數據庫技術及應用

—SQLServer王麗liwang@2/6/20231課前導讀1.請同學自行聯系生活中數據庫使用實例（……）2.該課程的學習1）學習內容：數據庫的基本概念、基本原理和SQLServer的概念和使用2）學習方法：多實踐；有問題記錄下來，并自己先嘗試解決問題，解決后把解決的過程及結果也記錄下來；理論結合實際3）學習目標：理解數據庫的相關概念；理解SQLServer的體系結構；熟練使用SQLServer的基本功能4）參考資料：數據庫技術及應用--SQLServer李雁翎數據庫系統概論王珊高等教育出版社網絡上的相關視頻2/6/202321.1信息、數據與數據處理1.1.1信息與數據信息(Information)反應客觀事物的屬性和運動狀態。數據(data)是人們描述客觀事物及其活動的抽象符號表示，是人們相互之間進行思想文化交流的工具。信息與數據的區別：信息是有用的數據；數據是信息的表現形式；信息是通過數據符號來傳播的；數據若不具有知識性和有用性，則不能成為信息。第一章數據庫系統概論2/6/20233數據處理(dataprocessing)是人們利用手工或機器對數據進行加工的過程。對數據進行的查找、統計、分類、修改、變換等運算都屬于加工，也稱為數據管理。數據管理技術的發展經歷三個階段：人工管理文件系統數據庫系統1.1.2數據處理技術發展經歷2/6/2023人工管理階段計算機只能用于科學和工程計算，計算機專業人員按用戶計算要求編制出二進制代碼程序，并把需要處理的少量數據以二進制的形式穿孔在程序代碼之后，上機運算時同程序一起輸入到內存中，運行程序時讀取數據并處理，最后把運算結果輸出出來。文件管理階段數據與程序在存儲位置上完全分開，數據被單獨組織成文件保存到外部存儲器上，數據文件既可以為某個程序單獨使用，也可以為多個不同的程序在不同的時間所使用。即數據文件可以被任何程序重復利用。2/6/2023數據庫管理階段數據與程序在存儲位置上完全分開，數據被單獨組織成文件保存到外部存儲器上，數據文件既可以為某個程序單獨使用，也可以為多個不同的程序在不同的時間所使用。即數據文件可以被任何程序重復利用。1.數據結構化2.數據共享3.數據相對獨立4.數據粒度小5.數據操作界面獨立6.數據由DBMS統一管理DBMS是運行在操作系統之上的數據庫管理系統軟件，由它實施對外存上的數據庫進行統一管理，并負責執行在DBMS之上開發的應用程序對數據庫的全部操作。DBMS除了同操作系統配合按照用戶的要求存取數據庫中的數據外，主要還具有以下四個方面的管理控制功能。(1)安全性控制(2)一致性控制(3)并發性控制(4)數據庫恢復2/6/2023分布式數據庫管理階段分布式數據庫系統通過計算機網絡和通信線路可以把分布在不同地域的、不同局域網環境下的、不同類型的數據庫系統連接和統一管理起來。分布式數據庫系統既支持客戶的局部應用，又支持客戶的全局應用。2/6/202371.2數據描述與數據模型數據描述：就是以“數據”符號的形式，從滿足用戶需求出發，對客觀事物屬性和運動狀態進行描述。描述有三個數據范疇：現實世界；信息世界（概念模型）和計算機世界（數據模型）。數據模型:用于描述和操縱組織內的數據、數據間的聯系以及對數據的約束。所以數據模型的三要素為：數據結構、數據操作和完整性約束。2/6/202381.3概念數據模型1.3.1ER模型的有關概念1.實體實體(entity)是現實世界中存在的、可以相互區別的事物或活動。

實體集(entityset)是指同一類實體的集合。實體型(entitytype)是對同類實體的共有特征的抽象定義。對于同一類實體，根據人們的不同認識和需要，可能抽取出的特征有所不同，因而定義出的實體型就可能不同。如你可以把人的姓名、出生日期、性別、身高、體重等特征定義為人的實體型。

