第1章数据库系统概论

1、数据库技术与应用SQL Server1第1章 数据库系统概论数据库技术与应用SQL Server2本章内容1.1 数据管理技术的发展1.2 数据库和数据库系统1.3 数据模型1.4 数据库新技术数据库技术与应用SQL Server31.1.1 1.1.1 数据与数据处理数据与数据处理 1 1数据和信息数据和信息 数据是反映客观事物存在方式和运动状态的记录，数据是反映客观事物存在方式和运动状态的记录，是人们用于是人们用于记录事物情况的物理符号，记录事物情况的物理符号，是信息的载体。是信息的载体。数据表现信息的形数据表现信息的形式是多种多样的，不仅有数字、文字符号，还可以有图形、图式是多种多样的，

2、不仅有数字、文字符号，还可以有图形、图像和声音等。像和声音等。信息可定义为人们对于客观事物属性和运动状态的反映。信息可定义为人们对于客观事物属性和运动状态的反映。是数是数据中所包含的意义。据中所包含的意义。通俗地讲，信息是经过加工处理并对人类通俗地讲，信息是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。社会实践和生产活动产生决策影响的数据。数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，但并非数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。所表达的内容。1

3、.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展数据库技术与应用SQL Server42. 数据处理数据处理 数据处理也称为信息处理。所谓数据处理，实数据处理也称为信息处理。所谓数据处理，实际上就是利用计算机对各种类型的数据进行加际上就是利用计算机对各种类型的数据进行加工处理，即将数据转换成信息的过程。工处理，即将数据转换成信息的过程。它包括对数据的采集、整理、存储、分类、排它包括对数据的采集、整理、存储、分类、排序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列操作过程。操作过程。数据库技术与应用SQL Server51.1.2 数据管理技术数据管理技术 数据管理技术

4、的发展经历了如下三个阶段：数据管理技术的发展经历了如下三个阶段：1. 人工管理阶段人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。据。特点特点:程序之间不能共享数据；程序之间不能共享数据；程序复杂；程序复杂；数据量小且无法长期保存；数据量小且无法长期保存；人工重复输入数据数据不保存。人工重复输入数据数据不保存。数据库技术与应用SQL Server6人事管理应用程序人事管理应用程序教师信息数据组教师信息数据组学生管理应用程序学生管理应用程序学生

5、信息数据组学生信息数据组教务管理应用程序教务管理应用程序课程信息数据组课程信息数据组学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门图图1-1 应用程序和数据的依赖关系应用程序和数据的依赖关系数据库技术与应用SQL Server72. 文件管理阶段文件管理阶段20世纪世纪50年代后期至年代后期至60年代后期年代后期,计算机计算机外存储器外存储器有有了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过文件系统；程序通过数据文件数据文件访问数据。访问数据。外存储器数据输入程序数据输入程序01090101林小辉12111980120122长春

6、市东朝阳路10委6号 1300210431-789910101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 1633110459-637936301090101林小辉12111980120122长春市东朝阳路10委6号 1300210431-7899

7、10101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 1633110459-6379363数据文件数据文件数据库技术与应用SQL Server8外存储器01090101林小辉12111980120122长春市东朝阳路10委6号 1300210431

8、-789910101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 1633110459-6379363特点特点:多个程序共享数据；易于长期保存数据；程多个程序共享数据；易于长期保存数据；程序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对序代码有所简化；

9、数据冗余（重复）度较大；程序对数据依赖性较强；人员专业性较强。数据依赖性较强；人员专业性较强。查询程序查询程序王强王强长沙市五一路长沙市五一路10号号1300240731-487451901090103查询程序查询程序例如：例如：数据查询与报表数据查询与报表数据库技术与应用SQL Server9学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门文件系统文件系统教师数据文件教师数据文件学生数据文件学生数据文件课程数据文件课程数据文件人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序图图1-2 应用程序和数据文件的关系应用程序和数据文件的关系数据库技术与

10、应用SQL Server103数据库管理阶段数据库管理阶段数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。特点：特点： 数据真正实现了结构化数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据独立性高 数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制数据库技术与应用SQL Server11外存储器此阶段将此阶段将数据集中存储数据集中存储在一台计算机上，进行统一在一台计算机上，进行统一组织和管理。组织和管理。数据库字段名

