第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

數(shù)據(jù)庫技術與應用

－SQLServer2005中南林學院理學院曠嶺QQ：649765188電話：139731468361學習目的：

《數(shù)據(jù)庫原理及應用》課程是信、測繪I專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎課。這門課程的主要特點是實踐性很強,不僅要學習基本理論知識,更要注重上機實踐,通過上機實踐驗理解數(shù)據(jù)庫技術理論,掌握和鞏固所學理論知識。數(shù)據(jù)庫技術是計算機軟件與理論學科的一個重要分支，它研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，有較強的理論性和實用性。隨著計算機應用的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫應用領域已從數(shù)據(jù)處理、信息管理、事務處理擴大到計算機輔助設計、人工智能、辦公信息系統(tǒng)等新的應用領域。設立本課程的目的是為了使學生掌握數(shù)據(jù)庫基本原理和技術，能靈活和教好地應用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，掌握數(shù)據(jù)庫結構的設計和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)方法?；疽笸ㄟ^本課程的學習，學生必須系統(tǒng)的掌握數(shù)據(jù)庫技術的基本理論、數(shù)據(jù)庫的設計方法和數(shù)據(jù)庫應用程序的開發(fā)方法。其具體內(nèi)容包括：了解和掌握數(shù)據(jù)庫管理技術發(fā)展的過程，理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、體系結構和全局結構。掌握關系模型的關系運算理論，關系數(shù)據(jù)庫SQL語言的全貌和使用技術。理解和掌握關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論以及數(shù)據(jù)庫設計的全過程，能進行數(shù)據(jù)庫結構的設計和簡單應用程序的設計。2重點難點本課程的重點是關系模型的基本理論，關系數(shù)據(jù)庫SQL語言的全貌和使用技術以及進行數(shù)據(jù)庫結構的設計。難點是關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論和數(shù)據(jù)庫應用程序的設計。學習安排32節(jié)理論課+16節(jié)實驗課+1周課程設計理論實踐結合學習，掌握數(shù)據(jù)庫的基礎知識以及SQL語言的編寫，掌握SQLSERVER的使用。3第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論4本章內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.4數(shù)據(jù)模型1.5數(shù)據(jù)庫新技術51.1數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1．數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)是人們用于記錄事物情況的物理符號。例如：數(shù)值型、字符型、多媒體等。信息是數(shù)據(jù)中所包含的意義。通俗地講，信息是經(jīng)過加工處理并對人類社會實踐和生產(chǎn)活動產(chǎn)生決策影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與信息既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據(jù)是表示信息的，但并非任何數(shù)據(jù)都能表示信息，信息只是加工處理后的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)所表達的內(nèi)容。2.數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)處理是指將數(shù)據(jù)轉換成信息的過程。它包括對數(shù)據(jù)的收集、存儲、分類、計算、加工、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒印?shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的收集、組織、存儲、檢索和維護等操作

61.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術1.人工管理階段程序與數(shù)據(jù)是一個整體，一個程序中的數(shù)據(jù)無法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復數(shù)據(jù)。特點:程序之間不能共享數(shù)據(jù)；程序復雜；數(shù)據(jù)量小且無法長期保存；人工重復輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不保存。7人事管理應用程序教師信息數(shù)據(jù)組學生管理應用程序學生信息數(shù)據(jù)組教務管理應用程序課程信息數(shù)據(jù)組學生部門教務部門人事部門圖1-1應用程序和數(shù)據(jù)的依賴關系81.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展2.文件管理階段20世紀50年代后期至60年代后期,計算機外存儲器有了磁鼓和磁盤等直接存取設備；軟件有了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過數(shù)據(jù)文件訪問數(shù)據(jù)。外存儲器數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件9外存儲器特點:多個程序共享數(shù)據(jù)；易于長期保存數(shù)據(jù)；程序代碼有所簡化；數(shù)據(jù)冗余（重復）度較大；程序對數(shù)據(jù)依賴性較強；人員專業(yè)性較強。查詢程序王強長沙市五一路10號1300240731-487451901090103查詢程序例如：數(shù)據(jù)查詢與報表10學生部門教務部門人事部門文件系統(tǒng)教師數(shù)據(jù)文件學生數(shù)據(jù)文件課程數(shù)據(jù)文件人事管理應用程序學生管理應用程序教務管理應用程序圖1-2應用程序和數(shù)據(jù)文件的關系111.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展3．數(shù)據(jù)庫管理階段數(shù)據(jù)庫是在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的集中控制之下，按一定的組織方式存儲起來的、相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。特點：

