MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

普通高等學(xué)校計算機教育“十四五”規(guī)劃教材

MySQL數(shù)據(jù)庫原理

及實踐教程

????????喬鋼柱◎主?編

張曉華?井?超?李曉波◎副主編

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內(nèi)容簡介

本書以零基礎(chǔ)講解為宗旨，用實例引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)，深入淺出地介紹了MySQL數(shù)據(jù)庫的相關(guān)

知識和實戰(zhàn)技能，內(nèi)容詳盡，實例豐富。

全書共分為8章，包括數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識、數(shù)據(jù)庫的基本操作、數(shù)據(jù)表的基本操作、數(shù)據(jù)類型

和運算符、視圖和觸發(fā)器、事務(wù)管理、MySQL連接器JDBC和連接池、常見函數(shù)和數(shù)據(jù)管理。

每章節(jié)后包含了與本書內(nèi)容全程同步的綜合案例教學(xué)，并配有微視頻詳細講解。

本書適合作為高等院校學(xué)習(xí)MySQL數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)用書，也可作為編程初學(xué)者學(xué)習(xí)

MySQL數(shù)據(jù)庫的參考書，對于希望系統(tǒng)學(xué)習(xí)MySQL數(shù)據(jù)庫的人員也具有參考價值。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程/喬鋼柱主編.—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2022.8

普通高等學(xué)校計算機教育“十四五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-29071-9

Ⅰ.①M…Ⅱ.①喬…Ⅲ.①關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)-高等學(xué)校-

教材Ⅳ.①TP311.132.3

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2022）第063147號

書名：MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

作者：喬鋼柱

策劃：王春霞編輯部電話：（010）51873035

責(zé)任編輯：王春霞?王占清

封面設(shè)計：劉?穎

責(zé)任校對：安海燕

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市宏盛印務(wù)有限公司

版次：2022年8月第1版?2022年8月第1次印刷

開本：850?mm×1?168?mm1/16?印張：12.75?字數(shù)：326千

書號：ISBN978-7-113-29071-9

定價：39.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

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前言

MySQL是由瑞典MySQLAB公司開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS），其特點為體積小、

速度快且完全免費開源，因而被中小公司和程序員推崇。2008年1月，MySQLAB公司被

Sun公司收購，后來Sun公司又被Oracle公司收購，所以，目前MySQL在Oracle旗下。經(jīng)

歷多次公司的兼并和重組，同時被Oracle公司升級開發(fā)，因而MySQL的功能也越來越強大，

同時仍舊保持其最初優(yōu)點，因而應(yīng)用依然非常廣泛。

本書以目前比較流行的MySQL5.5版本為平臺，結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)庫教學(xué)和應(yīng)用開發(fā)實踐，

對全書進行了設(shè)計編寫。MySQL的主要功能包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表及表記錄操作、數(shù)據(jù)類型

和運算符、數(shù)據(jù)庫的視圖和觸發(fā)器、數(shù)據(jù)庫事務(wù)、常見函數(shù)和數(shù)據(jù)管理等。MySQL命令分

層縮進，實例前后形成系統(tǒng)，運行結(jié)果直觀清晰。

本書融合數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和MySQL實現(xiàn)于一體，系統(tǒng)性、應(yīng)用性強，注重實踐，并且從方便

教和學(xué)兩個角度組織內(nèi)容、調(diào)試實例和安排綜合應(yīng)用。

使用本書時，建議初學(xué)者按照章節(jié)順序從頭至尾完成閱讀學(xué)習(xí)，同時也應(yīng)進行一定的

實操練習(xí)。本書也可作為有一定基礎(chǔ)的讀者案頭的參考書，針對相應(yīng)技術(shù)、配置方式等查

閱使用。

全書共分為8章，系統(tǒng)全面地以MySQL為實現(xiàn)平臺介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理及實現(xiàn)。

第1章主要對和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相關(guān)的部分概念作簡單介紹。第2章開篇概述了MySQL的產(chǎn)生

