《数据库SQL ServeSQLite教程》 教案 第1章 概论

数据库SQLServeSQLite教程课程教案课程名称：数据库SQLServeSQLite教程课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：计算机类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日-1-一、课程基本信息课程名称数据库SQLServeSQLite教程课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程数据库SQLServeSQLite教程课程简介从理论实践一体化角度出发，介绍了数据库的基本概念、理论、模型和方法，同时从知识技能的逻辑顺序出发，深入浅出地介绍了数据库技术的相关内容，使学生可以快速掌握数据库系统的原理，应用有关工具学习SQL，并在C#、Python等相关课程中应用，在实际应用中解决实际问题。授课班级

二、课程授课教案第1章，共11章讲课主题概论学时2学时教学目标从理论实践一体化角度出发，介绍了数据库的基本概念、理论、模型和方法，同时从知识技能的逻辑顺序出发，深入浅出地介绍了数据库技术的相关内容，使学生可以快速掌握数据库系统的原理，应用有关工具学习SQL，并在C#、Python等相关课程中应用，在实际应用中解决实际问题。教学重点、难点数据库技术是信息系统的核心技术之一，主要研究和解决计算机信息处理过程中数据的组织和存储问题。本章从数据库技术的发展历史、基本概念，数据库系统体系结构、分类，数据库技术的研究领域等内容入手了解数据库技术，可为后续章节的学习奠定基础。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间1.1数据库技术的发展历史数据库系统的研究和开发从20世纪60年代中期开始到现在，取得了十分辉煌的成就，造就了C.W.Bachman、E.F.Codd和J.Gray三位图灵奖得主，发展了以数据建模和数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，DBMS)为核心技术且内容丰富的一门学科，带动了数百亿美元的软件产业。在数据库技术出现之前，人们普遍采用文件系统来管理数据，随着数据规模的不断增长以及数据共享需求的提出，文件系统方式越来越难以适应数据管理的要求。数据库技术自诞生以来，形成了坚实的理论基础、成熟的商业产品和广泛的应用领域，经历了网状数据库、层次数据库、关系数据库、对象关系数据库等发展阶段。即使到了今天，DDBS、XML数据库、NoSQL数据库、NewSQL数据库等仍在不断发展之中。1.1.1数据管理技术的发展历程20世纪60年代，计算机开始广泛地应用于数据管理，对数据的共享提出了越来越高的要求。传统的文件系统已经不能满足人们的需要，能够统一管理和共享数据的数据库管理技术得到了用户的认可。了解数据库技术的发展历程，首先应对整个数据管理技术的发展历程有所认识。⒈人工管理阶段人工管理阶段主要集中在20世纪50年代以前。当时计算机刚刚面世，人们把计算机当作一种工具，用于科学计算，将程序和相关数据输入计算机，经处理后输出结果。人工管理阶段的数据管理具有以下几个特点：(1)数据并不保存在计算机中。此时还没有出现二级存储的概念，数据都是纯二进制数据，并且以打孔纸带的形式表示。(2)应用程序自己管理数据。应用程序根据自己的需求准备打孔纸带形式的数据，这些数据只能被自己使用。不同的应用程序根据求解问题准备各自需要的数据。(3)数据无法共享。数据由程序自行携带，一组数据对应一个程序。(4)数据与应用程序之间不具有独立性。如果应用程序发生修改，则原先的数据一般不能继续使用。同理，如果数据修改了，则应用程序一般也无法处理。(5)只有程序，没有文件。此时还没有文件存储的概念。⒉文件系统阶段20世纪50年代中期到60年代中期，出现了文件系统形式的数据管理技术。它主要是随着磁盘、磁鼓等存储设备的出现及操作系统技术的发展而提出的。文件系统阶段数据管理的主要特点可归纳为以下几点：(1)数据以文件形式存在，由文件系统管理。(2)数据可以较长时间地保存在磁盘上。