數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用第一章

數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用

—SQLServer王麗liwang@2/6/20231課前導(dǎo)讀1.請同學(xué)自行聯(lián)系生活中數(shù)據(jù)庫使用實例（……）2.該課程的學(xué)習(xí)1）學(xué)習(xí)內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫的基本概念、基本原理和SQLServer的概念和使用2）學(xué)習(xí)方法：多實踐；有問題記錄下來，并自己先嘗試解決問題，解決后把解決的過程及結(jié)果也記錄下來；理論結(jié)合實際3）學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念；理解SQLServer的體系結(jié)構(gòu)；熟練使用SQLServer的基本功能4）參考資料：數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用--SQLServer李雁翎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論王珊高等教育出版社網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)視頻2/6/202321.1信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.1.1信息與數(shù)據(jù)信息(Information)反應(yīng)客觀事物的屬性和運動狀態(tài)。數(shù)據(jù)(data)是人們描述客觀事物及其活動的抽象符號表示，是人們相互之間進行思想文化交流的工具。信息與數(shù)據(jù)的區(qū)別：信息是有用的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式；信息是通過數(shù)據(jù)符號來傳播的；數(shù)據(jù)若不具有知識性和有用性，則不能成為信息。第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論2/6/20233數(shù)據(jù)處理(dataprocessing)是人們利用手工或機器對數(shù)據(jù)進行加工的過程。對數(shù)據(jù)進行的查找、統(tǒng)計、分類、修改、變換等運算都屬于加工，也稱為數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷三個階段：人工管理文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.2數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷2/6/2023人工管理階段計算機只能用于科學(xué)和工程計算，計算機專業(yè)人員按用戶計算要求編制出二進制代碼程序，并把需要處理的少量數(shù)據(jù)以二進制的形式穿孔在程序代碼之后，上機運算時同程序一起輸入到內(nèi)存中，運行程序時讀取數(shù)據(jù)并處理，最后把運算結(jié)果輸出出來。文件管理階段數(shù)據(jù)與程序在存儲位置上完全分開，數(shù)據(jù)被單獨組織成文件保存到外部存儲器上，數(shù)據(jù)文件既可以為某個程序單獨使用，也可以為多個不同的程序在不同的時間所使用。即數(shù)據(jù)文件可以被任何程序重復(fù)利用。2/6/2023數(shù)據(jù)庫管理階段數(shù)據(jù)與程序在存儲位置上完全分開，數(shù)據(jù)被單獨組織成文件保存到外部存儲器上，數(shù)據(jù)文件既可以為某個程序單獨使用，也可以為多個不同的程序在不同的時間所使用。即數(shù)據(jù)文件可以被任何程序重復(fù)利用。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化2.數(shù)據(jù)共享3.數(shù)據(jù)相對獨立4.數(shù)據(jù)粒度小5.數(shù)據(jù)操作界面獨立6.數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理DBMS是運行在操作系統(tǒng)之上的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件，由它實施對外存上的數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理，并負(fù)責(zé)執(zhí)行在DBMS之上開發(fā)的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的全部操作。DBMS除了同操作系統(tǒng)配合按照用戶的要求存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)外，主要還具有以下四個方面的管理控制功能。(1)安全性控制(2)一致性控制(3)并發(fā)性控制(4)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)2/6/2023分布式數(shù)據(jù)庫管理階段分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)和通信線路可以把分布在不同地域的、不同局域網(wǎng)環(huán)境下的、不同類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接和統(tǒng)一管理起來。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)既支持客戶的局部應(yīng)用，又支持客戶的全局應(yīng)用。2/6/202371.2數(shù)據(jù)描述與數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)描述：就是以“數(shù)據(jù)”符號的形式，從滿足用戶需求出發(fā)，對客觀事物屬性和運動狀態(tài)進行描述。描述有三個數(shù)據(jù)范疇：現(xiàn)實世界；信息世界（概念模型）和計算機世界（數(shù)據(jù)模型）。數(shù)據(jù)模型:用于描述和操縱組織內(nèi)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系以及對數(shù)據(jù)的約束。所以數(shù)據(jù)模型的三要素為：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束。2/6/202381.3概念數(shù)據(jù)模型1.3.1ER模型的有關(guān)概念1.實體實體(entity)是現(xiàn)實世界中存在的、可以相互區(qū)別的事物或活動。

實體集(entityset)是指同一類實體的集合。實體型(entitytype)是對同類實體的共有特征的抽象定義。對于同一類實體，根據(jù)人們的不同認(rèn)識和需要，可能抽取出的特征有所不同，因而定義出的實體型就可能不同。如你可以把人的姓名、出生日期、性別、身高、體重等特征定義為人的實體型。