11、类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称数据库技术与应用SQL Server12特点：特点：数据结构化并与程序分离；数据集中式管数据结构化并与程序分离；数据集中式管理，高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整理，高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。性控制规则。外存储器字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名称字段名称

12、数据类型数据类型 字段宽度字段宽度说 明说 明JSBH文本文本6教师编号教师编号XM文本文本8 8教师姓名：最多教师姓名：最多4个汉字个汉字CSRQ日期日期8出生日期出生日期XB文本文本1 1性别：性别：1表示男，表示男，2表示女表示女ZC文本文本1 1职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师ZZF逻辑逻辑1 1在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表示退休在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表示退休BGDH文本文本1010办公电话办公电话ZZDH文本文本1010住宅电话住宅电话YDDH文本文本1515移动电话移动电

13、话JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光1960-5-113TRUETRUE8922331 516612313019298657103621 李敏李敏1970-1-1222TRUETRUE8456721 566030413809228127106723 赵丹茹赵丹茹 1945-12-325FALSEFALSE849921313019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-1114TRUETRUE8426115 849921213902125631数据库技术与应用SQL Server13学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门

14、学校学校数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序图图1-3 应用程序和数据库的关系应用程序和数据库的关系数据库技术与应用SQL Server141.2 1.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统 数据库（数据库（DB=Data Base）数据库数据库是存储在计算机系统中，有组织、结构化是存储在计算机系统中，有组织、结构化的关联数据集合；以文件方式存储。的关联数据集合；以文件方式存储。硬件硬件存放数据存放数据库的介质库的介质常见数据库文件扩展名：常见数据库文件扩展名： MDF-SQL ServerM

15、DF-SQL Server；MDB-AccessMDB-Access；DBC-VFPDBC-VFP（Visual FoxProVisual FoxPro）1.2.1 数据库系统的组成数据库系统的组成数据库技术与应用SQL Server15数据库管理系统数据库管理系统(DBMS=DataBase Management System)(DBMS=DataBase Management System) DBMS DBMS是一个大型的系统软件，它的主要功能包括是一个大型的系统软件，它的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功能、数据库的建

16、立和维护功能。为了实现这些管理和能、数据库的建立和维护功能。为了实现这些管理和控制的功能，控制的功能，DBMSDBMS提供了数据处理子语言。提供了数据处理子语言。 （1 1）数据定义语言）数据定义语言(Data Definition Language(Data Definition Language简简称称DDL)DDL)，用于定义数据库的各级模式，用于定义数据库的各级模式( (外模式、概念模外模式、概念模式、内模式式、内模式) )及其相互之间的映像，定义数据的完整性及其相互之间的映像，定义数据的完整性约束、保密限制等约束，各种模式通过数据定义语言约束、保密限制等约束，各种模式通过数据定义语言

17、编译器翻译成相应的目标模式，保存在数据字典中。编译器翻译成相应的目标模式，保存在数据字典中。 数据库技术与应用SQL Server16 （2 2）数据操纵语言）数据操纵语言(Data Manipulation (Data Manipulation LanguageLanguage简称简称DML)DML)，用于实现对数据库中的数据进行，用于实现对数据库中的数据进行存取、检索、插入、修改和删除等操作。存取、检索、插入、修改和删除等操作。 （3 3）数据控制语言）数据控制语言(Data Control Language(Data Control Language简称简称DCL)DCL)，用于安全性和

18、完整性控制，实现并发控制和故，用于安全性和完整性控制，实现并发控制和故障恢复。障恢复。数据库技术与应用SQL Server17数据库系统数据库系统(DBS=Database System)及其组成及其组成数据库系统是一个计算机应用系统。它是把有关计算数据库系统是一个计算机应用系统。它是把有关计算机硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息机硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统。服务的系统。数据库系统是由计算机系统、数据库及其描述机构、数据库系统是由计算机系统、数据库及其描述机构、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体

19、。总体。应用程序应用程序数据库数据库管理员管理员开发工具开发工具数据库数据库管理管理系统系统操作系统操作系统数据库数据库数据库技术与应用SQL Server18数据库系统的简单结构数据库系统的简单结构应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数 据 库 管 理数 据 库 管 理系统系统（DBMS）数 据 库 管 理数 据 库 管 理员（员（DBA）数据库数据库基础基础数据库技术与应用SQL Server19数据库数据库：是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存：是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存储介质上。储介质上。DBMSDBMS：是管理数据库的系统软件，它实现数据库系统是管理数