實體值(entityvalue)就是符合實體型定義的、對一個實體的具體描述。2/6/202392.聯系

聯系(relationship)是指實體之間的相互關系，它通常表示一種活動。如一張訂單、一個講座、一場比賽、一次選課等都是聯系。

聯系集(relationshipset)是同一類聯系的集合。如一次展銷會上的全部訂單、一次會議安排中的全部講座、一次比賽活動中的所有比賽場次、一個班級同學的所有選課等都是相應的聯系集。

聯系型(relationshiptpe)是對同類聯系的共有特征的抽象定義。

聯系元數就是一個聯系中所涉及的實體型的個數。若涉及到兩個實體型則稱為二元聯系，若涉及到三個實體型則稱為三元聯系，等等。特殊地，若涉及到的兩個實體型對應同一個實體則為一元聯系。實體和聯系的異同實體和聯系實際上沒有什么本質的區別，它們都是由相應的特征標識的，都具有型和值的概念，只不過在聯系中含有較多的聯系特征，如在選課聯系中含有學生號、課程號等聯系特征，通過聯系特征與其他實體發生聯系。2/6/2023103.屬性屬性(attribute)是描述實體或聯系中的一種特征，一個實體或聯系通常具有多個特征，需要多個相應屬性來描述。碼(key)或稱鍵、關鍵字、關鍵碼等，是實體間相互區別的一種唯一標識。如人是實體，每個人的身份證號就是這種唯一標識，因為每個人的身份證號都不會相同。域(domain)是實體中相應屬性的取值范圍。2/6/2023114.聯系分類

聯系分類(relationshipclassify)是討論兩個實體型（含聯系型在內）之間的聯系的類別。按照一個實體型中的實體個數與另一個實體型中的實體個數的對應關系，可分類為1對1聯系、1對多聯系、多對多聯系這三種情況。2/6/202312(1)1對1聯系若一個實體型中的一個實體至多與另一個實體型中的一個實體發生關系，同樣另一個實體型中的一個實體至多與該實體型中的一個實體發生關系，則這兩個實體型之間的聯系被定義為1對1聯系，簡記為1:1。(2)1對多聯系若一個實體型中的一個實體與另一個實體型中的任意多個實體（含0個）發生關系，而另一個實體型中的一個實體至多與該實體型中的一個實體發生關系，則這兩個實體型之間的聯系被定義為1對多聯系，簡記為1:n。(3)多對多聯系若一個實體型中的一個實體與另一個實體型中的任意多個實體（含0個）發生關系，反過來也一樣，另一個實體型中的一個實體與該實體型中的多個實體（含0個）實體發生關系，則這兩個實體型之間的聯系被定義為多對多聯系，簡記為m:n。2/6/2023131.3.2ER模型ER模型(entityrelationshipmodel)是人們描述數據及其聯系的概念數據模型，是數據庫應用系統設計人員和普通非計算機專業用戶進行數據建模和勾通與交流的有力工具，使用起來非常直觀易懂、簡單易行。1.ER模型中的基本構件ER模型是一種用圖形表示數據及其聯系的方法，所使用的圖形構件（元件）包括矩形、菱形、橢圓形和連接線。矩形表示實體，矩形框內寫上實體名。菱形表示聯系，菱形框內寫上聯系名。橢圓形表示屬性，橢圓形框內寫上屬性名。連接線表示實體、聯系與屬性之間的所屬關系或實體與聯系之間的相連關系。2/6/2023142.各種聯系的ER圖表示對于1對1、1對多和多對多三種聯系，對應的ER圖如圖1-2-5所示，其中每個實體或聯系未畫出相應的屬性框和連線。圖1-2-5三種聯系的ER圖2/6/2023151.4邏輯數據模型1.4.1層次數據模型層次模型是一個樹型結構模型，整棵樹中有并且只有一個根結點，其余結點都是它的孩子或子孫；每個結點(除根結點外)只能有一個雙親結點(或稱父結點)，但可以有一個或多個孩子結點，當然也允許沒有任何孩子結點，無孩子結點被稱為葉子結點；每個結點對應一個記錄型，即對應概念模型中的一個實體型，每對結點的父子聯系隱含為1對多的聯系（包括1對1聯系）。2/6/2023161.4.2網狀數據模型網狀模型是一個圖結構模型，它是對層次模型的擴展，允許有多個結點無雙親，同時也允許一個結點有多個雙親。層次模型成為網狀模型中的一種最簡單的情況。1.4.3關系數據模型關系數據模型有著堅實的理論支持，它是建立在集合論、數理邏輯、關系理論等數學理論基礎之上的。并且關系數據模型結構簡單，符合人們的邏輯思維方式，很容易被人們所接受和使用，很容易在計算機上實現，很容易從概念數據模型轉換過來。2/6/2023171.關系數據模型的定義