實體值(entityvalue)就是符合實體型定義的、對一個實體的具體描述。2/6/202392.聯(lián)系

聯(lián)系(relationship)是指實體之間的相互關(guān)系，它通常表示一種活動。如一張訂單、一個講座、一場比賽、一次選課等都是聯(lián)系。

聯(lián)系集(relationshipset)是同一類聯(lián)系的集合。如一次展銷會上的全部訂單、一次會議安排中的全部講座、一次比賽活動中的所有比賽場次、一個班級同學(xué)的所有選課等都是相應(yīng)的聯(lián)系集。

聯(lián)系型(relationshiptpe)是對同類聯(lián)系的共有特征的抽象定義。

聯(lián)系元數(shù)就是一個聯(lián)系中所涉及的實體型的個數(shù)。若涉及到兩個實體型則稱為二元聯(lián)系，若涉及到三個實體型則稱為三元聯(lián)系，等等。特殊地，若涉及到的兩個實體型對應(yīng)同一個實體則為一元聯(lián)系。實體和聯(lián)系的異同實體和聯(lián)系實際上沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，它們都是由相應(yīng)的特征標(biāo)識的，都具有型和值的概念，只不過在聯(lián)系中含有較多的聯(lián)系特征，如在選課聯(lián)系中含有學(xué)生號、課程號等聯(lián)系特征，通過聯(lián)系特征與其他實體發(fā)生聯(lián)系。2/6/2023103.屬性屬性(attribute)是描述實體或聯(lián)系中的一種特征，一個實體或聯(lián)系通常具有多個特征，需要多個相應(yīng)屬性來描述。碼(key)或稱鍵、關(guān)鍵字、關(guān)鍵碼等，是實體間相互區(qū)別的一種唯一標(biāo)識。如人是實體，每個人的身份證號就是這種唯一標(biāo)識，因為每個人的身份證號都不會相同。域(domain)是實體中相應(yīng)屬性的取值范圍。2/6/2023114.聯(lián)系分類

聯(lián)系分類(relationshipclassify)是討論兩個實體型（含聯(lián)系型在內(nèi)）之間的聯(lián)系的類別。按照一個實體型中的實體個數(shù)與另一個實體型中的實體個數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，可分類為1對1聯(lián)系、1對多聯(lián)系、多對多聯(lián)系這三種情況。2/6/202312(1)1對1聯(lián)系若一個實體型中的一個實體至多與另一個實體型中的一個實體發(fā)生關(guān)系，同樣另一個實體型中的一個實體至多與該實體型中的一個實體發(fā)生關(guān)系，則這兩個實體型之間的聯(lián)系被定義為1對1聯(lián)系，簡記為1:1。(2)1對多聯(lián)系若一個實體型中的一個實體與另一個實體型中的任意多個實體（含0個）發(fā)生關(guān)系，而另一個實體型中的一個實體至多與該實體型中的一個實體發(fā)生關(guān)系，則這兩個實體型之間的聯(lián)系被定義為1對多聯(lián)系，簡記為1:n。(3)多對多聯(lián)系若一個實體型中的一個實體與另一個實體型中的任意多個實體（含0個）發(fā)生關(guān)系，反過來也一樣，另一個實體型中的一個實體與該實體型中的多個實體（含0個）實體發(fā)生關(guān)系，則這兩個實體型之間的聯(lián)系被定義為多對多聯(lián)系，簡記為m:n。2/6/2023131.3.2ER模型ER模型(entityrelationshipmodel)是人們描述數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的概念數(shù)據(jù)模型，是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員和普通非計算機專業(yè)用戶進行數(shù)據(jù)建模和勾通與交流的有力工具，使用起來非常直觀易懂、簡單易行。1.ER模型中的基本構(gòu)件ER模型是一種用圖形表示數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的方法，所使用的圖形構(gòu)件（元件）包括矩形、菱形、橢圓形和連接線。矩形表示實體，矩形框內(nèi)寫上實體名。菱形表示聯(lián)系，菱形框內(nèi)寫上聯(lián)系名。橢圓形表示屬性，橢圓形框內(nèi)寫上屬性名。連接線表示實體、聯(lián)系與屬性之間的所屬關(guān)系或?qū)嶓w與聯(lián)系之間的相連關(guān)系。2/6/2023142.各種聯(lián)系的ER圖表示對于1對1、1對多和多對多三種聯(lián)系，對應(yīng)的ER圖如圖1-2-5所示，其中每個實體或聯(lián)系未畫出相應(yīng)的屬性框和連線。圖1-2-5三種聯(lián)系的ER圖2/6/2023151.4邏輯數(shù)據(jù)模型1.4.1層次數(shù)據(jù)模型層次模型是一個樹型結(jié)構(gòu)模型，整棵樹中有并且只有一個根結(jié)點，其余結(jié)點都是它的孩子或子孫；每個結(jié)點(除根結(jié)點外)只能有一個雙親結(jié)點(或稱父結(jié)點)，但可以有一個或多個孩子結(jié)點，當(dāng)然也允許沒有任何孩子結(jié)點，無孩子結(jié)點被稱為葉子結(jié)點；每個結(jié)點對應(yīng)一個記錄型，即對應(yīng)概念模型中的一個實體型，每對結(jié)點的父子聯(lián)系隱含為1對多的聯(lián)系（包括1對1聯(lián)系）。2/6/2023161.4.2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀模型是一個圖結(jié)構(gòu)模型，它是對層次模型的擴展，允許有多個結(jié)點無雙親，同時也允許一個結(jié)點有多個雙親。層次模型成為網(wǎng)狀模型中的一種最簡單的情況。1.4.3關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型有著堅實的理論支持，它是建立在集合論、數(shù)理邏輯、關(guān)系理論等數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)之上的。并且關(guān)系數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)簡單，符合人們的邏輯思維方式，很容易被人們所接受和使用，很容易在計算機上實現(xiàn)，很容易從概念數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換過來。2/6/2023171.關(guān)系數(shù)據(jù)模型的定義