(3)数据共享性差、冗余大，必须建立不同的文件以满足不同的应用。例如，在一个教学信息管理系统中，教师数据同时被教学、财务、人事管理等应用模块使用，在文件系统阶段只能将教师数据文件复制到这些不同的应用中。这样一方面带来了数据的冗余存储，另一方面如果某些教师数据发生了修改，则很容易导致数据的不一致。(4)数据与应用程序之间具有一定的独立性，但非常有限。应用程序通过文件名即可访问数据，按记录进行存取，但文件结构改变时必须修改程序。⒊数据库管理阶段20世纪60年代末开始，数据管理进入数据库管理阶段。数据库管理阶段的数据管理的主要特点如下：(1)数据结构化。DBMS采用了数据模型来组织数据，不仅可以表示数据，还可以表示数据间的联系。(2)高共享、低冗余，且易于扩充。数据不仅可以被多个应用程序高度共享，而且可以保证数据之间的最小冗余。(3)数据独立性高。数据具有物理独立性和逻辑独立性，对它的修改也不会影响到应用程序的运行。(4)数据由DBMS统一管理和控制，应用系统中所有的数据都由DBMS负责存取。1.1.2数据库技术的发展历程数据库技术从20世纪60年代末开始发展，在计算机应用领域，数据处理逐渐占据了主导地位，应用也越来越广泛。30min1.2数据库技术的基本概念应用了数据库技术的计算机系统，称为数据库系统(DataBaseSystem，DBS)，其中涉及一些基本的概念，这些概念在现实应用中很容易混淆，也是学习数据库技术必须首先了解和区分的对象。1.2.1数据数据是数据库中存储和管理的基本对象。数据是事实或观察的结果，是对客观事物的逻辑归纳，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材，可以是字符、文字、声音、图像、视频等。通常对数据的定义是：数据(Data)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。1.2.2数据库与数据库模式1.数据库的概念和特点简单地讲，数据库是一个存储数据的仓库。但是，这种定义肯定是不准确的，因为数据库中的数据并不是随意存放的，而是有一定的组织和类型特征。严格的数据库定义为：数据库(DataBase，DB)是长期存储在计算机内，有组织的、可共享的大量数据的集合。这个定义指出了数据库具有以下几个特点：(1)数据库是数据的集合，因此数据库只是一个符号的集合，本身是没有语义的。(2)数据库中的数据不是杂乱无章的，而是有组织的。确切地说，它是按一定的数据模型组织、描述和存储的。(3)数据库中存储的数据通常是海量的。如果是少量的数据，通常不需要使用数据库技术来管理，借助文件系统就可以实现。实际上，存储的数据量越大，越能体现数据库技术相对于文件系统的优势。(4)数据库通常是持久存储的，即存储在磁盘等持久存储的介质上。(5)数据库一般是被多用户共享的。换句话说，最早期的数据库一台电脑一个用户，数据集只为单用户服务，而在多用户共享的环境中，数据库技术的优点得到了充分发挥。目前，除了少数专用的数据库产品外，绝大多数商用数据库产品都是面向多用户应用的。(6)数据库一般服务于某个特定的应用，因此数据间联系密切，具有最小冗余度和较高的独立性。2.数据库模式数据库本身是没有语义的，因此引入另一个概念即数据库模式(DatabaseSchema)来表达数据库的语义。最常见的数据库模式定义为：数据库模式是数据库语义的表达，它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。1.2.3数据库管理系统随着数据库技术的丰富和发展，数据库管理系统的概念应运而生。其定义为：数据库管理系统(DBMS)是一个用于创建、管理和维护数据库的大型计算机软件。数据库管理系统从软件的分类角度来说，属于计算机系统软件。系统软件一般是管理计算机资源的软件。通常情况下，数据库管理系统运行在操作系统之上，用于管理计算机中的数据资源。也就是说，当涉及底层的磁盘操作时，数据库管理系统通常利用操作系统提供的磁盘存取服务来实现底层数据存取。用户还可以在数据库管理系统之上创建直接服务于应用的数据库应用系统(即数据库应用软件)，从而构建基于数据库技术的应用软件，满足实际应用的需求。