第1章数据库基础

山西新华电脑学校

SQLServer2000数据库应用技术任课教师/制作人：刘肖开始课前问题1.What(什么是数据库，当前流行的数据库都有哪些？)2.Why(为什么要选择SQLServer数据库？)3.How(如何学好SQLServer数据库？)第1章.数据库基础1.数据管理技术的发展2.数据库技术中四个密切相关的基本概念3.数据库管理系统4.数据模型5.关系数据库6.数据仓库与数据挖掘1.数据管理技术的发展数据管理:是指如何对数据分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。数据管理经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段。1．人工管理阶段在20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。当时的硬件状况是，外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件状况是，没有操作系统，没有管理数据的软件；数据处理方式是批处理。2．文件系统阶段

20世纪50年代后期到60年代中期，计算机的应用范围逐渐扩大，计算机不仅用于科学计算，而且还大量用于管理。这时硬件上已有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备；软件方面，操作系统中已经有了专门的数据管理软件，一般称为文件系统；处理方式上不仅有了文件批处理，而且能够联机实时处理。3．数据库系统阶段

20世纪60年代后期以来，计算机用于管理的规模更为庞大，应用越来越广泛，数据量急剧增长，同时多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合的要求越来越强烈。这时硬件有大容量磁盘，硬件价格下降，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。在处理方式上，联机实时处理要求更多，并开始提出和考虑分布处理。在这种背景下，以文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需求，于是为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，出现了数据库技术和统一管理数据的专门软件系统—数据库管理系统。数据库技术从20世纪60年代中期产生到现在仅仅30余年的历史，但其发展速度之快，使用范围之广是其他技术所不及的。60年代末出现了第一代数据库——网状数据库、层次数据库，70年代出现了第二代数据库——关系数据库。目前关系数据库系统已逐渐淘汰了网状数据库和层次数据库，成为当今最流行的商用数据库系统。2.数据库技术中四个密切相关的基本概念

1．数据（Data）数据指描述事物的符号记录。文字、图形、图像、声音、学生的档案记录、货物的运输情况等都是数据。2．数据库（DataBase，简称DB）数据库指长期存储在计算机内有组织的、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，并可为各种用户共享。3．数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库管理系统指位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。4．数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）数据库系统指在计算机系统中引入数据库后构成的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。3.数据库管理系统

一.DBMS的功能由于不同DBMS要求的硬件资源、软件环境是不同的，因此其功能与性能也存在差异，但一般说来，DBMS的功能主要包括以下6个方面。1．数据定义.

数据定义包括定义构成数据库结构的外模式、模式和内模式，定义各个外模式与模式之间的映射，定义模式与内模式之间的映射，定义有关的约束条件（例如，为保证数据库中数据具有正确语义而定义的完整性规则，为保证数据库安全而定义的用户口令和存取权限等）。2．数据操纵.数据操纵包括对数据库数据的检索、插入、修改和删除等基本操作。3．数据库运行管理.

对数据库的运行进行管理是DBMS运行时的核心部分，包括对数据库进行并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库的内部维护（如索引、数据字典的自动维护）等。所有访问数据库的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行，以保证数据的安全性、完整性、一致性以及多用户对数据库的并发使用。4．数据组织、存储和管理.

数据库中需要存放多种数据，如数据字典、用户数据、存取路径等，DBMS负责分门别类地组织、存储和管理这些数据，确定以何种文件结构和存取方式物理地组织这些数据，如何实现数据之间的联系，以便提高存储空间利用率以及提高随机查找、顺序查找、增、删、改等操作的时间效率。5．数据库的建立和维护.

建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等。维护数据库包括数据库的转储与恢复、数据库的重组织与重构造、性能的监视与分析等。6．数据通信接口.DBMS需要提供与其他软件系统进行通信的功能。例如，提供与其他DBMS或文件系统的接口，从而能够将数据转换为另一个DBMS或文件系统能够接受的格式，或者接收其他DBMS或文件系统的数据。二.DBMS的组成为了提供上述6方面的功能，DBMS通常由以下4部分组成。1．数据定义语言及其翻译处理程序

DBMS一般都提供数据定义语言（DataDefinitionLanguage，简称DDL）供用户定义数据库的外模式、模式、内模式、各级模式间的映射、有关的约束条件等。用DDL定义的外模式、模式和内模式分别称为源外模式、源模式和源内模式，各种模式翻译程序负责将它们翻译成相应的内部表示，即生成目标外模式、目标模式和目标内模式。2．数据操纵语言及其编译（或解释）程序

DBMS提供了数据操纵语言（DataManipulationLanguage，简称DML）实现对数据库的检索、插入、修改、删除等基本操作。DML分为宿主型DML和自主型DML两类。宿主型DML本身不能独立使用，必须嵌入主语言中，例如嵌入C、COBOL、FORTRAN等高级语言中。自主型DML又称为自含型DML，它们是交互式命令语言，语法简单，可以独立使用。3．数据库运行控制程序

DBMS提供了一些负责数据库运行过程中的控制与管理的系统运行控制程序，包括系统初启程序、文件读写与维护程序、存取路径管理程序、缓冲区管理程序、安全性控制程序、完整性检查程序、并发控制程序、事务管理程序、运行日志管理程序等，它们在数据库运行过程中监视着对数据库的所有操作，控制管理数据库资源，处理多用户的并发操作等。4．实用程序