關(guān)系模型是一種簡單的二維表格結(jié)構(gòu)，概念模型中的每個實體和實體之間的聯(lián)系都可以直接轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二維表形式。每個二維表稱做一個關(guān)系，一個二維表的表頭，即所有列的標(biāo)題稱為關(guān)系的型（結(jié)構(gòu)），其表體（內(nèi)容）稱做關(guān)系的值。關(guān)系中的每一行數(shù)據(jù)（記錄）稱做一個元組，每一列數(shù)據(jù)稱做一個屬性，列標(biāo)題稱做屬性名。同一個關(guān)系中不允許出現(xiàn)重復(fù)元組（即兩個完全相同的元組）和相同屬性名的屬性（列）。2/6/2023182.關(guān)系數(shù)據(jù)模型應(yīng)用舉例關(guān)系模型不僅容易表示概念模型中的每個實體，而且容易表示每一種類型的聯(lián)系，它們都同樣對應(yīng)一個關(guān)系，該關(guān)系中必定包含相聯(lián)系的每個實體的各一個碼。3.關(guān)系型的關(guān)系定義

在以關(guān)系模型為數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，所有數(shù)據(jù)都是以關(guān)系（表）的形式定義和保存的，特別是所有關(guān)系的定義（即結(jié)構(gòu)，它是關(guān)系的型）也同樣是以關(guān)系的形式定義和保存的。為了區(qū)別于一般的保存數(shù)據(jù)的關(guān)系，把保存關(guān)系定義的關(guān)系稱為該數(shù)據(jù)庫的元關(guān)系、元數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典等，它提供了數(shù)據(jù)庫中所有關(guān)系的模式（即關(guān)系的型）。元關(guān)系是在用戶建立數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)時，由DBMS根據(jù)該數(shù)據(jù)庫中每個關(guān)系的模式自動定義的。2/6/2023194.關(guān)系模型中的查詢和更新在關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫中進行查詢和更新運算是非常靈活與方便的，用戶即可以在每個關(guān)系上進行，也可以在相關(guān)的若干個關(guān)系上進行，相關(guān)的關(guān)系是靠關(guān)系之間共同使用的相同屬性來實現(xiàn)的，該相同屬性被稱為連接屬性或關(guān)聯(lián)屬性。如對于學(xué)生選課關(guān)系模型，既可以分別在學(xué)生、課程、選課這三個單獨的關(guān)系上進行查詢和更新，也可以通過它們之間的連接屬性學(xué)號和課程號把兩個或三個關(guān)系連接起來進行查詢和更新。

5.關(guān)系數(shù)據(jù)模型的特點采用關(guān)系模型建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有以下特點，也稱為優(yōu)點。(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一(2)采用集合運算(3)數(shù)據(jù)完全獨立(4)數(shù)學(xué)理論支持2/6/2023201.4.4對象數(shù)據(jù)模型