數(shù)據(jù)真正實現(xiàn)了結構化數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制12外存儲器此階段將數(shù)據(jù)集中存儲在一臺計算機上，進行統(tǒng)一組織和管理。數(shù)據(jù)庫13特點：數(shù)據(jù)結構化并與程序分離；數(shù)據(jù)集中式管理，高度共享；數(shù)據(jù)冗余度小，具有數(shù)據(jù)一致性和完整性控制規(guī)則。外存儲器14學生部門教務部門人事部門學校數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)人事管理應用程序學生管理應用程序教務管理應用程序圖1-3應用程序和數(shù)據(jù)庫的關系151.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（DB-DataBase）數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機系統(tǒng)中，有組織、結構化的關聯(lián)數(shù)據(jù)集合；以文件方式存儲。硬件存放數(shù)據(jù)庫的介質(zhì)常見數(shù)據(jù)庫文件擴展名：MDF-SQLServer；MDB-Access；DBC-VFP（VisualFoxPro）161.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DatabaseSystem，DBS)是一個計算機應用系統(tǒng)。它是把有關計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)和人員組合起來為用戶提供信息服務的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及其描述機構、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和有關人員組成的具有高度組織性的總體。應用程序數(shù)據(jù)庫管理員開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫17數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡單結構應用程序1應用程序2……應用程序n數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）數(shù)據(jù)庫基礎181.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：是數(shù)據(jù)的匯集，它以一定的組織形式存于存儲介質(zhì)上。DBMS：是管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，它實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。DBA：負責數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃、設計、協(xié)調(diào)、維護和管理等工作。應用程序：指以數(shù)據(jù)庫為基礎的應用程序。相關人員數(shù)據(jù)庫用應系統(tǒng)DBMSOS硬件191.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的三級模式結構為了有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)庫的邏輯獨立性和物理獨立性，人們?yōu)閿?shù)據(jù)庫設計了一個嚴謹?shù)捏w系結構，數(shù)據(jù)庫領域公認的標準結構是三級模式結構，它包括外模式、模式和內(nèi)模式。根據(jù)各類人員與數(shù)據(jù)庫的不同關系，可把視圖（所謂視圖是指觀察、認識和理解數(shù)據(jù)的范圍、角度和方法）分為三種：對應于用戶的外部視圖對應于應用程序員的概念視圖對應于系統(tǒng)程序員的內(nèi)部視圖201.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外模式模式（概念模式或邏輯模式）內(nèi)模式21三級模式結構的一個具體實例圖書信息出版社名稱字符型20書名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型

