数据库技术及应用-数据库基础知识

1数据库技术及应用SQLSERVER20082为什么要学习数据库？随着社会网络化、数字化的发展趋势，越来越多的交互性程序被提了出来，交互性数据的存储就随之提了出来；在实际应用中，需要保存的数据很多（如学生资料、图书信息、银行客户交易信息等），而且这些数据之间往往还有关联，那么这些数据如何保存才能满足应用需求？没有数据库的系统就是一个死的系统；3课程介绍课时：理论：50课时，课堂讲授实践：30课时，课程实验学分：4.0分培养目标：掌握SQLServer2008的安装与基本配置；熟练使用SQLServer2008进行数据管理与维护；能够熟练使用T-SQL语句进行数据操纵与管理；具备创建数据库应用程序的能力。考核卷面成绩（70%）+平时成绩（30%）4本书结构第1章数据库基础知识第2章关系数据库第3章数据库的设计第4章SQLServer2008概述第5章创建与管理SQLServer2008数据库第6章创建和管理SQLServer2008数据表第7章操纵数据表中的数据第8章Transact-SQL语言第9章视图第10章索引第11章存储过程第12章触发器第13章数据库的备份与还原第14章数据传输第15章SQLServer2008数据库的安全性和完整性管理第16章学生成绩管理系统的设计与实现5第1章数据库基础知识一、数据库、数据库管理系统与数据库系统二、数据库技术的产生与发展三、数据库系统的组成与结构四、数据库系统的作用与特点五、数据模型六、概念模型6一、数据库、数据库管理系统与数据库系统

1.什么是数据库（Database，DB）数据库是长期存储在计算机内，有组织的、大量的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为用户共享。1)存放数据的仓库2)存在于计算机的存储设备上3)数据是按照一定的数据模型组织的一组相关数据的集合4)数据可以被共享72.什么是数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）问题1：如何建立一个容器，来存放数据？问题2：如何把数据装入容器？问题3：如何从1万条数据中，挑选出1千条数据进行排序？注意：数据分为两种：

1)

用户可以直接使用的数据；

2)有关数据库的定义信息数据，如数据库的名称，表的定义，数据库用户名及密码、权限等。一、数据库、数据库管理系统与数据库系统

8一、数据库、数据库管理系统与数据库系统2.什么是数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）DBMS是指数据库系统中对数据进行管理的软件系统，它是数据库系统的核心组成部分，数据库系统的一切操作，包括查询、更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。DBMS是基于数据模型的，因此可以把它看成是某种数据模型在计算机系统上的实现。根据所采用数据模型的不同，DBMS可以分成网状型、层次型、关系型、面向对象型等。9一、数据库、数据库管理系统与数据库系统3.什么是数据库系统（DatabaseSystem，DBS)1)数据库2)数据库管理系统，及其开发工具3)应用系统4)数据库管理员(DatabaseAdministrator，DBA)以及其他相关数据人员10应用系统用户用户用户应用开发工具数据库管理员数据库管理系统数据库操作系统数据库系统组成结构图11常用数据库产品（1）Oracle：Oracle系统是Oracle公司（甲骨文股份有限公司）的产品，Oracle公司成立于1977年，1989年Oracle公司正式进入中国市场。Oracle公司是仅次于微软的全球第二大软件公司。Oracle的目标定位于高端工作站以及作为服务器的小型计算机。安全性比较高，性能稳定，适用于多种操作系统平台，但是价格相对较贵，使用复杂，适用于大中型数据的存储与管理。Oracle的最新版本是Oracle11g。12常用数据库产品（2）DB2：是IBM公司研制的关系数据库系统产品，支持多种操作系统平台，安全性较高，性能稳定，使用简单。DB2支持多用户或应用程序在同一条SQL语句中查询不同数据库甚至不同数据库管理系统中的数据。主要用于大中型企业数据管理及海量存储。13常用数据库产品（3）Sybase美国Sybase公司研制的一种关系型数据库系统，更广泛地用于UNIX系统。没有Oracle、DB2名气响，但是国内许多大企业都使用它，尤其金融企业。14常用数据库产品（4）SQLServer：最初是由Microsoft，Sybase，Ashton-Tate共同开发的，1988年第一个版本诞生，只能在OS/2上运行。1993年，SQLServer4.2forWindowsNT发布。1999年初SQLServer7.0发布，使SQLServer挤进了企业级数据库的行列。使用Transact-SQL查询语言，增强了SQL的功能。只支持Windows平台，广泛应用于中小型企业和公司。主要产品：SQLServer2000、SQLServer2005、SQLServer200815常用数据库产品（5）MySQL价格低廉，以及广为流行的LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)架构，使得MySQL一直拥有广泛的用户群。由瑞典MySQLAB公司开发，是一个小型关系型数据库管理系统，目前被广泛地应用在Internet上的中小型网站中。具有体积小、速度快、总体拥有成本低、开源、支持多种操作系统平台等特点。16二、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)文件系统阶段(50年代末—60年代中)数据库系统阶段(60年代末—80年代)-关系数据库高级数据库阶段(80年代末—现在)17二、数据库技术的产生与发展