20、据库的系统软件，它实现数据库系统的各种功能。是数据库系统的核心。的各种功能。是数据库系统的核心。DBADBA：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。等工作。应用程序：应用程序：指以数据库为基础的应用程序。指以数据库为基础的应用程序。相关相关人员人员数数据据库库用用应应系系统统DBMSOSOS硬件硬件数据库技术与应用SQL Server20综合上述：综合上述：数据库系统简单地说是由包含数据库的计算数据库系统简单地说是由包含数据库的计算机系统所组成。机系统所组成。即：即：数据库系统数据库系统=硬件系统硬件系统+软件系统软件系统+DB+DBMS+DB

21、AS+人人数据库技术与应用SQL Server211.2.2 数据库的三级模式结构数据库的三级模式结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式式结构，它包括外模式、模式和内模式 。根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图（根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图（所所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和谓视图是指观察、认识和理解数

22、据的范围、角度和方法）方法）分为三种：分为三种：对应于用户的外部视图对应于用户的外部视图对应于应用程序员的概念视图对应于应用程序员的概念视图对应于系统程序员的内部视图对应于系统程序员的内部视图数据库技术与应用SQL Server22数据库的三级模式结构数据库的三级模式结构数据库技术与应用SQL Server23三级模式结构的一个具体实例图书信息出版社名称字符型20书名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型作者著书信息作者姓名字符型20书名字符型30出版社出书类型出版社名称字符型20书名字符型30类型字符型1作者作品出版社数据文件数据文件数据文件索引文件索引文件索引文件作者作品出版社作者编号

23、字符型5书号字符型6出版社编号字符型5作者姓名字符型20书名字符型30出版社名称字符型20通信地址字符型50类型字符型1城市字符型10邮编字符型6价格货币电话字符型11出版日期日期型外外模模式式模模式式内内模模式式数据库技术与应用SQL Server241.2.3 1.2.3 数据库系统的优点数据库系统的优点 数据共享数据共享 减少数据冗余减少数据冗余 具有较高的数据独立性具有较高的数据独立性 增强了数据安全性和完整性保护增强了数据安全性和完整性保护 数据库技术与应用SQL Server251.3 数据模型1.3.1 现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段 现实世界现实世界信息世界信息世

24、界机器世界机器世界图图1-5 数据处理的三个阶段数据处理的三个阶段抽象转换数据库技术与应用SQL Server26（1） 实体实体是客观存在的并且能够相互区分的各种事物，它可以是有形的也可以是无形的。（2）属性描述事物特性的数据称为实体属性。例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓名、性别、出生日期和职称。例如：例如： 2. 概念模型的几个概念：概念模型的几个概念：数据库技术与应用SQL Server27（3）实体型和实体值实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一个具体的实体，是属性值的集合。例如，教师实体型是：教师(编号、姓

25、名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向)教师“李亦光”的实体值是：(15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，数据库技术)数据库技术与应用SQL Server28（4）属性型和属性值 属性型就是属性名及其取值类型，属性值就是属性在其值域中所取的具体值。例如：“103601”是编号值；“李晓光”是姓名值；“1”是性别值 。（5）实体集性质相同的同类实体的集合称为实体集。如：一个学校的教师群体。数据库技术与应用SQL Server293实体间的联系实体间的联系两个或两个以上实体集之间的关联关系称为联系。它两个或两个以上实体集之间的关联关系称为联系。它反映了现实世界事物之间的相互

26、关联。反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型：联系的类型：一对一联系一对一联系 记为记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系如学校与校长间的联系) 一对多联系一对多联系 记为记为：n。 (如宿舍房间与学生的联系如宿舍房间与学生的联系 )多对多联系多对多联系 记为记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以（如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师）受教于多个教师）数据库技术与应用SQL Server30厂长厂长工厂工厂任职任职11(a)公司公司职员职员就职就职1n(b)读者读者图书图书借阅借阅mn(c)图图1-6 实体间的联系实体间的联系数据库技术与应