和發(fā)展過程，并介紹了MySQL的組成部分及優(yōu)勢，MySQL的安裝與配置、啟動、暫停和退出、

MySQL管理工具的使用和實用程序以及數(shù)據(jù)庫的基本操作等。第3章對數(shù)據(jù)表的各種操作

進行了介紹，講解了約束條件、默認規(guī)則；在檢索記錄表方面從介紹SELECT基本查詢開始，

逐步深入一些復(fù)雜的內(nèi)容。第4章開篇先介紹了MySQL的幾種基本數(shù)據(jù)類型，本章最后的

綜合案例也提供了完整代碼，并附帶詳細注解供讀者參考。第5章對視圖和觸發(fā)器的相關(guān)

概念進行了論述。第6章對事務(wù)機制、事務(wù)的提交及事務(wù)的回滾和事務(wù)的特征與隔離進行

了介紹，讀者通過實例可以體會事務(wù)管理的相關(guān)方法。第7章介紹了MySQL連接器的相關(guān)

概念，綜合案例中的學(xué)生選課系統(tǒng)也提供了完整代碼供讀者練習(xí)體會MySQL連接JDBC的

方法。第8章介紹了MySQL中的一些常見函數(shù)的功能和用法，主要講解了MySQL的備份

和恢復(fù)以及它們的語法格式和相關(guān)說明，最后介紹了用戶管理。

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

在本書編寫過程中，喬鋼柱負責(zé)撰寫第1章，李曉波負責(zé)撰寫第2章，張曉華負責(zé)撰寫第3、

4、5、6章，井超撰寫第7、8章，最后全書由喬鋼柱負責(zé)統(tǒng)稿，并任主編。

特別感謝中北大學(xué)曾建潮教授對本書的指導(dǎo)，中北大學(xué)大數(shù)據(jù)學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)

技術(shù)專業(yè)2017級本科生張苗苗同學(xué)為本書提供的協(xié)助。在此，也衷心感謝中國鐵道出版社

有限公司的編輯為本書順利出版所付出的努力。

編者

2022年2月

于中北大學(xué)怡丁苑

II

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目錄

第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1

1.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)庫2

1.1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2

1.1.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的分類3

1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3

1.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念3

1.2.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)3

1.2.3數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性5

1.2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶結(jié)構(gòu)5

1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫7

1.3.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述7

1.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計7

1.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的完整性13

1.4結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL15

1.4.1SQL概述15

1.4.2SQL語言特點及基本語法16

1.4.3SQL語句分類16

1.4.4SQL的四種基本操作16

1.5實體關(guān)系模型19

小結(jié)22

經(jīng)典習(xí)題22

第2章數(shù)據(jù)庫的基本操作??????????????????????????????????????????????????????????????????????????23

2.1MySQL的概述23

2.1.1MySQL的產(chǎn)生和發(fā)展23

2.1.2MySQL的組成24

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

2.1.3MySQL的優(yōu)勢25

2.2MySQL的安裝和管理25

2.2.1下載MySQL25

2.2.2啟動、暫?；蛲顺鯩ySQL27

2.3MySQL工具和實用程序29

2.3.1MySQL命令行實用程序29

2.3.2實用程序常用的圖形化管理工具29

2.4數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建30

2.4.1數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成30

2.4.2使用命令行窗口創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫31

2.4.3使用圖形化工具創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫31

2.5數(shù)據(jù)庫的查看和選擇32

2.6數(shù)據(jù)庫的刪除32

2.6.1使用命令行窗口刪除數(shù)據(jù)庫33

2.6.2使用圖形化工具刪除數(shù)據(jù)庫33

2.7綜合案例——數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和刪除33

小結(jié)36

經(jīng)典習(xí)題36

第3章數(shù)據(jù)表的基本操作???????????????????????????????????????????????????????????????????????????37