1.人工管理阶段硬件条件： 外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘等直接存取的存储设备。软件条件：

没有操作系统，没有管理数据的软件。18二、数据库技术的产生与发展人工管理阶段特点：（1）数据不保存；（2）没有文件的概念,由应用程序管理数据；（3）数据不共享；（4）数据不具有独立性；应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n…………19二、数据库技术的产生与发展

2.文件系统阶段硬件条件：

已有了磁盘、磁鼓等直接存储设备软件条件：

操作系统中已有了专门的数据管理软件——文件系统。20文件系统阶段的主要特点(1)数据可长期保存在磁盘上，因此可以重复使用。(2)数据的物理结构和逻辑结构有了区别，但较简单。程序通过文件名和数据打交道，不必关心数据的物理存放位置，对数据的读/写由文件系统负责。(3)程序和数据之间有了一定的独立性。(4)出现了多种文件存储形式及访问方式；但文件之间是独立的，文件的共享性也还比较差。数据的存取基本上以记录为单位。21应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n…………文件系统22文件系统的缺点文件系统所能提供的数据存取方法和操作数据的手段非常有限。数据的存储结构和程序之间的依赖关系并未根本改变；数据冗余大；数据的重复以及数据之间没有建立起相互联系还会造成数据的不一致性。随着信息时代的到来，人们要处理的信息量急剧增加，对数据的处理要求也越来越复杂，文件系统的功能已经不能适应新的需求23二、数据库技术的产生与发展

3.数据库系统阶段硬件条件：

已有大容量磁盘，硬件价格下降；软件条件：软件价格上升，为编制和维护系统软件及应用程序所需的成本相对增加。以文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需求。出现了统一管理数据的专用软件系统——数据库管理系统。24二、数据库技术的产生与发展

3.数据库系统阶段使用数据库技术来管理数据，数据由数据库管理系统统一控制；克服了文件系统的不足，并增强了许多新功能。数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此数据可以被多个用户、多个应用共享。

应用程序1应用程序2应用程序n……数据库管理系统数据库25数据库系统阶段的主要特点：(1)能根据不同的需要按不同的方法组织数据，以最大限度地提高用户或应用程序访问数据的效率。(2)数据库不仅能够保存数据本身，还能保存数据之间的相互联系，保证了对数据修改的一致性。(3)相同的数据可以共享，降低了数据的冗余度。(4)数据具有较高的独立性，数据的组织和存储方法与应用程序相互独立，互不依赖，大大降低了应用程序的开发代价和维护代价。(5)提供了一整套的安全机制来保证数据的安全、可靠。(6)可以给数据定义一些约束条件来保证数据的正确性。26二、数据库技术的产生与发展

4.高级数据库阶段分布式数据库系统对象数据库系统网络数据库系统27二、数据库技术的产生与发展

分布式数据库系统数据物理上分布在不同地方，但逻辑上是一个整体各个分散的数据库既可以执行局部应用（访问本地数据库），又可以执行全局应用（访问异地数据库）各分散的计算机由数据通信网络相连，任务处理可以寻求其他数据库和计算机支持28二、数据库技术的产生与发展

对象数据库系统对象数据库模型能完整地描述现实世界的数据结构，能表达数据间嵌套、递归等关系。具有面向对象技术的封装性（把数据与操作定义在一起）和继承性（继承数据结构和操作）的特点，提高了软件的可重用性。29二、数据库技术的产生与发展

