数据库技术与应用 －SQL Server

柯华 tdcqhust@yahoo.com.cn 18907125603 教材：数据库技术及应用（SQL SERVER) 刘卫国 严晖 清华

第1章 数据库系统概论 3

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 4

1.1 数据管理技术的发展 数据与数据处理 1．数据和信息 数据是人们用于记录事物情况的物理符号。 1.1 数据管理技术的发展 数据与数据处理 1．数据和信息 数据是人们用于记录事物情况的物理符号。 信息是数据中所包含的意义。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。 2. 数据处理   数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动.(高考成绩信息) 5

1.1 数据管理技术的发展 数据管理技术 1. 人工管理阶段 （科学计算数据量少） 1.1 数据管理技术的发展 数据管理技术 1. 人工管理阶段 （科学计算数据量少） 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据。 特点: 程序之间不能共享数据； 程序复杂； 数据量小且无法长期保存； 人工重复输入数据，数据不保存。 6

人事管理应用程序 教师信息数据组 学生管理应用程序 学生信息数据组 教务管理应用程序 课程信息数据组 学生部门 教务部门 人事部门 图1-1 应用程序和数据的依赖关系 7

数据文件 1.1 数据管理技术的发展 数据文件 数据输入程序 数据输入程序 外存 储器 2. 文件管理阶段 1.1 数据管理技术的发展 2. 文件管理阶段 20世纪50年代后期至60年代后期,计算机外存储器有了大容量外存储器如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；程序通过数据文件访问数据。 数据文件 数据输入程序 外存 储器 数据文件 数据输入程序 8

特点: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；程序对数据依赖性较强；人员专业性较强。P3 例如：数据查询与报表 01090103 外存 储器 王强 长沙市五一路10号 1300240731-4874519 查询程序 查询程序 9

文件系统 教师数据文件 学生数据文件 课程数据文件 人事管理应用程序 学生管理应用程序 教务管理应用程序 学生部门 教务部门 人事部门 文件系统 教师数据文件 学生数据文件 课程数据文件 人事管理应用程序 学生管理应用程序 教务管理应用程序 图1-2 应用程序和数据文件的关系 10

1.1 数据管理技术的发展 3．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，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 1.1 数据管理技术的发展 3．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，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 特点： 数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 安全性高，数据由DBMS统一管理和控制 11

此阶段将数据集中存储在一台计算机上，进行统一组织和管理。 数据库 外 存 储 器 12

特点：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性控制规则。 外 存 储 器 13

图1-3 应用程序和数据库的关系 人事管理应用程序 人事部门 学校 数据库 数据库管理系统 学生管理应用程序 学生部门 教务管理应用程序 教务部门 人事部门 学校 数据库 数据库管理系统 人事管理应用程序 学生管理应用程序 教务管理应用程序 图1-3 应用程序和数据库的关系 14

1.2 数据库和数据库系统 存放数据库的介质 硬件 数据库（DB-DataBase） 1.2 数据库和数据库系统 数据库（DB-DataBase） 数据库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。 存放数据库的介质 硬件 常见数据库文件扩展名： .MDF-SQL Server； .MDB-Access； 15

1.2 数据库和数据库系统 数据库系统的组成 数据库系统(Database System，DBS)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、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体。 应用程序 数据库 管理员 开发工具 管理 系统 操作系统 16

数据库系统的简单结构 基础 应用程序1 数据库管理系统 （DBMS） 应用程序2 数据库 …… 数据库管理员（DBA） 应用程序n 17

1.2 数据库和数据库系统 数据库：数据的汇集-以一定的组织形式存于存储介质上。 1.2 数据库和数据库系统 数据库：数据的汇集-以一定的组织形式存于存储介质上。 DBMS：是管理数据库的系统软件，提供对数据库中数据资源进行统一管理和控制的功能,实现数据库系统的各种功能。是数据库系统的核心。 DBA：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。 应用程序：指以数据库为基础的应用程序。 相关 人员 D B M S 数 据 库 OS 应 硬件 用 系 统 18

1.2 数据库和数据库系统 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（所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法）分为三种： 对应于用户的外部视图 对应于应用程序员的概念视图 对应于系统程序员的内部视图 19