作者著書信息作者姓名字符型20書名字符型30出版社出書類型出版社名稱字符型20書名字符型30類型字符型1

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外模式模式內(nèi)模式221.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點數(shù)據(jù)共享減少數(shù)據(jù)冗余具有較高的數(shù)據(jù)獨立性增強了數(shù)據(jù)安全性和完整性保護231.4數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)描述1.數(shù)據(jù)處理的3個階段現(xiàn)實世界 信息世界機器世界 圖1-5數(shù)據(jù)處理的三個階段抽象轉換現(xiàn)實信息電腦241.4概念模型1.實體是客觀事物的真實反映。可以是實際存在的對象、抽象概念或事件。（1）屬性將事物特性稱為實體屬性。例如，為描述一個職工，可能涉及如下屬性：編號、姓名、性別、出生日期和職稱。例如：251.4數(shù)據(jù)模型（2）實體型和實體值實體型就是實體的結構描述，通常是實體名和屬性名的集合；具有相同屬性的實體，有相同的實體型。實體值是一個具體的實體，是屬性值的集合。例如，教師實體型是：教師(編號、姓名、性別、出生日期、職稱、基本工資、研究方向)教師“李亦光”的實體值是：(15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，數(shù)據(jù)庫技術)261.4數(shù)據(jù)模型（3）屬性型和屬性值屬性型就是屬性名及其取值類型，屬性值就是屬性在其值域中所取的具體值。例如：“103601”是編號值；“李曉光”是姓名值；“1”是性別值。(4)實體集性質(zhì)相同的同類實體的集合稱為實體集。如一個系的教師。271.4數(shù)據(jù)模型3．實體間的聯(lián)系實體之間的對應關系稱為聯(lián)系，它反映了現(xiàn)實世界事物之間的相互關聯(lián)。聯(lián)系的類型：一對一聯(lián)系記為1：1。(如學校與校長間的聯(lián)系)一對多聯(lián)系記為１：n。(如宿舍房間與學生的聯(lián)系)多對多聯(lián)系記為m：n。（如一個教師可以教授多個學生，而一個學生又可以受教于多個教師）281.4數(shù)據(jù)模型廠長 工廠 任職 1 1 (a) 公司 職員 就職 1 n (b) 讀者 圖書 借閱 m n (c) 圖1-6實體間的聯(lián)系 294.概念模型概念模型是反映實體之間聯(lián)系的模型。E-R模型:描述現(xiàn)實世界的概念模型。實體：用矩形框表示，框內(nèi)寫入實體名。屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內(nèi)。聯(lián)系：用菱形框表示實體間的相互關系，框內(nèi)注明聯(lián)系的名稱。學生學號學生與課程間的聯(lián)系1.4數(shù)據(jù)模型301.4數(shù)據(jù)模型mn借閱姓名借書證號職稱出版社書號定價書名作者借書日期讀者圖書所在學院圖1-7圖書借閱系統(tǒng)中的E-R模型E-R模型示例311.4邏輯模型邏輯模型概念模型只是將現(xiàn)實世界的客觀對象抽象為某種信息結構，這種信息結構并不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，而對應于數(shù)據(jù)世界的模型則由邏輯模型描述，邏輯模型是數(shù)據(jù)庫中實體之間聯(lián)系的抽象描述即數(shù)據(jù)結構。邏輯模型數(shù)據(jù)世界記錄,數(shù)據(jù)項信息世界實體,屬性常見的邏輯模型：層次模型、網(wǎng)狀模型、關系模型。32樹葉樹枝根通過樹形結構表示實體及聯(lián)系。如描述學校管理機構。每個結點表示一個實體（型），箭頭表示實體（型）間的聯(lián)系（由父到子）。（1）層次模型33非根根層次模型主要特點：有且僅有一個根結點；每個非根結點有且僅有一個父(直接上層)結點。它最適合表示實體的一對多聯(lián)系。34根多個父結點通過網(wǎng)狀結構表示實體及聯(lián)系?！熬W(wǎng)”中每個結點表示一個實體(型)，結點之間箭頭表示實體(型)間的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型主要特點：網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型可能有多個根結點，某些非根結點可能有多個父結點，適合表示實體的多對多聯(lián)系。（2）網(wǎng)狀模型35層次與網(wǎng)狀模型優(yōu)缺點:優(yōu)點:能直觀、形象地描述實體及其聯(lián)系，易于被人們所理解和掌握。缺點:數(shù)據(jù)結構較復雜，存儲數(shù)據(jù)需要更多的鏈接指針；在檢索數(shù)據(jù)時，需要考慮數(shù)據(jù)的存儲路徑；在插入或刪除數(shù)據(jù)時，涉及到調(diào)整鏈接指針。36關系模型與層次模型和網(wǎng)狀模型相比有著本質(zhì)的差別，它是用二維表格來表示實體及其相互之間的聯(lián)系。

（3）關系模型編號姓名性別婚否出生日期職稱基本工資簡歷23101張伶俐女已婚09/24/56教授138023102羅稼宛男已婚11/27/73講師56023103黎達仁男未婚12/23/81助教45023104顧高粲男已婚01/27/63副教授97023105黃丹秋女未婚07/15/79助教480表1-1教師關系37一個關系就是沒有重復行和重復列的二維表，二維表的每一行在關系中稱為元組，每一列在關系中稱為屬性。學生關系的每一行代表一個學生的記錄，每一列代表學生記錄的一個字段。屬性個數(shù)（n）稱為關系的元。屬性信息值的集合9元關系381.5數(shù)據(jù)庫新技術分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是地理上分布在計算機網(wǎng)絡的不同結點，邏輯上屬于同一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫的主要特點是：數(shù)據(jù)是分布的數(shù)據(jù)是邏輯相關的結點的自治性39圖1-8一個分布式數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例全國票務中心401.5數(shù)據(jù)庫新技術多媒體數(shù)據(jù)庫能存儲和管理多種媒體的數(shù)據(jù)庫稱為多媒體數(shù)據(jù)庫。多媒體數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能要求：要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能方便地描述和處理具有內(nèi)部層次結構的數(shù)據(jù)。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供由用戶定義的新的數(shù)據(jù)類型和相應操作的功能。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠提供更靈活的定義和修改模式的能力。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對多媒體信息管理中特殊的事務管理與版本控制能力。411.5數(shù)據(jù)庫新技術工程數(shù)據(jù)庫所謂工程數(shù)據(jù)庫是指在工程設計中，主要是CAD/CAM中所用到的數(shù)據(jù)庫。由于在工程中的環(huán)境和要求不同，工程數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的信息管理中用到的數(shù)據(jù)庫有著很大的區(qū)別。應用程序方法庫圖形系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫圖1-9工程數(shù)據(jù)庫的應用環(huán)境421.5數(shù)據(jù)庫新技術