开始，随着高考的临近， 报道量持续增加。
➢ 典型的应用是采用并行与分布处理框架实现。
An Introduction to Database System
大数据的分类
❖ 有些专家将网络空间（cyberspace)中各类应用引 发的大数据称为网络大数据。
按数据类型分为
➢自媒体数据 ➢日志数据 ➢富媒体数据
An Introduction to Database System
An Introduction to Database System
时事探针系统 ----“高考”热议话题的多维分 析
❖ 图14.2展示了对“高考”热议话题的多维分析。
该图显示了与“高考”有关的主要人物、主要相关地 点、主要相关机构、相关话题
An Introduction to Database System
– 数据密集型科学发现（data intensive scientific discovery) – 科研第四范式将不仅是研究方式的转变，也是人们思维方式
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▪ 软件水平
没有操作系统
▪ 处理方式
批处理
人工管理阶段(续)
❖ 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)
DBMS的主要功能
▪ 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 ▪ 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
课程安排
总学时：32学时，其中24学时理论，8学时上机
关于教材
教材
▪ 数据库系统概论(第五版)，王珊,萨师煊著 高等教育出版社，2014.12
参考书
《数据库系统导论(An Introduction to Database Systems )》（第 七版）C.J.Date著 ，机械工业出版社，数据库领域中的权 威著作。(剑桥大学)
▪ 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、 入学时间
▪ 解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人， 1990年考入计算机系
请给出另一个解释和语义
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)
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
▪ 硬件水平
无直接存取存储设备
1.1.1 四个基本概念
❖ 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
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构成数据库系统。
❖ 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
应用程序1 应用程序2
数据集1 数据集2
...… ...…
应用程序ｎ
数据集n
人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系
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、管理
▪ 硬件水平
磁盘、磁鼓
▪ 软件水平
有文件系统
▪ 处理方式
联机实时处理、批处理
文件系统阶段(续)
第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 小结
数据库的地位
❖ 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技 术，是计算机科学的重要分支。
❖ 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大 地促进了计算机应用向各行各业的渗透。
❖ 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 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：某个年级的学生人数 语义4：请同学给出。。。
数据举例
❖ 学生档案中的学生记录
（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990）
▪ 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DBMS
▪ 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
❖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
应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段)
❖ 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度 已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。
❖ 是学习动态网站课程的必不可少的知识； ❖ 在毕业设计和以后的工作中都能用到；
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点
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
▪ 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)
用户
用户
用户
应用系统
应用开发工 具
数据库管理系 统
操作系 统
数据库管理员
数据库
数据库系统
1.1 数据库系统概述
1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点
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
《数据库系统概念(Database System Concepts)》（第六版） Silberschatz著， 机械工业出版社。(耶鲁大学)
பைடு நூலகம்
学习方式及要求
听课 读书 独立完成作业 积极答疑 按时上课 认真完成上机实验
数据库系统概论
An Introduction to Database Systems