3.1創(chuàng)建表37

3.1.1創(chuàng)建表的語法形式37

3.1.2使用SQL語句設(shè)置約束條件38

3.1.3使用圖形化工具創(chuàng)建表并設(shè)置約束條件41

3.2查看表結(jié)構(gòu)42

3.2.1使用SQL語句查看表結(jié)構(gòu)42

3.2.2使用圖形化工具查看表結(jié)構(gòu)42

3.3修改表43

3.3.1使用SQL語句修改數(shù)據(jù)表44

3.3.2使用圖形化工具修改數(shù)據(jù)表49

3.4刪除表50

3.4.1使用SQL語句刪除數(shù)據(jù)表50

3.4.2使用圖形化工具刪除數(shù)據(jù)表51

II

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目錄

3.5檢索記錄表52

3.5.1SELECT基本查詢52

3.5.2條件查詢56

3.5.3分組查詢57

3.5.4表的連接59

3.5.5子查詢61

3.5.6聯(lián)合查詢63

3.6綜合案例——學(xué)生選課系統(tǒng)綜合查詢64

小結(jié)68

經(jīng)典習(xí)題68

第4章數(shù)據(jù)類型和運算符??????????????????????????????????????????????????????????????????????????69

4.1MySQL基本數(shù)據(jù)類型69

4.1.1整數(shù)類型69

4.1.2小數(shù)類型72

4.1.3字符串類型74

4.1.4日期時間類型75

4.1.5復(fù)合數(shù)據(jù)類型78

4.1.6二進制類型80

4.2MySQL運算符80

4.2.1算術(shù)運算符80

4.2.2比較運算符81

4.2.3邏輯運算符82

4.2.4位運算符83

4.2.5運算符優(yōu)先級84

4.3字符集設(shè)置85

4.3.1MySQL字符集與字符排序規(guī)則85

4.3.2MySQL字符集的設(shè)置86

4.4綜合案例——算術(shù)操作符87

小結(jié)96

經(jīng)典習(xí)題96

III

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

第5章視圖和觸發(fā)器?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????97

5.1視圖97

5.1.1視圖概述97

5.1.2創(chuàng)建視圖98

5.1.3查看視圖102

5.1.4管理視圖104

5.1.5使用視圖105

5.2觸發(fā)器108

5.2.1創(chuàng)建觸發(fā)器108

5.2.2使用觸發(fā)器109

5.2.3查看觸發(fā)器110

5.2.4刪除觸發(fā)器110

5.2.5觸發(fā)器的應(yīng)用111

5.3綜合案例——視圖及觸發(fā)器的應(yīng)用113

5.3.1系統(tǒng)主要功能113

5.3.2E-R圖113

5.3.3邏輯結(jié)構(gòu)115

5.3.4數(shù)據(jù)庫實施117

小結(jié)122

經(jīng)典習(xí)題122

第6章事務(wù)管理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123

6.1事務(wù)機制概述123

6.2事務(wù)的提交125

6.3事務(wù)的回滾127

6.4事務(wù)的特征和隔離129

6.4.1事務(wù)的四大特性129

6.4.2事務(wù)的隔離級別132

6.5解決多用戶使用問題132

6.5.1臟讀132

6.5.2不可重復(fù)讀134

6.5.3幻讀136

6.6綜合案例——銀行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)的事務(wù)處理137

IV

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目錄

小結(jié)140

經(jīng)典習(xí)題140

第7章MySQL連接器JDBC和連接池????????????????????????????????????????????????????????141

7.1MySQL連接器141

7.2MySQL數(shù)據(jù)庫連接過程142

7.3JDBC對象數(shù)據(jù)庫操作145

7.3.1增加數(shù)據(jù)145

7.3.2修改數(shù)據(jù)145

7.3.3刪除數(shù)據(jù)145

7.3.4查詢數(shù)據(jù)146

7.3.5批處理146

7.4開源連接池146

7.5綜合案例——學(xué)生選課系統(tǒng)147

小結(jié)165

經(jīng)典習(xí)題166

第8章常見函數(shù)和數(shù)據(jù)管理?????????????????????????????????????????????????????????????????????167

8.1常見函數(shù)167

8.1.1數(shù)學(xué)函數(shù)167

8.1.2字符串函數(shù)172

8.1.3時間日期函數(shù)175

8.1.4數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)177

8.1.5控制流程函數(shù)177

8.1.6系統(tǒng)信息函數(shù)178

8.2數(shù)據(jù)庫備份與還原179

8.2.1數(shù)據(jù)的備份179

8.2.2數(shù)據(jù)的還原180

8.3MySQL的用戶管理182

8.3.1數(shù)據(jù)庫用戶管理182

8.3.2用戶權(quán)限設(shè)置184

8.4綜合案例——數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)187

小結(jié)194

經(jīng)典習(xí)題194

V

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第1章

數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)庫可視為電子化的文件柜—存儲電子文件的處所，用戶可以對文件中的數(shù)據(jù)（運行）

