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网络数据库教程 第1章 关系数据库基本原理啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊第一章 关系数据库基本原理第一节 数据与数据库一, 基本概念1.数据.四, 数据库管理系统(DBMS)的基本功能1.数据库定义数据库管理系统必须首先能充分.啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊关系数据库基本原理啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊第一章 关系数据库基本原理第一节 数据与数据库一、 基本概念1数据数据是人们用来反映客观世界而记录下来的可以鉴别的物理符号。数据的概念不再仅是指狭义的数值数据，而是包括文字、声音、图形等一切能被计算机接收且能被处理的符号。数据是事物特性的反映和描述，是符号的集合。2数据处理数据处理是对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。数据是重要的资源，把收集到的大量数据经过加工、整理、转换，从中获取有价值的信息，数据处理正是指将数据转换成信息的过程。3数据管理数据处理的中心问题是数据管理。数据管理是对数据的分类、组织、编码、储存、检索与维护。4数据库数据库是存储在一起的相互有联系的数据集合。数据库是数据库系统的核心和管理对象。数据库中的数据是集成的、共享的、最小冗余的、能为多种应用服务的。5数据库技术数据库技术是研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。6数据库技术特点数据库技术特点是面向整体组织数据逻辑结构。具有较高的数据和程序独立性，具有统一的数据控制功能（完整性控制、安全性控制、并发控制）。二、 数据库系统的组成数据库系统是管理大量的、持久的、可靠的、共享的数据的工具。数据库系统由数据库、计算机设备和数据库管理系统（DataBase Management System，即DBMS）3部分组成。1数据库数据库是用来存储数据所用的空间，可以将数据库看成是一个存储数据的容器，但实际上数据库是由许多个文件组成的。一个数据库系统中通常包含多个数据库，而每个数据库中又包含了一定数量的以一定格式存储的数据集合。2计算机设备计算机设备是指数据库管理系统是用来管理数据的软件，需要通过它进行数据的维护和管理。三、 数据库系统的发展1人工管理阶段应用程序1应用程序2应用程序数据集1数据集2应用程序数据集数据集n20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。硬件方面只有卡片、纸带、磁带等，没有可以直接访问、直接存取的外部存取设备。软件方面也没有专门的管理数据的软件数据由出现自行携带，数据与程序不能独立，数据不能长期保存，如图1-1所示。 图1-1 人工管理数据与程序的关系人工管理阶段特点： 数据不进行保存；没有专门的数据管理软件；数据面向应用；基本上没有文件的概念。2文件系统阶段20世纪50年代中期到60年代中后期，大量的为数据处理。硬件出现了直接存取的磁盘、磁鼓，软件则出现了高级语言和操作系统，以及专门管理外存的数据管理软件，实现了按文件访问的管理技术，如图1-2所示。应用程序1应用程序2应用程序数据集1数据集2应用程序数据集数据集n文件系统在这个阶段，程序与数据有了一定的独立性，程序与数据分开，有了程序文件与数据文件的区别。数据文件可以长期保存在外存上多次存取，进行诸如查询、修改、插入、删除等操作。但数据冗余度大，缺乏数据独立性，数据无法集中管理。图1-2 文件系统数据与程序的关系文件系统阶段特点：数据可以长期保存在磁盘上；文件系统提供数据与程序之间的存取方法；数据冗余量大；文件之间缺乏联系，相互孤立，仍然不能反映现实世界各种事物之间错综复杂的联系。3数据库系统阶段从20世纪60年代后期开始，根据实际需要，发展了数据库技术。数据库是通用化的相关数据集合，它不仅包括数据本身，而且包括数据之间的联系。为了让多种应用程序并发地使用数据库中具有最小冗余的共享数据，必须使数据与程序具有较高的独立性。就需要一个软件系统对数据实行专门的管理，提供安全性和完整性等统一控制，方便用户以交互命令或程序方式对数据库进行操作。为数据库的建立、使用和维护而配置的软件成为数据库管理系统DBMS示。数据库系统阶段特点：数据的结构化；数据共享性好；数据独立性好；数据存取粒度小；数据库管理系统（DBMS）对数据进行统一的管理和控制；为用户提供了友好的接口。4分布式数据库系统阶段分布式数据库系统在逻辑上像一个集中式数据库系统，实际上，数据存储在计算机网络的不同地域的结点上。