DBMS通常还提供一些实用程序，包括数据初始装入程序、数据转储程序、数据库恢复程序、性能监测程序、数据库再组织程序、数据转换程序、通信程序等。数据库用户可以利用这些实用程序完成数据库的建立与维护，以及数据格式的转换与通信。4.数据模型Ⅰ.概念模型概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。现实世界的事物反映到人的脑子中来，人们把这些事物抽象为一种既不依赖于具体的计算机系统又不为某一DBMS支持的概念模型，然后再把概念模型转换为计算机上某一DBMS支持的数据模型。1．概念模型的主要概念实体：客观存在并相互区别的事物及其事物之间的联系。例如，一个学生、一门课程、学生的一次选课等都是实体。属性：实体所具有的某一特性。例如，学生的学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等。码：惟一标识实体的属性集。例如，学号是学生实体的码。域：属性的取值范围。例如，年龄的域为大于15小于35的整数，性别的域为（男，女）。实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生（学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间）就是一个实体型。实体集：同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。联系：实体与实体之间以及实体与组成它的各属性间的关系。联系有三种情况：一对一联系，一对多联系，多对多联系。2．概念模型的表示方法:E-R方法目前描述概念模型最常用方法是实体—联系(E-R:Entity-Relationship)方法。该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。

E-R图的基本图素:实体、属性和联系。实体：用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。联系：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或m:n）。如图1-1所示就是一个班级的概念模型的E-R图。Ⅱ.数据模型目前最常用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。1.层次数据模型

⑴定义:层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，它用树形结构表示各类实体以及实体间的联系。层次模型数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystems）数据库管理系统，这是一个曾经广泛使用的数据库管理系统。

⑵条件:在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为层次模型。

①有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为“根节点”。

②其他节点有且仅有一个双亲。

⑶描述:若用图来表示，层次模型是一棵倒立的树。节点层次（Level）从根开始定义，根为第一层，根的孩子称为第二层，根称为其孩子的双亲，同一双亲的孩子称为兄弟。

⑷特点:层次模型对具有一对多的层次关系的描述非常自然、直观、容易理解，这是层次数据库的突出优点。

图1-2给出了一个系的层次模型2.网状数据模型

⑴概述:网状数据模型的典型代表是DBTG系统，也称CODASYL系统，它是20世纪70年代数据系统语言研究会CODASYL（ConferenceOnDataSystemsLanguage）下属的数据库任务组（DataBaseTaskGroup，简称DBTG）提出的一个系统方案。若用图表示，网状模型是一个网络。

⑵条件:在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为网状模型：①允许一个以上的节点无双亲。②一个节点可以有多于一个的双亲。

⑶特点:自然界中实体型间的联系更多的是非层次关系，用层次模型表示非树形结构是很不直接的，网状模型则可以克服这一弊病。图1-3给出了一个抽象的简单的网状模型3.关系数据模型关系模型是目前最重要的一种模型。美国IBM公司的研究员E.F.Codd于1970年发表题为“大型共享系统的关系数据库的关系模型”的论文，文中首次提出了数据库系统的关系模型。20世纪80年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统（DBMS）几乎都支持关系模型，非关系系统的产品也大都加上了关系接口。关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。所以关系数据模型诞生以后发展迅速，深受用户的喜爱。当然，关系数据模型也有缺点，其中最主要的缺点是，由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型。因此，为了提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，这增加了开发数据库管理系统的负担。数据库领域当前的研究工作都是以关系方法为基础的，本书的重点也将放在关系数据模型上，下面只简单勾画一下关系模型。⑴关系数据模型的数据结构一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。每一行称为一个元组，每一列称为一个字段。⑵关系数据模型的数据操纵与完整性约束关系数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。这些操作必须满足关系的完整性约束条件。关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其具体含义将在后面介绍。⑶关系数据模型的存储结构在关系数据模型中，实体及实体间的联系都用表来表示。在数据库的物理组织中，表以文件形式存储，每一个表通常对应一种文件结构。⑷关系数据模型的优缺点关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。关系模型的概念单一，无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示，对数据的检索结果也是关系（即表），所以结构简单、清晰，用户易懂易用。图1-4给出了一个简单的关系模型5.关系数据库一.关系数据库的7个基本概念

1.关系:关系就是一个符合一定条件的二维表格,每个关系都有一个关系名,在SQLServer2000中,一个关系被称为一个表(Table).2.记录(元组):在一个具体的关系(二维表格)中,每一行被成为一个记录或元组.3.字段(属性):在一个具体的关系表格中,每一列被称为一个字段或属性.4.域:就是属性的取值范围,即不同记录(元组)对同一属性的取值所予以限定的范围.5.关键字:在一个关系中有一个或几个这样的字段(属性),其值可以唯一的标识一个记录,便称之为关键字.6.关系模式:对关系的描述称为关系模式.一个关系模式对应于一个关系结构,它是命名的属性集合.其格式为:关系名(属性名1,属性名2,…,属性名n).7.关系数据库管理系统(RDBMS):就是管理关系数据库的计算机软件.二.关系数据库的3个基本演算

1.选择:从一个关系或二维表格中找出满足给定条件的记录行的操作.(一个表中从行的角度筛选或