數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用教程―SQL Server 2019 課件 第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用教程

―SQLServer2019第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫(kù)——通俗地講就是存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)。而數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)所研究的問(wèn)題是如何科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)，是當(dāng)代計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要組成部分。本章主要介紹數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展歷史、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念、組成和功能以及數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)三個(gè)問(wèn)題。第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是20世紀(jì)60年代后期興起的一門(mén)信息管理自動(dòng)化學(xué)科，是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)重要分支（數(shù)據(jù)處理）。了解計(jì)算機(jī)的三個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、智能控制1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史1.1.1數(shù)據(jù)處理技術(shù)1.數(shù)據(jù)(Data)

數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄，是各類(lèi)信息的具體表現(xiàn)形式。除了常用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)外，文字(如名稱(chēng))、圖形、圖像、聲音等信息，也都是數(shù)據(jù)。應(yīng)用中提煉有用的數(shù)據(jù),一般對(duì)事物用記錄來(lái)描述。例如，對(duì)學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、性別和年齡等情況這樣描述：202201001、張三、男、19。

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史2.數(shù)據(jù)處理(DataProcess)

數(shù)據(jù)處理是指對(duì)數(shù)據(jù)的收集、分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)、加工、計(jì)算、檢索、維護(hù)、傳播以及打印等一系列的活動(dòng)。

其目的就是從大量的數(shù)據(jù)中提取出有效的信息資源。在數(shù)據(jù)處理中，通常數(shù)據(jù)的計(jì)算比較簡(jiǎn)單，而數(shù)據(jù)的管理比較復(fù)雜。數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的核心，指數(shù)據(jù)的收集、分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)、加工、計(jì)算、檢索、維護(hù)、傳播以及打印等操作。1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史1.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的三個(gè)發(fā)展階段*

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也不斷地發(fā)展。從數(shù)據(jù)管理的角度數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段**。

1.人工管理階段

2.文件系統(tǒng)階段

3.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史1.人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前屬于人工管理階段，它是數(shù)據(jù)管理的初級(jí)階段。這一階段的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)不能被長(zhǎng)期保存，沒(méi)有文件的概念。(2)沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)。(3)數(shù)據(jù)無(wú)獨(dú)立性、不能共享。(4)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序一一對(duì)應(yīng)，應(yīng)用程序依賴(lài)于數(shù)據(jù)的物理組織，因此數(shù)據(jù)的獨(dú)立性差。

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史程序與數(shù)據(jù)是一個(gè)整體，一個(gè)程序中的數(shù)據(jù)無(wú)法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。

應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的依賴(lài)關(guān)系：應(yīng)用程序n應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)組n應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組2…1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史2.文件系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代后期至60年代中后期，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，不僅用于科學(xué)計(jì)算，還大量用于管理。硬件方面，磁盤(pán)成為計(jì)算機(jī)的主要外存儲(chǔ)器；軟件方面，出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。程序通過(guò)數(shù)據(jù)文件訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。外存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)文件特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存(2)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)(3)

數(shù)據(jù)具有一定的獨(dú)立性，但獨(dú)立性較差應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件的關(guān)系：應(yīng)用程序n應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)文件n數(shù)據(jù)文件1文件系統(tǒng)應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)文件21.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史3.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后期以來(lái)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)據(jù)量急劇增加，數(shù)據(jù)的共享要求越來(lái)越高。硬件方面，有了大容量的磁盤(pán)；軟件方面，出現(xiàn)了能夠統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)。所以，此階段將數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上（數(shù)據(jù)庫(kù)中），進(jìn)行統(tǒng)一組織和管理。外存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)庫(kù)1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史1.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)如下（優(yōu)點(diǎn)）：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化（2）較高的數(shù)據(jù)共享性（3）較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性（4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖所示：應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)構(gòu)成。

數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)開(kāi)工具應(yīng)用系統(tǒng)人員硬件DBMS數(shù)據(jù)庫(kù)OS1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成1.數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase,DB)

數(shù)據(jù)庫(kù)是指長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合，即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按一定的數(shù)據(jù)模型組織、存儲(chǔ)和使用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。它不僅包括描述事物的數(shù)據(jù)本身，還包括相關(guān)事物之間的聯(lián)系。

1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成

2.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)**

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，是為數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)而配置的軟件。它建立在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，位于用戶(hù)與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它為用戶(hù)或應(yīng)用程序提供訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、查詢(xún)、更新及各種數(shù)據(jù)控制等。