新增、截取、更新、刪除等操作。

數(shù)據(jù)庫是以一定方式存儲在一起、能給予多個用戶共享、具有盡可能小的冗余度、與應(yīng)用程

序彼此獨立的數(shù)據(jù)集合。

數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別，它們分別是內(nèi)模式、概念模式和外模式。這個

三級結(jié)構(gòu)之間一般差別很大，為了實現(xiàn)這三個抽象級別在內(nèi)部聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三

級結(jié)構(gòu)之間提供了兩個層次的映像：外模式/概念模式映像、概念模式/內(nèi)模式映像。這兩層映

像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。

從最終用戶角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和分布式

結(jié)構(gòu)。

本章還介紹了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫方面，主要介紹了規(guī)范關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論，

并給出了一個相應(yīng)的實例。視頻

學(xué)習(xí)目標

y掌握數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能

y了解關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

y掌握SQL的使用方法知識

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個比較寬泛的概念，它包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及使用數(shù)據(jù)庫的用戶

和支撐數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行的軟硬件。在此僅對和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相關(guān)的部分概念作簡單介紹，更深

入的知識請讀者參考相關(guān)教材或書籍。

1

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

1.1.1?數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)庫

1．?dāng)?shù)據(jù)

數(shù)據(jù)（Data）是描述事物的符號記錄，是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。數(shù)據(jù)可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，

如某個具體數(shù)字，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)，如聲音、圖像等。雖然數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式，但經(jīng)過數(shù)

字化處理后，都可以輸入并存儲到計算機，并能為其處理的符號序列。

2．信息

信息（Information）是具有一定含義的、經(jīng)過加工的、對決策有價值的數(shù)據(jù)。所以說信息是有

用的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)如果不具有知識性和有用性則不能稱為信息。從信息處

理角度看，任何事物的屬性都是通過數(shù)據(jù)來表示的，數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理后，使其具有知識性并對

人類活動產(chǎn)生決策作用，從而形成信息。信息有如下特點：無限性、共享性、創(chuàng)造性。

3．信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系

在計算機中，為了存儲和處理某些事物，需要抽象出對這些事物感興趣的特征組成一個記錄

來描述。例如，學(xué)生檔案中，如果人們感興趣的是學(xué)生的姓名、性別、年齡、出生年月、籍貫、

所在系別、入學(xué)日期，就可以這樣描述：李明，男，21，1985，浙江，計算機系，2004，因此這

里的學(xué)生記錄就是數(shù)據(jù)。它的含義即所含信息是：李明是個大學(xué)生，1985年出生，男，浙江人，

2004年考入計算機系。

數(shù)據(jù)的形式不能完全表達其內(nèi)容，需要經(jīng)過解釋。數(shù)據(jù)的解釋是指對數(shù)據(jù)含義的說明，數(shù)據(jù)

的含義又稱為數(shù)據(jù)的語義，也就是數(shù)據(jù)包含的信息。信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，數(shù)據(jù)是信息的符號表示，

是載體。數(shù)據(jù)是符號化的信息，信息是語義化的數(shù)據(jù)。如黑白臉譜，所表示的數(shù)據(jù)是黑白點陣，

而所帶有的信息是臉譜。

4．?dāng)?shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫（Database，DB）是長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫

中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，用于滿足各種不同的信息需求，并且集中的數(shù)據(jù)

彼此之間有相互的聯(lián)系。具有較小的冗余度，較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性。

1.1.2?數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）是為管理數(shù)據(jù)庫而設(shè)計的計算機軟

件系統(tǒng)，一般具有存儲、截取、安全保障、備份等基礎(chǔ)功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶和操作

系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它的主要功能包括以下幾個方面：

1．?dāng)?shù)據(jù)定義功能

提供數(shù)據(jù)定義語言DDL，用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進行定義。

2．?dāng)?shù)據(jù)操縱功能

提供數(shù)據(jù)操縱語言DML，用戶可以使用操縱語言實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，如查詢、插入、