每个结点有自己的局部数据库管理系统，它有很高的独立性。用户可以由分布式数据库系统，通过网络相互传输数据。四、 数据库管理系统（DBMS）的基本功能1数据库定义数据库管理系统必须首先能充分定义并管理各种类型的数据项。例如，关系型数据库管理系统必须建立数据库和数据表，定义字段的数据类型、限制以及数据之间的关联等。2数据库处理数据库管理系统必须能为用户提供对数据库存取的能力，这些能力包括增加、删除、修改和查询等。有时候并不是所有的要求都可以由数据库管理系统提供，因此需要编制相应的应用程序来满足特殊的需求。3数据库控制数据库管理系统的核心工作是对数据库的运行进行管理，包括：（1）数据库安全性控制功能应该具备创建用户帐号、相应的口令以及设置权限等功能。这样就可以使每个用户只可以访问他们拥有访问权限的数据，从而避免不必要的人为损失，以保证数据库中数据的安全。（2）数据库完整性控制功能完整性是数据的准确性和一致性的测度。（3）并发控制功能数据库是提供给多个用户共享的，因此用户对数据的存取可能是并发的，即多个用户可能使用同一个数据库，因此数据库管理系统应能对多个用户的并发操作加以控制、协调。（4）数据库恢复功能数据库中数据的安全除了可能受到人为破坏以外，同时还受到意外事件破坏的威胁，因此数据库管理系统需要为用户提供准确、方便的备份功能。这样，就可以根据需要备份数据，并且在意外事件发生而导致数据丢失的情况下，将数据损失降至最低。4数据字典数据字典（Data Dictionary, DD）中存放着对实际数据库各级模式所做的定义，即对数据库结构的描述。对数据库的使用和操作都要通过查阅数据字典来进行。概括起来，数据库的特点是：（1）结构化：数据有组织地存放；（2）共享性：多个用户同时使用；（3）独立性：数据与应用程序分离；（4）完整性：数据保持一致与完全；（5）安全性：设置不同的用户权限。现在，比较流行的常用数据库管理系统有Microsoft SQL Server、Oracle、Sybase等。第二节 数据库系统模型数据库系统模型是指数据库中数据的存储结构。它是反映客观事物及其联系的数据描述形式。数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束等三部分组成，分别描述数据库系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。数据库系统的发展史上，最有影响的数据库模型有三个：层次模型、网状模型、关系模型。1 层次型数据库这种模型描述数据的组织形式像一棵倒置的树，它由节点和连线组成，其中节点表示实体。树有根、枝、叶，在这里都称为节点，根节点只有一个，向下分支，它是一种一对多的关系。如国家的行政机构、一个家族的谱的组织形式都可以看做是层次模型，如图1-5所示。此种类型数据库的优点是数据结构类似于金字塔，层次分明、结构清晰、不同层次间的数据关联直接简单；缺点是数据将不得不以纵向向外扩展，节点之间很难建立横向的关联，因此不利于系统的管理和维护。 2 网络型数据库这种模型描述事物及其联系的数据组织形式像一张网，节点表示数据元素，节点间联线表示数据间联系。节点之间是平等的，无上下层关系。如学校中的“教师”、“学生”、“课程”、“教室”等事物之间有联系但无层次关系，可认为是一种网状结构模型。此种类型数据库的优点是它能很容易地反映实体之间的关联，同时它还避免了数据的重复性；缺点是这种类型关联错综复杂，而且当数据库将很难对结构中所谓关联性进行维护。3 关系型数据库关系型数据库使用的存储结构是多个二维表格，即反映事物及其联系的数据描述是以平面表格形式体现的。在每个二维表中，每一行称为一条记录，用来描述一个对象的信息；每一列称为一个字段，用来描述对象的一个属性。数据表于数据库之间存在相应的关联，这些关联将用来查询相关的数据。学号姓名性别年龄入学日期所学专业家庭住址0001王小芳女182003年9月计算机网络营口道188号0002林志强男172003年9月计算机软件大桥道236号0003张长生男192003年9月会计电算化民权门123号l 关系型数据库的内部结构关系型数据库是由数据表之间的关联组成的。其中：1数据表通常是一个由行和列组成的二维表，每一个数据表分别说明数据库中某一特定的方面或部分的对象极其属性。2数据表中的行通常叫做记录或元组，它代表众多具有相同属性的对象中的一个；3数据表中的列通常叫做字段或属性，它代表相应数据库中存储对象的共有的属性。l 关系型数据库的基本原则一个关系表必须符合某些特定条件，才能成为关系模型的一部分。1信息原则贮存在单元中的数据必须是原始的，每个单元只能存贮一条数据；2贮存在列下的数据必须具有相同数据类型；3每行数据是唯一的；4列没有顺序；5行没有顺序；6列有一个唯一性的名称；7实体完整性原则（主键保证），不能为空；其中主键是能唯一标识行的一列或一组列的集合。