网络数据库系统C/S（客户机/服务器）结构的出现，使得人们可以更有效地使用计算机资源。但在网络环境中，如何隐藏各种复杂性，这就要使用中间件。中间件是网络环境中保证不同的操作系统、通信协议和DBMS之间进行对话、互操作的软件系统。其中涉及到数据访问的中间件，就是20世纪90年代提出的ODBC和JDBC技术。30三、数据库系统的组成与结构

3.1数据库系统的组成（1）硬件平台要有足够大的内存，存放操作系统和DBMS的核心模块、数据库缓冲区和应用程序；足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库数据足够的光盘、磁盘、磁带等作为数据备份介质连接系统的网络有较高的数据传送率；较强处理能力的中央处理器（CPU）来保证数据处理的速度。31三、数据库系统的组成与结构

3.1数据库系统的组成（2）软件

支持DBMS运行的操作系统DBMS，为数据库的建立、使用和维护配置的软件与数据库通信的高级程序语言及编译系统为特定应用环境开发的数据库应用系统32三、数据库系统的组成与结构

3.1数据库系统的组成（3）数据库管理员及其他相关人员数据库管理员（DatabaseAdministrator，DBA）系统分析员和数据库设计人员应用程序员用户33三、数据库系统的组成与结构3.2数据库系统的结构数据库系统的三级模式与两级映像34三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS管理，使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。为了实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式中提供了两层映像：外模式／模式映像；模式／内模式映像。三级模式与两级映像35是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。以某一种数据模型为基础。不仅要定义数据的逻辑结构，而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求；不仅要定义记录内部的结构，而且要定义数据以及不同记录之间的联系。模式既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序和开发工具无关。DBMS提供模式数据描述语言描述模式。1.模式(概念模式)36是数据库用户看到的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。通常是模式的子集，由于不同的用户其需求不同，看待数据的方式不同，对数据的要求不同，使用的程序设计语言也可以不同，因此不同用户的外模式描述是不同的。即使对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。DBMS提供外模式数据描述语言来描述外模式。2.外模式(子模式或用户模式)37是全体数据库数据的内部表示或者低层描述，用来定义数据的存储方式和物理结构。通常用内模式数据描述语言来描述和定义。3.内模式38二级映像1.外模式/模式映像定义某一个外模式和模式之间的对应关系。当模式改变时，外模式/模式的映像要作相应的改变(由DBA负责)以保证外模式保持不变。数据库的每一个外模式都有一个外模式/模式映像对应同一个模式，可以有任意多个外模式。39二级映像2.模式/内模式映像定义数据的逻辑结构和存储结构之间的对应关系，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。模式/内模式映像是唯一的;为了保证数据的物理独立性，当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像做相应改变，可以使模式保持不变，应用程序也不必改变。40二级映像功能使数据库系统中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。说明：模式（全局逻辑结构）应该首先定义，因为它独立于数据库的其他所有结构描述。内模式（存储模式）依赖于全局逻辑结构，独立于任何一个外模式（用户的局部逻辑结构）。外模式独立于存储模式和存储设备，它必须在数据库的全局逻辑结构描述（模式）的基础上定义。二级映像41四、数据库系统的作用与特点

4.1数据库系统的作用促进数据标准化，方便数据控制。对数据进行集中控制，就能保证所有用户在同样的数据上操作，而且数据对所有部门具有相同的含义。加快应用系统开发速度。程序员和系统分析员可以集中精力于应用的逻辑方面，而不必关心数据操纵和文件设计的细节。方便系统维护升级。数据独立性使得修改数据库结构时尽量不损害已有的应用程序，使程序维护的工作量大为减少。保证数据安全。将数据和应用程序处理分开，对数据进行权限控制、数据备份等操作可以单独完成，提高数据安全性。42四、数据库系统的作用与特点4.2数据库系统的特点