刪除和修改等。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫的運行管理功能

數(shù)據(jù)庫的建立、運行和維護由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、

完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用以及發(fā)生故障后系統(tǒng)恢復(fù)。

2

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第1章?數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

4．?dāng)?shù)據(jù)庫的建立和維護功能

它包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重組功能和性

能監(jiān)視，分析功能等。這些功能通常由一些應(yīng)用程序完成。

1.1.3?數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的分類

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要分為以下兩類：

1．關(guān)系數(shù)據(jù)庫

關(guān)系數(shù)據(jù)庫是創(chuàng)建在關(guān)系模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，借助于集合代數(shù)等數(shù)學(xué)概念和方法來處理數(shù)

據(jù)庫中的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)實世界中的各種實體以及實體之間的各種聯(lián)系均用關(guān)系模型來表示。

幾乎所有的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都配備了一個開放式數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）驅(qū)動程序，令各個數(shù)據(jù)

庫之間得以互相集成。

典型代表有MySQL、Oracle、MicrosoftSQLServer、Access及PostgreSQL等。

2．非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是對不同于傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的統(tǒng)稱，與關(guān)系數(shù)據(jù)庫最大

的不同點是不使用SQL作為查詢語言。

典型代表有BigTable、Cassandra、MongoDB、CouchDB；還包括鍵值數(shù)據(jù)庫ApacheCassandra、

LevelDB。

1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2.1?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念

模式（Schema）是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅涉及到型的描述，不涉

及到具體的值。模式的一個具體值稱為模式的一個實例（Instance）。同一個模式可以有很多實例。

模式是相對穩(wěn)定的，而實例是相對變動的，因為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是在不斷更新的。模式反映的是

數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，而實例反映的是數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)。

1.2.2?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層：內(nèi)模式、概念模式（模式）和外模式，如圖1-1所示。這個三級

結(jié)構(gòu)有時稱為三級模式結(jié)構(gòu)，是在1971年通過DBTG報告中提出的，后來收入在1975年的美國

ANSI/SPARC報告中。雖然現(xiàn)在DBMS的產(chǎn)品多種多樣，并在不同操作系統(tǒng)支持下工作，但是大

多數(shù)系統(tǒng)在總的體系結(jié)構(gòu)上都具有三級模式的結(jié)構(gòu)特征。

從某個角度看到的數(shù)據(jù)特性稱為數(shù)據(jù)視圖（DataView）。

外模式最接近用戶，是單個用戶所能看到的數(shù)據(jù)特性，單個用戶使用的數(shù)據(jù)視圖的描述稱為外

模式。

概念模式涉及到所有用戶的數(shù)據(jù)定義，是全局的數(shù)據(jù)視圖。全局數(shù)據(jù)視圖的描述也稱為

模式。

內(nèi)模式最接近于物理存儲設(shè)備，涉及到實際數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)。物理存儲數(shù)據(jù)視圖的描述稱為

內(nèi)模式。

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E

外模式1外模式2外模式3

外模式/概念模式映像

模式

概念模式/內(nèi)模式映像

內(nèi)模式

數(shù)據(jù)庫

圖1-1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級映像

1．概念模式（所有用戶的公共視圖）

一個數(shù)據(jù)庫只有一個概念模式，它以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮了所有用戶的

需求，并將這些需求有機地結(jié)合成一個邏輯整體。

概念模式由許多記錄類型的值組成。例如，它可能包括部門記錄值的集合、職工記錄值的集

合、供應(yīng)商記錄值的集合、零件記錄值的集合，等等。概念模式根本不涉及物理表示和訪問的技

術(shù)，它只定義信息的內(nèi)容，這樣在模式中不能涉及存儲字段表示、存儲記錄隊列、索引、哈希算法、

指針或其他存儲和訪問的細節(jié)。這樣模式就可真正實現(xiàn)物理數(shù)據(jù)的獨立性。

定義模式時，不僅定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，定義與數(shù)據(jù)有關(guān)安全性、

完整性要求。

在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）中，描述概念模式的數(shù)據(jù)定義語言稱為模式DDL（SchemaData

De?nitionLanguage）。

2．外模式（用戶可見的視圖）

外模式也稱子模式（Subschema）或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的

邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示，是用

戶和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，是用戶用到的那部分數(shù)據(jù)的描述。一個系統(tǒng)一般有多個外模式。