8引用完整性原则（外键），不能为空。其中外键是一个表中的一列或一组列，它们在其他表中作为主键而存在。一个表中的外键被认为是对另外一个表中主键的引用。l 主键和外键数据表之间的关联实际上是通过键（Key）来实现的。所谓的“键”是指数据表的一个字段，键分为主键（Primary Key）和外键（Foreign Key）两种，它们都在数据表连接的过程中起着重大的作用。1主键主键是数据表中具有唯一性的字段，也就是说数据表中任意两条记录都不可能拥有相同的主键字段。2外键一个数据表将使用该数据表中的外键连接到其他的数据表，而这个外键字段在其他的数据表中将作为主键字段出现。第三节 关系型数据库范式理论关系数据库范式理论是数据库设计的一种理论指南和基础。它不仅能够作为数据库设计优劣的判断依据，而且还可以预测数据库可能出现的问题。E-R图方法是一种用来在数据库数据过程中表示数据库系统结构的方法。它的主导思想是使用实体、实体的属性以及实体之间的关系来表示数据库系统的结构。l 范式理论关系数据库范式理论是在数据库设计过程中将要依据的准则，数据库结构必须要满足这些准则，才能确保数据的准确性和可靠性。这些准则则被称为规范化形式，即范式。在数据库设计过程中，对数据库进行检查和修改并使它返回范式的过程叫做规范化。范式按照规范化的级别分为5种：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）和第五范式（5NF）。在实际的数据库设计过程中，通常需要用到的是前三类范式，下面对它们分别介绍。1第一范式（1NF）第一范式要求每一个数据项都不能拆分成两个或两个以上的数据项。例如，在下面的员工数据表中，地址是由门牌号、街道、地区、城市和邮编组成的，因此，这个员工数据表不满足第一范式。可以将地址字段拆分为多个字段，从而使该数据表满足第一范式。2第二范式（2NF）如果一个表已经满足第一范式，而且该数据表中的任何一个非主键字段的数值都依赖于该数据表的主键字段，那么该数据表满足第二范式。例如，在下面的项目数据表中，数据表的主键是“项目编号”。其中“负责人部门”字段完全依赖于“负责人” 字段，而不是取决于“项目编号”，因此，该数据表不满足第二范式。2第三范式（3NF）如果一个表已经满足第二范式，而且该数据表中的任何两个非主键字段的数值之间不存在函数依赖关系，那么该数据表满足第三范式。例如，在下面的工资数据表中，“奖金” 字段的数值是“工资”字段数值的25，因此，这两个字段之间存在着函数依赖关系，所以该数据表不满足第三范式。实际上，第三范式就是要求不要在数据库中存储可以通过简单计算得出的数据。不但可以节省存储空间，而且在拥有函数依赖的一方发生变动时，避免了修改成倍数据的麻烦，同时也避免了在这种修改过程中可能造成的人为的错误。从以上的叙述中可以看出，数据表规范化的程度越高，数据冗余就越少，而且造成人为错误的可能性就越小；同时，规范化的程度越高，在查询检索时需要做出的关联等工作就越多，数据库在操作过程中需要访问的数据库以及之间的关联也就越多。因此，在数据库设计的规范化过程中，要根据数据库需求的实际情况，选择一个折中的规范化程度。第四节 数据库设计方法l E-R图E-R图方法是一种用来在数据库设计过程中表示数据库系统结构的方法。它的主导思想是使用实体（Entity）实体的属性（Attribution）以及实体之间的关系（Relationship）来表示数据库系统的结构。在E-R图方法中，使用矩形表示实体，使用椭圆形表示属性，菱形和箭头表示联系。 例如，可以将一名员工作为实体表示如下图所示：员工编号姓名性别工资 员工实体另外，还可以使用E-R图方法来表示实体之间的关系。例如，可以使用下面的E-R图来表示员工实体之间的关系，如下图所示：项目编号负责人开始日期结束日期员工编号姓名性别工资负责员工实体和项目实体之间的关系在完成了E-R图以后，就可以将E-R图转换为真正的数据表结构。在E-R图向数据表转换过程中，首先需要将实体转换为一个独立的数据表，然后将实体的属性转换为数据表中的字段，最后根据实体之间的关系建立数据表。l 从E-R图到数据库从E-R图转换为数据库的6条规则：（1） 一个实体转换为一个数据表。实体的属性转换为数据表的字段。（2） 一对一，一对多的联系不转换为一个数据表。两个实体对应的数据表依靠外部关键字建立联系。（3） 多对多的联系转换为一个数据表。该数据表的复合关键字为两个实体关键字。（4） 三个或三个以上实体多对多的联系转换为一个数据表。该数据表的复合关键字为各个实体关键字，或引入单一字段（例如ID号）作为关键字，把各个实体的关键字作为外部关键字。（5） 处理三个以上实体的联系时，先画出一对一对应的实体。（6）具有相同关键字的数据表可以合并为一个表。2啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