1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能*數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心軟件，一般說(shuō)來(lái)，其功能主要包括以下4個(gè)方面。(1)數(shù)據(jù)定義和操縱功能

DBMS提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象進(jìn)行定義和數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML檢索、插入、修改、刪除數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行控制功能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行并發(fā)控制、安全性檢查、完整性約束條件的檢查和執(zhí)行、數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部維護(hù)等。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成(3)數(shù)據(jù)庫(kù)的組織、存儲(chǔ)和管理

DBMS確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方式物理地組織數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以便提高存儲(chǔ)空間利用率和各種操作的時(shí)間效率。(4)建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)的輸入與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)與恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織與重構(gòu)造、性能的監(jiān)視與分析等。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成3.數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)

凡使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理其數(shù)據(jù)的系統(tǒng)都稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，它可以用于事務(wù)管理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形分析和處理以及人工智能等系統(tǒng)中。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成4.人員（1）終端用戶(hù)終端用戶(hù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的使用者，通過(guò)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。（2）應(yīng)用程序員應(yīng)用程序員負(fù)責(zé)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中各類(lèi)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一般需要一個(gè)以上的應(yīng)用程序員在開(kāi)發(fā)周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等任務(wù)。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DatabaseAdministrator,DBA)*

數(shù)據(jù)庫(kù)管理員是高級(jí)用戶(hù)，其職能是管理、監(jiān)督、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，負(fù)責(zé)全面管理和控制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。職責(zé)：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，定義數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和完整性，監(jiān)督數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行等等。1.3數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)*為了保障數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性，使用戶(hù)能以簡(jiǎn)單的邏輯結(jié)構(gòu)操作數(shù)據(jù)而無(wú)需考慮數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的編制和程序員的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。DBMS將數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)分為三級(jí)模式：外模式、模式和內(nèi)模式。

1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)學(xué)生表：學(xué)號(hào)姓名性別學(xué)院2016002張三男數(shù)學(xué)2016025李四女?dāng)?shù)學(xué)2016023劉明男數(shù)學(xué)2016033王曉女信技2016055李洪男信技2016123鄭曉風(fēng)女信技模式外模式學(xué)號(hào)姓名性別2016033王曉女2016055李洪男2016123鄭曉風(fēng)女男劉明2016023女男性別李四2016025張三2016002姓名學(xué)號(hào)數(shù)學(xué)學(xué)院學(xué)生：信息技術(shù)學(xué)院學(xué)生：1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)（1）模式

模式也稱(chēng)概念模式或邏輯模式，是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶(hù)的公共數(shù)據(jù)視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式，綜合地考慮了所有用戶(hù)的需求，并將這些需求結(jié)合成一個(gè)邏輯整體。（2）內(nèi)模式內(nèi)模式也稱(chēng)存儲(chǔ)模式或物理模式，是對(duì)數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式。三級(jí)模式結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)例圖書(shū)信息出版社名稱(chēng)字符型20書(shū)名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型

作者著書(shū)信息作者姓名字符型20書(shū)名字符型30出版社出書(shū)類(lèi)型出版社名稱(chēng)字符型20書(shū)名字符型30類(lèi)型字符型1

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外模式模式內(nèi)模式1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)（3）外模式

外模式也稱(chēng)子模式或用戶(hù)模式，它是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)能夠看見(jiàn)和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。外模式通常是模式的子集，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式。

1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映像

數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)把數(shù)據(jù)的具體組織（內(nèi)模式）留給DBMS去做，用戶(hù)只要抽象地處理數(shù)據(jù)（模式——DBA、外模式——程序員），減輕了用戶(hù)使用系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。但，三級(jí)模式結(jié)構(gòu)之間差別往往很大，為了實(shí)現(xiàn)這3個(gè)抽象級(jí)別的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，DBMS在三級(jí)模式結(jié)構(gòu)之間提供了兩級(jí)映像：外模式/模式映像，模式/內(nèi)模式映像。1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映像（1）外模式/模式映像對(duì)于每個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映像，它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

*當(dāng)模式改變時(shí)(如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的數(shù)據(jù)類(lèi)型等)，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)各個(gè)外模式/模式映像作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。因?yàn)閼?yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫(xiě)的，所以應(yīng)用程序不必修改。此映像的功能就是：保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱(chēng)邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性*。1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映像（2）模式/內(nèi)模式映像

數(shù)據(jù)庫(kù)中只有一個(gè)模式，也只有一個(gè)內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映像是唯一的，它定義了數(shù)據(jù)庫(kù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

*當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了(如選用了另一種存