外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式

中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)是不可見的。用戶使用數(shù)據(jù)操縱語言DML（DataManipulation

Language）語句對數(shù)據(jù)庫進行操作，實際上是對外模式的外部記錄進行操作。

描述外模式的數(shù)據(jù)定義語言稱為外模式DDL。有了外模式后，程序員或數(shù)據(jù)庫管理員不必關(guān)

心概念模式，只與外模式發(fā)生聯(lián)系，按照外模式的結(jié)構(gòu)存儲和操縱數(shù)據(jù)。

外模式又稱為用戶模式或子模式，通常是概念模式的邏輯子集。

3．內(nèi)模式（存儲模式）

一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式，它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的

表示方法。它定義所有的內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數(shù)據(jù)控制方面的細節(jié)。

注意：內(nèi)模式和物理層仍然不同。內(nèi)部記錄并不涉及到物理記錄，也不涉及到設(shè)備的約束。

比內(nèi)模式更接近物理存儲和訪問的那些軟件機制是操作系統(tǒng)的一部分，即文件系統(tǒng)。

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第1章?數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

描述內(nèi)模式的數(shù)據(jù)定義語言稱為內(nèi)模式DDL。

1.2.3?數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性

數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)的三個抽象級別。它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS去做，用戶

只要抽象的處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的表示和存儲。三級結(jié)構(gòu)之間一般差別很大，

為了實現(xiàn)這三個抽象級別在內(nèi)部聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，DBMS在三級結(jié)構(gòu)之間提供了兩個層次的映像：外

模式/概念模式映像、概念模式/內(nèi)模式映像，如圖1-1所示。

這兩層映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性。

1．外模式/概念模式映像

用于定義外模式和概念模式之間的對應(yīng)性，即外部記錄和內(nèi)部記錄間的關(guān)系。

當(dāng)概念模式發(fā)生改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式/概念模式的映像作相應(yīng)改變，可以使

外模式保持不變，應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與

程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。

2．概念模式/內(nèi)模式映像

用于定義概念模式和內(nèi)模式間的對應(yīng)性，實現(xiàn)兩級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組成等的映像對應(yīng)關(guān)系。

概念模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存

儲結(jié)構(gòu)改變了，由數(shù)據(jù)庫管理員對概念模式/內(nèi)模式映像作相應(yīng)改變，可以使概念模式保持不變，

從而應(yīng)用程序也不必改變，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。

1.2.4?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶結(jié)構(gòu)

從最終用戶角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為單用戶、主從式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。

1．單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一種早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（包

括應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)）都裝在一臺計算機上，由一個用戶獨占，不同機器之間不能共享數(shù)據(jù)。

如圖1-2所示。

2．主從式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

主從式結(jié)構(gòu)是指一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（包括應(yīng)用

程序、DBMS、數(shù)據(jù)）都集中存放在主機上，所有處理任務(wù)都由主機來完成，各個用戶通過主機的

終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源，如圖1-3所示。

主機

微機

終端

圖1-2單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)圖1-3主從式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

3．客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

主從式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的主機是一個通用計算

機，既執(zhí)行DBMS功能又執(zhí)行應(yīng)用程序。隨著工作站服務(wù)器

功能的增強和廣泛使用，人們開始把DBMS功能和應(yīng)

用分開，網(wǎng)絡(luò)中某個（些）節(jié)點上的計算機專門用于

執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器；

其他節(jié)點上的計算機安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)程客戶機

（微機）

序，支持用戶的應(yīng)用，稱為客戶機，這就是客戶/服

務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如圖1-4所示。

圖1-4客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

在客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，客戶端的用戶請求被傳

送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行處理后，只將結(jié)果返回給用戶（而不是整個數(shù)據(jù)），從而顯

著減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負載能力；另一方面，客戶/服務(wù)器

結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫往往更加開放。客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行，可以

使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)程序，應(yīng)用程序具有更強的可移植性，同時也可以減少軟件維護

開銷。

4．分布式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

分布式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)

點上。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以獨立處理本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應(yīng)用；同時也可以同時