1.2 数据库和数据库系统 外模式 模式（概念模式或逻辑模式）内模式 20

三级模式结构的一个具体实例 外模式 模式 内模式 21 作者著书信息 作者姓名 字符型 20 书名 30 出版社出书类型 出版社名称 字符型 图书信息 出版社名称 字符型 20 书名 30 作者姓名 出版日期 日期型 出版社出书类型 出版社名称 字符型 20 书名 30 类型 1 外模式 作者 作品 出版社 作者编号 字符型 5 书号 6 出版社编号 作者姓名 20 书名 30 出版社名称 通信地址 50 类型 1 城市 10 邮编 价格 货币 电话 11 出版日期 日期型 模式 作者 作品 出版社 数据文件 索引文件 内模式 21

1.2 数据库和数据库系统 数据库系统的优点 数据共享 减少数据冗余 具有较高的数据独立性 增强了数据安全性和完整性保护 (“吉祥三保”) 1.2 数据库和数据库系统 数据库系统的优点 数据共享 减少数据冗余 具有较高的数据独立性 增强了数据安全性和完整性保护 (“吉祥三保”) 22

1.3 数据模型 信息 现实 电脑 现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段 现实世界 信息世界 机器世界 抽象 转换 1.3 数据模型 现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段 现实 信息 电脑 现实世界 抽象 信息世界 转换 机器世界 图1-5 数据处理的三个阶段 23

1.3 数据模型 例如： 2. 实体 是客观事物的真实反映。可以是实际存在的对象、抽象概念或事件。 （1）属性 将事物特性称为实体属性。 1.3 数据模型 2. 实体 是客观事物的真实反映。可以是实际存在的对象、抽象概念或事件。 （1）属性 将事物特性称为实体属性。 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： 24

1.3 数据模型 （2）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) 25

1.3 数据模型 （3）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。 1.3 数据模型 （3）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 。 (4)实体集 性质相同的同类实体的集合称为实体集。 如一个系的教师。 26

1.3 数据模型 3．实体间的联系 实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 1.3 数据模型 3．实体间的联系 实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 实体间的联系：一个实体集中可能出现的每一个实体与另一个实体集中多少个具体实体存在联系。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系) 一对多联系 记为１：n。 (如宿舍房间与学生的联系 ) 多对多联系 记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师） 27

1.3 数据模型 厂长 工厂 任职 1 (a) 公司 职员 就职 n (b) 读者 图书 借阅 m (c) 图1-6 实体间的联系 28

1.3 数据模型 4. 概念模型 概念模型是反映实体之间联系的模型。 1.3 数据模型 4. 概念模型 概念模型是反映实体之间联系的模型。 E-R模型:以图形方式建立现实世界中的实体及其联系模型的工具，也是设计DB的基本工具。 实体：用矩形框表示，框内写入实体名。 属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。 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。 学生 学号 学生与课程间的联系 29

1.3 数据模型 用E-R模型表示的概念模型 独立于 具体的DBMS所支持的数据模型， 它是各种数据模型的共同基础。 m n 借阅 姓名 1.3 数据模型 m n 借阅 姓名 借书证号 职称 出版社 书号 定价 书名 作者 借书日期 读者 图书 所在学院 图1-7 图书借阅系统中的E-R模型 用E-R模型表示的概念模型 独立于 具体的DBMS所支持的数据模型， 它是各种数据模型的共同基础。 30

1.3 数据模型 数据世界 信息世界 数据模型 记录,数据项 实体,属性 数据模型 1.3 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，数据模型是数据库中实体及其联系的抽象描述，即数据结构。 信息世界 实体,属性 数据世界 记录,数据项 数据模型 常见的数据模型：层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型。 31

（1） 层次数据模型 通过树形结构表示实体及其之间的联系。如描述学校管理机构。每个结点表示一个实体（型），箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。 根 树 枝 树叶 32

层次数据模型主要特点：有且仅有一个根结点；每个非根结点有且仅有一个父(直接上层)结点。它最适合表示实体的一对多联系。 33

（2） 网状数据模型 通过网状结构表示实体及其之间的联系。“网”中每个结点表示一个实体(型)，结点之间箭头表示实体(型)间的联系。 网状数据模型主要特点：网状数据模型可能有多个根结点，某些非根结点可能有多个父结点，适合表示实体的多对多联系。 根 多个父结点 34