（1）面向企业或部门，以数据为中心，供各应用程序共享。（2）数据结构化，采用一定的数据模型来表示数据结构。数据库正是通过数据逻辑间的联系，较好地反映了现实世界事物之间的自然联系。（3）数据冗余小、易修改、易扩充。在数据库系统中，用户直接取数据库中的数据子集。不同的应用程序根据处理要求不同，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也便于增加新的数据结构，同时也利于维护数据的一致性。43四、数据库系统的作用与特点（4）较高的数据独立性。数据独立性是数据库技术努力追求的目标。简单地说，就是令数据与程序无关，数据存储方式的改变不会影响应用程序。（5）为用户提供方便的用户接口。数据库管理系统作为用户与数据库的接口，提供数据库定义、运行、维护等功能。用户可方便地开发和使用数据库。（6）对数据进行统一管理和控制，包括数据库的恢复、并发控制、数据安全性和数据完整性，从而可以保证数据库中的数据是安全的、正确的和可靠的。44五、数据模型数据模型（DataModel）的概念由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，因此必须把具体事物转换成计算机能够处理的数据；数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。它是现实世界数据特征的抽象。45现实世界中的数据要进入到数据库中，需要经过人们的认识、理解、整理、规范和加工。可以把这一过程划分成三个主要阶段，即现实世界阶段、信息世界阶段和机器世界阶段。五、数据模型不依赖于具体机器、OS和DBMS依赖于具体机器、OS和DBMS现实世界信息世界：概念模型机器世界：某DBMS支持的数据模型抽象转换46数据模型按不同的应用层次分为3种类型：1.概念数据模型（conceptualdatamodel）

一种面向客观世界、面向用户的模型，与计算机平台、数据库管理系统无关。仅仅是将现实世界中的事物抽象到信息世界。概念模型是从现实世界到机器世界的一个中间层次。五、数据模型472.逻辑数据模型（logicdatamodel）

一种面向数据库系统的模型，它是概念模型到计算机之间的中间层次。概念模型只有在转换成逻辑模型之后才能在数据库中得以表示。目前，逻辑模型的种类很多，其中比较成熟的有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。五、数据模型48五、数据模型3.物理数据模型（physicaldatamodel）

物理数据模型又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型，此模型是数据模型在计算机上的物理结构表示。496.1现实世界实体：现实世界中客观存在并可以相互区分的事物。实体的特征：每一个实体具有的特征。如“学生”实体具有学号、姓名、性别等特征。实体集：具有相同特征的一类实体的集合构成了实体集。例如，所有的学生构成了“学生”实体集。标识特征：在一个实体集中，用于区分实体的特征。例如，对于学生实体，学号可以作为其标识特征，而性别则不能作为其标识特征。六、概念模型

50六、概念模型

6.2概念模型（信息世界）概念模型是独立于计算机系统的数据模型，它与计算机的软硬件无关。是现实世界的第一层抽象；独立于计算机系统；概念模型用于建立信息世界的数据模型；概念模型有多种表示方法，其中最著名的是实体联系模型（EntityRelationshipModel，ER模型）。51六、概念模型6.2概念模型的特点真实性。概念模型是对现实世界的抽象和概括，它必须真实地反映现实世界中的事物及事物之间的联系。易理解性。概念模型是独立于机器的信息结构，容易被用户理解。设计人员可以用概念模型和不熟悉计算机的用户交换意见，使用户能积极参与数据库的设计工作，保证设计工作顺利进行。易修改性。应用环境和应用需求是经常改变的，概念模型应该容易修改和扩充。易转换性。概念模型应该容易向关系、网状、层次等各种数据模型进行转换。52六、概念模型

6.3实体联系模型（EntityRelationshipModel，ER模型）实体联系模型是P．P．Chen于1976年提出的。这个模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用实体联系图（E-R图）表示数据模型。设计E-R图的方法称为E-R方法。E-R图是设计概念模型的有效工具。53六、概念模型名词术语：1．实体

现实世界中客观存在并可相互区分的事物叫做实体。实体可以是一个具体的人或物，如王伟、汽车等；也可以是抽象的事件或概念，如购买一本图书。54六、概念模型

2．属性实体的某一特性称为属性。如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。属性有“型”和“值”之分：“型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如（990001，张立，20，男，计算机）；属性值的集合表示了一个学生实体。553．实体型

若干个属性的型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。4．实体集

同型实体的集合称为实体集。如所有的学生、所有的课程等。六、概念模型

56六、概念模型

5．码

能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的码。如学生的学号可以作为码，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的码。6．域

属性值的取值范围称为该属性的域。如学号的域为6位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）等。57六、概念模型

7．联系现实世界中，事物内部以及事物之间通常都是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体型内部（属性间）的联系和实体型之间的联系。两个实体型之间的联系有如下3种类型。（1）一对一联系（1∶1）。（2）一对多联系（1∶n）或多对一联系。（3）多对多（m∶n）。58一对一联系（1∶1）。实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，如：班级与班长，观众与座位。六、概念模型

59一对多联系（1∶n）。实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，而实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应；如：班级与学生、公司与职