存取和處理多個異地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應(yīng)用，如圖1-5所示。它的優(yōu)點是適應(yīng)地理上分散

的公司、團體和組織對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求。不足的是數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維

護帶來困難；當(dāng)用戶需要經(jīng)常訪問遠程數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)效率會明顯地受到網(wǎng)絡(luò)交通的制約。

客戶機客戶機

（微機）（微機）

服務(wù)器服務(wù)器

服務(wù)器服務(wù)器

客戶機客戶機

（微機）（微機）

圖1-5分布式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

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第1章?數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

1.3.1?關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述屬性名

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個關(guān)系就是一張二維表，它由行和列

元組

組成，如圖1-6所示。(t)

非碼非碼

表中的一行就是一個元組（也稱記錄），表中的列為一個屬候選碼

性，給每個屬性起一個名即為屬性名（也稱字段名）。關(guān)系數(shù)據(jù)(主碼)

庫的特點是：圖1-6關(guān)系（表）的結(jié)構(gòu)

（1）關(guān)系中每個字段（屬性）不可再分，是數(shù)據(jù)庫中的最基本單位。

（2）每一列字段是同屬性的。每個列的順序是任意的。

（3）每一行記錄由一個事物的諸字段項構(gòu)成。記錄的順序可以是任意的。

（4）不允許有相同的字段名，也不允許有相同的記錄行。每個關(guān)系都有主碼關(guān)鍵字（Key）的

屬性集合，用以唯一標識關(guān)系中的各個記錄行。

（5）解決實際問題往往需要多個關(guān)系，關(guān)系和關(guān)系是有聯(lián)系的，這種聯(lián)系也用關(guān)系表示。

在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系及關(guān)系之間聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

1.3.2?關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計質(zhì)量，直接影響數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的控制質(zhì)量。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個

給定的應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)用戶的信息要求、處理需求和數(shù)據(jù)庫的支撐環(huán)境，利用數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用程

序模擬現(xiàn)實世界中該單位的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理活動的過程，是數(shù)據(jù)設(shè)計和數(shù)據(jù)處理設(shè)計的結(jié)合。規(guī)

范化的數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)組織應(yīng)獲得最大程度的共享、最小的冗余度，

消除數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)依賴關(guān)系中的冗余部分，使依賴于同一個數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)達到有效的分離。保證

在輸入、修改數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)的一致性和正確性，保證數(shù)據(jù)與使用數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序之間的高度獨立性。

同時在設(shè)計時還要將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的行為緊密結(jié)合起來，保證數(shù)據(jù)的完整性約束。

1．需求分析

需求分析階段的任務(wù)是收集數(shù)據(jù)庫所需要的信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)處理規(guī)則，確定建立數(shù)據(jù)庫的目

的。在需求分析調(diào)研中，必須和用戶充分討論，確定數(shù)據(jù)庫所要進行的數(shù)據(jù)處理范圍，數(shù)據(jù)處理

的流程以及數(shù)據(jù)取值范圍的界定。

描述需求分析常用的方法有數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等。

2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是對現(xiàn)實世界的一種抽象，即對實際的人、物、事和概念進行人為處理，抽取

人們關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細節(jié)，并把這些特性用各種概念精確地加以描述。

為了能夠完成上述目標，我們把現(xiàn)實世界中客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體（Entity）。

如一個職工、一個學(xué)生、一個部門、學(xué)生的一次選課、老師與系的工作關(guān)系。

把描述實體的某一特性稱為屬性（Attribute），一個實體可以由若干個屬性值來描述。如一個學(xué)生

實體可以由學(xué)號、姓名、性別、出生日期等屬性的屬性值（20021001、張三、男、1986-5-6）來描述。

同類實體中的實體彼此之間是可以區(qū)別的，能夠唯一標識實體的屬性集合稱作實體的碼或關(guān)鍵字。

實體集之間存在各種聯(lián)系（Relationship），主要有三類：一對一聯(lián)系（1:1）、一對多聯(lián)系（1:n）、

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MySQL數(shù)據(jù)庫原理及實踐教程

多對多聯(lián)系（m:n）。

1）一對一聯(lián)系（1∶1）

對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有0個或1個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實