在面向?qū)ο竽Ｐ椭?，對象也有型和值的區(qū)別，對象型（又稱為類）是對具有共同特征的事物的抽象定義（描述），對象值就是對象型中的一個具體事物（實體）。如學(xué)生對象型由所含的屬性特征和行為特征的定義組成，學(xué)生對象值表示某個具體的學(xué)生，他符合對象型的定義。對象具有封裝性、繼承性和多態(tài)性，這些特性都是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型中的記錄所不具備的，這也是面向?qū)ο竽Ｐ蛥^(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的本質(zhì)特征。2/6/2023211.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫（Database，DB)是以一定組織方式將相關(guān)數(shù)據(jù)組織在一起、長期存放在計算機內(nèi)、可為多個用戶共享、與應(yīng)用程序彼此獨立、統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(databasesystem，簡稱DBS)是指安裝了數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在計算機操作系統(tǒng)的支持下對保存于外部設(shè)備上的、由物理數(shù)據(jù)文件所組成的數(shù)據(jù)庫進行有效地管理、維護和使用。在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上通常需要有數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具軟件，應(yīng)用程序員使用它，或者直接使用由DBMS所提供的數(shù)據(jù)庫語言和開發(fā)環(huán)境編制程序建立數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)通常提供可視化操作界面供終端用戶使用，進行日常數(shù)據(jù)處理工作。2/6/2023221.5.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常包括四種類型的用戶。第一種是數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)，他負(fù)責(zé)整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立、管理、運行、維護、監(jiān)控等系統(tǒng)性工作，以及用戶登記、存取數(shù)據(jù)權(quán)限分配等服務(wù)性工作。第二種是數(shù)據(jù)庫設(shè)計員，他根據(jù)數(shù)據(jù)庫在某一方面的應(yīng)用，通過同相關(guān)業(yè)務(wù)人員一起進行需求分析，建立概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，搜集和整理數(shù)據(jù)，利用計算機中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫定義語言或操作界面建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。第三種是應(yīng)用程序員，它根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用VisualBasic、PowerBuilder、Delphi等數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具編制程序開發(fā)出功能豐富、操作簡便、滿足用戶需求的應(yīng)用系統(tǒng)，供終端用戶使用。第四種是終端用戶，他是使用數(shù)據(jù)庫的最廣泛群體，是建立數(shù)據(jù)庫為之服務(wù)的對象。如銀行出納員、窗口售票員、倉庫管理員、住宿登記員等都是相應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的終端用戶。2/6/2023231.5.3數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)中，中間層叫做模式(schema)、或概念模式、邏輯模式、全局模式等。它是對整個數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，用戶以DBMS支持的邏輯數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，以DBMS提供的模式描述(定義)語言(DDL—datadescription/definitionlanguage)為工具給出數(shù)據(jù)庫中所有實體型和聯(lián)系的定義，以及給出對數(shù)據(jù)的安全性、有效性等規(guī)則要求。三級模式中的最下層叫做內(nèi)模式(internalschema)、或存儲模式、物理模式等。它是對整個數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和特征的描述，用戶通常以DBMS和OS支持的存儲結(jié)構(gòu)和特征為依托，以DBMS提供的內(nèi)模式描述(定義)語言(DSDL—datastoragedescription/definitionlanguage)為工具給出全局模式所對應(yīng)的存儲結(jié)構(gòu)和特征的定義。在非關(guān)系模型中，內(nèi)模式定義必須由用戶給出，但在關(guān)系模型中，則往往省略此定義，而由DBMS自行確定。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)根據(jù)內(nèi)模式定義還不能直接存儲，還必須交由操作系統(tǒng)去處理，由操作系統(tǒng)同外部設(shè)備打交道，控制存儲空間的分配和存取數(shù)據(jù)的過程。

2/6/202324三級模式的最上層叫做外模式(externalschema)、或子模式、應(yīng)用模式、局部模式等。它是對數(shù)據(jù)庫在某個方面局部應(yīng)用所涉及數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它是終端用戶和應(yīng)用程序員所見到的數(shù)據(jù)庫，被稱為數(shù)據(jù)視圖，它是整個數(shù)據(jù)庫模式的一個子集，所有外模式定義的邏輯綜合就得到整個模式的定義。外模式通常由用戶利用所使用的計算機高級語言或開發(fā)工具定義，或利用DBMS所提供的數(shù)據(jù)庫語言定義。2/6/2023251.5.4DBMS的主要功能1.數(shù)據(jù)定義和操縱DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言DDL和數(shù)據(jù)操縱語言DML(datamanipulationlanguage)及其相應(yīng)的編譯或解釋程序，使用戶能夠進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各級模式定義，并能夠?qū)?shù)據(jù)庫進行查詢、插入、刪除、修改等操縱數(shù)據(jù)庫的操作。2.數(shù)據(jù)庫監(jiān)控DBMS提供了一組數(shù)據(jù)庫管理控制程序，用以監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。如存取監(jiān)控程序檢查用戶標(biāo)識、口令和訪問權(quán)限，決定是否允許對數(shù)據(jù)庫的訪問；并發(fā)監(jiān)控程序處理多個用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫時的并發(fā)操作；完整性檢查程序根據(jù)數(shù)據(jù)約束條件檢查用戶輸入或修改數(shù)據(jù)的有效性和一致性。2/6/2023263.數(shù)據(jù)庫輔助服務(wù)DBMS提供一組數(shù)據(jù)庫服務(wù)程序，完成諸如數(shù)據(jù)庫初始創(chuàng)建、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)存（備份）、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)、日志文件管理、同其他軟件系統(tǒng)通信等輔