优点: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 。 层次与网状模型优缺点: 优点: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 。 缺点: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；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。 35

（3）关系数据模型（后来居上:严格的数学理论基础） 关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是用二维表格来表示实体及其相互之间的联系。 表1-1 教师关系 编号 姓名 性别 婚否 出生日期 职称 基本工资 简历 23101 张伶俐 女 已婚 09/24/56 教授 1380 23102 罗稼宛 男 11/27/73 讲师 560 23103 黎达仁 未婚 12/23/81 助教 450 23104 顾高粲 01/27/63 副教授 970 23105 黄丹秋 07/15/79 480 36

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。属性个数（n）称为关系的元。 9元关系 属性信息 值的集合 37

1.4 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。 1.4 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。 支持局部应用（存取本地结点或另一节点的数据）或全局应用（同时存取≥2个节点的存取）！ 分布式数据库的主要特点是： 数据是分布的 数据是逻辑相关的 结点的自治性 (独立地管理局部数据) 网络数据库系统： 将数据存储在服务器上供用户共享存取 38

全国票务中心 图1-10 一个分布式数据库应用系统实例 39

1.4 数据库新技术 多媒体数据库 能存储和管理多种媒体形式的非格式化数据的数据库称为多媒体数据库。 1.4 数据库新技术 多媒体数据库 能存储和管理多种媒体形式的非格式化数据的数据库称为多媒体数据库。 多媒体信息管理环境：数据的结构和存储形式各不相同，数据的处理（复杂对象的处理要求）也不同。 多媒体数据库对DBMS的功能要求： 要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据。 要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能。 要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力。 要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理与版本控制能力。 40

1.4 数据库新技术 工程数据库 所谓工程数据库是指在工程设计中，主要是CAD/CAM中所用到的数据库。 1.4 数据库新技术 工程数据库 所谓工程数据库是指在工程设计中，主要是CAD/CAM中所用到的数据库。 由于在工程中的环境和要求不同，工程数据库与传统的信息管理中用到的数据库有着很大的区别。 应用程序 方法库 图形系统 DBMS 数据库 图1-11 工程数据库的应用环境 41

1.4 数据库新技术 面向对象数据库 面向对象数据库系统(Object-Oriented Database System，OODBS)是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。 它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中发展类型、数据抽象、继承和持久性。 OODBS 是数据库系统，是OO的系统，针对OOPL的永久性对象存储管理而设计，支持完整的OO概念和机制。 双向扩展： 1.把OOL向DB方向扩展，使应用程序能够存取并处理对象。 2.扩展DBS，使其具有OO的特征，提供一种综合的语义数据建模概念集，以便对real world中复杂应用的实体和联系建模。 42

1.4 数据库新技术 数据仓库技术 -大量数据基础上的决策支持的需要 –DSS架构=DW+OLAP+DM 1.4 数据库新技术 数据仓库技术 -大量数据基础上的决策支持的需要 –DSS架构=DW+OLAP+DM 数据仓库、OLAP和数据挖掘是作为三种独立的信息处理技术出现的。 数据仓库用于数据的存储和组织， OLAP集中于数据的分析， 数据挖掘则致力于知识的自动发现。 它们都可以分别应用到信息系统的设计和实现中，以提高相应部分的处理能力。 43

本章小结 (1)关于数据库的几个概念：数据库是存储在计算机内的有结构的数据集合；数据库管理系统是一个软件，用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作；数据库系统指由硬件设备、软件系统、数据库和管理人员构成的一个运行系统。 (2)E-R模型：在E-R模型中，现实世界被划分成一个个实体，由属性来描述实体的性质。除了实体和属性外，构成E-R模型的第三个要素是联系。实体之间通过联系相互作用和关联。实体间的联系有三种：一对一(1:1)、一对多(1:n)和多对多(m:n)。 (3)数据模型是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。 (4)数据库系统在不断发展之中，目前涌现出了许多不同类型的新型数据库系统 。例如分布式数据库、多媒体数据库、工程数据库、面向对象数据库和数据仓库技术等。 44