體集A與實體集B具有一對一的聯(lián)系。

例如，一個班級只有一個班長，一個班長只在一個班中任職，則班級與班長之間具有一對一聯(lián)系。

2）一對多聯(lián)系（1∶n）

對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有0個或多個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B

中的每一個實體，實體集A中有0個或1個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有一對多的聯(lián)系。

例如，一個班級有若干個學(xué)生，每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí)，則班級與學(xué)生之間具有一對多聯(lián)系。

3）多對多聯(lián)系（m∶n）

對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有0個或多個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B

中的每一個實體，實體集A中有0個或多個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多的聯(lián)系。

例如，一門課程同時有若干個學(xué)生選修，而一個學(xué)生同時選修多門課程，則課程與學(xué)生之間

具有多對多聯(lián)系。

描述概念模型的有力工具是E-R模型。

3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合。E-R圖則是由實體、實體的屬性和實體之間的

聯(lián)系三個要素組成的。所以將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型實際上就是要將實體、實體的屬性和實體之

間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式，這種轉(zhuǎn)換一般遵循如下原則：

1）實體與實體屬性的轉(zhuǎn)換

一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。實體的屬性就是關(guān)系的屬性。實體的碼就是關(guān)系的碼。

例如，學(xué)生實體可以轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中學(xué)號為學(xué)生關(guān)系的碼。

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，所在系）。

2）實體間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

（1）一個1∶1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。

如果轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，則與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換

為關(guān)系的屬性，每個實體的碼均是該關(guān)系的候選碼。

如果與某一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并，則需要在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個關(guān)系模式的碼

和聯(lián)系本身的屬性。

例如，有一個學(xué)生管理的聯(lián)系，即一個職工管理一個班級，一個班級只能由一個職工管理，

該聯(lián)系為1∶1聯(lián)系，將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式有以下三種方法：

a．轉(zhuǎn)換成一個獨立的關(guān)系模式

管理（職工號，班級號）

b．將其與班級關(guān)系模式合并，增加職工號屬性，即

班級（班級號，學(xué)生人數(shù)，職工號）

c．將其與教師關(guān)系模式合并，增加班級號屬性，即

教師（職工號，姓名，性別，職稱，班級號）

推薦使用合并的方法。

（2）一個1∶n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。

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第1章?數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

如果轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，則與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換

為關(guān)系的屬性，而關(guān)系的碼為n端實體的碼。

例如，假如有一個學(xué)生組成的聯(lián)系，即一個學(xué)生只能屬于一個班級，一個班級可能有多個學(xué)

生，該聯(lián)系為1∶n聯(lián)系，將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式有兩種方法：

a．轉(zhuǎn)換成一個獨立的關(guān)系模式

組成（學(xué)號，班級號）

b．將其與學(xué)生關(guān)系模式合并，增加班級號屬性，即

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，所在系，班級號）

推薦使用合并的方法。

（3）一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。

與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性。而關(guān)系的碼為各實體

碼的組合。

例如，有一個學(xué)生選修的聯(lián)系，即一個學(xué)生可以選修多門課程，一門課程可以被多個學(xué)生選修，

該聯(lián)系是一個m:n聯(lián)系，將其轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式。

選修（學(xué)號，課程號，成績）

4．?dāng)?shù)據(jù)表的優(yōu)化與規(guī)范化

在數(shù)據(jù)需求分析的基礎(chǔ)上，進行概念結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，并將數(shù)據(jù)信息分割成數(shù)個大小適

當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)表。如我們可以得到學(xué)生的相關(guān)數(shù)據(jù)信息（見表1-1），學(xué)生選課數(shù)據(jù)表包含SNO（學(xué)號）、

SNAME（姓名）、SSSN（身份證號）、SDEPA（所在院系）、SMTEL（電話）、SCITY（城市）、CNO（課

程編號）、CNAME（課程名稱）、GRADE（成績）等屬性。

表1-1學(xué)生選課數(shù)據(jù)表

SNOSNAMESSSNSDEPASMTELSCITYCNOCNAMEGRADE

060101王東民******19880526***計算機135****杭州102C語言90

060102張小芬******19891001***計算機131****寧波102C語言95

060103李鵬飛******19871021***計算機139****溫州103數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)88

060101王東民******19880526***計算機135*