27、用SQL Server31&实体：用矩形框表示，框内写入实体：用矩形框表示，框内写入实体名。实体名。 &属性：用椭圆形表示，属性的名属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。称记入椭圆形内。&联系：用菱形框表示实体间的相联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。互关系，框内注明联系的名称。学生 学号学生与课程学生与课程间的联系间的联系4. 概念模型概念模型概念模型是反映实体之间联系的模型。概念模型是反映实体之间联系的模型。实体实体-联系模型（联系模型（E-R模型模型）:描述现实世界的概念模型。描述现实世界的概念模型。数据库技术与应用SQL Server32mn借阅借阅姓名姓名借

28、书证借书证号号职称职称出版社出版社书号书号定价定价书名书名作者作者借书日借书日期期读者读者图书图书所在学所在学院院图图1-7 图书借阅系统中的图书借阅系统中的E-R模型模型数据库技术与应用SQL Server33 1.3.2 数据模型数据模型 概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述，统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述，数数据模型据模型是数据库中实体之间联系的抽象描述即数据结是数据库中实体之间联系的抽象描述即数

29、据结构。构。数据模型数据世界数据世界记录记录, ,数据项数据项信息世界信息世界实体实体, ,属性属性常见的数据模型：常见的数据模型：层次数据模型、网状数据模型、层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型关系数据模型。数据库技术与应用SQL Server34树叶树 枝根通过通过树树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个个结点结点表示一个表示一个实体（型）实体（型），箭头表示实体（型）间的联系箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。（由父到子）。（1） 层次数据模型层次数据模型数据库技术与应用SQL Server35非根根层次数据模型主要特点：层次

30、数据模型主要特点：有且仅有一个有且仅有一个根结点根结点；每个；每个非根结点非根结点有且仅有一个父有且仅有一个父( (直接上层直接上层) )结点。它最适合结点。它最适合表示实体的一对多联系。表示实体的一对多联系。数据库技术与应用SQL Server36根多个父多个父结点结点通过通过网状结构网状结构表示实体及联系。表示实体及联系。“网网”中每个结点表示中每个结点表示一个实体一个实体(型型)，结点之间箭头表示实体，结点之间箭头表示实体(型型)间的联系。间的联系。网状数据模型主要特点网状数据模型主要特点：网状数据模型网状数据模型可能有可能有多个根结多个根结点点，某些非根结点可能，某些非根结点可能有多个

31、父结点有多个父结点，适合表示实体的多对多，适合表示实体的多对多联系。联系。（2 2） 网状数据模型网状数据模型数据库技术与应用SQL Server37层次与网状模型优缺点层次与网状模型优缺点:优点优点: :能直观、形象地描述实体及其联系，易于被能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握人们所理解和掌握 。缺点缺点: :数据结构较复杂，存储数据需要更多的链数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。数据库技术与应用SQL

32、Server38关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是用差别，它是用二维表格二维表格来表示实体及其相互之间的联来表示实体及其相互之间的联系。系。 （3 3）关系数据模型）关系数据模型编号编号姓名姓名性别性别婚否婚否出生日期出生日期职称职称基本工资基本工资简历简历23101张伶俐张伶俐女女已婚已婚09/24/56教授教授138023102罗稼宛罗稼宛男男已婚已婚11/27/73讲师讲师56023103黎达仁黎达仁男男未婚未婚12/23/81助教助教45023104顾高粲顾高粲男男已婚已婚01/27/63副教授副教授97023105黄丹秋黄丹

33、秋女女未婚未婚07/15/79助教助教480表表1-1 教师关系教师关系数据库技术与应用SQL Server39一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。一列代表学生记录的一个字段。属性个数（属性个数（n n）称为关）称为关系的元或度。系的元或度。属性信息属性信息JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李

34、晓光 1960-5-113TRUETRUE 8922331 5166123 13019298657103621 李敏李敏1970-1-12 22TRUETRUE 8456721 5660304 13809228127106723 赵丹茹赵丹茹 1945-12-3 25FALSEFALSE8499213 13019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-11 14TRUETRUE 8426115 8499212的集合值的集合9 9元关系元关系数据库技术与应用SQL Server401.4 数据库新技术分布式数据库 分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。分布式数据库的主要特点是： 数据是分