1.2.4数据库系统数据库系统是一个更加宽广的概念，类似于计算机系统。其定义为：数据库系统(DBS)是指在计算机系统中引入了数据库后的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。数据库系统作为一个计算机系统，包含了软件、硬件、数据库、数据库管理人员、终端用户等要素，电子政务系统、银行信息系统等都可以称为数据库系统。在数据库系统中，用户可分为数据库管理员和终端用户两类，其中数据库管理员直接与DBMS打交道，终端用户直接与应用程序交互。一个系统可分为前台和后台，前台是终端用户，是应用，后台是管理、开发和维护。30min1.3数据库系统体系结构1.3.1ANSI/SPARC体系结构从软件架构上看，引入DBMS之后的系统中开始出现数据库服务器。其数据库体系结构(或模式结构)目前广泛采用的是ANSI/SPARC体系结构的架构。ANSI/SPARC体系结构是1975年由美国国家标准协会的计算机与信息处理委员会中的标准计划与需求委员会提出的数据库模式结构。它不仅可以用来解释已有的商用DBMS的数据库模式结构，也可以作为研发新型DBMS时的数据库模式组织标准。目前，Oracle、MicrosoftSQLServer等商用DBMS都遵循和支持ANSI/SPARC体系结构。ANSI/SPARC体系结构的三级模式结构为：（1）概念模式：定义了逻辑层的模式结构，表示整个数据库的逻辑结构，如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名称、类型、取值范围，数据之间的联系、数据的完整性等。（2）外模式：也称用户模式(UserSchema)或子模式，它定义了视图层(ViewLevel)的模式结构。（3）内模式：定义了物理层的模式结构，它描述了数据库的物理存储结构和存储方式。与概念模式类似，一个数据库只有一个内模式。1.3.2客户机/服务器结构和浏览器/服务器结构从终端用户的角度看，数据库系统体系结构也可以说是数据库应用系统的体系结构。目前，最常见的是客户机/服务器结构和浏览器/服务器结构。1.客户机/服务器结构客户机/服务器结构(Client/ServerArchitecture，C/S结构)是20世纪90年代产生的一种数据库应用系统体系结构。客户机主要运行应用程序及一些前端的数据库开发工具；服务器主要提供DBMS的功能。在Web技术出现之前，客户机/服务器结构是最流行的架构。进入21世纪后，随着Web开发技术的发展，浏览器/服务器结构开始流行，越来越多的Web开发平台开始出现。2.浏览器/服务器结构浏览器/服务器结构(Browser/ServerArchitecture，B/S结构)可以看成是Web时代的客户机/服务器结构。与客户机/服务器结构比较，浏览器/服务器结构具有以下主要优点：(1)统一的客户机界面，维护和升级相对简单。(2)基于Web技术，支持互联网应用，服务器操作系统选择更多。但是，B/S结构也存在以下缺点：(1)安全性问题，用户访问无地域限制。相比之下，由于C/S结构只运行在由局域网连接的系统内部，通常是一个部门或一栋大楼，其用户类型、访问来源、访问数量等都很容易控制，因此安全性要高很多。(2)开发工具的能力相对较弱，应用服务器运行数据负荷较重，存储服务更加重要。30min1.4DBMS的功能DBMS作为系统软件，承担了计算机系统中数据资源管理的任务，其最基本的功能是创建、管理和维护数据库，此外还提供其他一些功能。DBMS的功能大致可归纳为以下几点。1.数据库定义DBMS提供DDL翻译处理程序、保密定义处理程序、完整性约束定义处理程序等，接收相应的定义，进行语法、语义检查，把它们翻译为内部格式。由于数据库是由若干对象构成的一个集合，因此DBMS需要提供对不同数据库对象的创建、管理和维护能力，包括表、视图、索引、约束、用户等。2.数据库操纵DBMS提供DML处理程序、终端查询语言解释程序、数据存取程序、数据更新程序等，对用户数据操纵请求进行语法、语义检查，有数据存取更新则执行存取更新操作。数据库为前端应用程序服务提供数据库存取能力，主要是对基本表的操纵，包括增加、删除、修改、查询