關系模型是一種簡單的二維表格結構，概念模型中的每個實體和實體之間的聯系都可以直接轉換為對應的二維表形式。每個二維表稱做一個關系，一個二維表的表頭，即所有列的標題稱為關系的型（結構），其表體（內容）稱做關系的值。關系中的每一行數據（記錄）稱做一個元組，每一列數據稱做一個屬性，列標題稱做屬性名。同一個關系中不允許出現重復元組（即兩個完全相同的元組）和相同屬性名的屬性（列）。2/6/2023182.關系數據模型應用舉例關系模型不僅容易表示概念模型中的每個實體，而且容易表示每一種類型的聯系，它們都同樣對應一個關系，該關系中必定包含相聯系的每個實體的各一個碼。3.關系型的關系定義

在以關系模型為數據庫邏輯結構建立的數據庫系統中，所有數據都是以關系（表）的形式定義和保存的，特別是所有關系的定義（即結構，它是關系的型）也同樣是以關系的形式定義和保存的。為了區別于一般的保存數據的關系，把保存關系定義的關系稱為該數據庫的元關系、元數據、系統數據、數據字典等，它提供了數據庫中所有關系的模式（即關系的型）。元關系是在用戶建立數據庫應用系統時，由DBMS根據該數據庫中每個關系的模式自動定義的。2/6/2023194.關系模型中的查詢和更新在關系模型的數據庫中進行查詢和更新運算是非常靈活與方便的，用戶即可以在每個關系上進行，也可以在相關的若干個關系上進行，相關的關系是靠關系之間共同使用的相同屬性來實現的，該相同屬性被稱為連接屬性或關聯屬性。如對于學生選課關系模型，既可以分別在學生、課程、選課這三個單獨的關系上進行查詢和更新，也可以通過它們之間的連接屬性學號和課程號把兩個或三個關系連接起來進行查詢和更新。

5.關系數據模型的特點采用關系模型建立數據庫系統具有以下特點，也稱為優點。(1)數據結構單一(2)采用集合運算(3)數據完全獨立(4)數學理論支持2/6/2023201.4.4對象數據模型

在面向對象模型中，對象也有型和值的區別，對象型（又稱為類）是對具有共同特征的事物的抽象定義（描述），對象值就是對象型中的一個具體事物（實體）。如學生對象型由所含的屬性特征和行為特征的定義組成，學生對象值表示某個具體的學生，他符合對象型的定義。對象具有封裝性、繼承性和多態性，這些特性都是傳統數據模型中的記錄所不具備的，這也是面向對象模型區別于傳統數據模型的本質特征。2/6/2023211.5數據庫系統簡介1.5.1數據庫系統構成數據庫（Database，DB)是以一定組織方式將相關數據組織在一起、長期存放在計算機內、可為多個用戶共享、與應用程序彼此獨立、統一管理的數據集合。數據庫系統(databasesystem，簡稱DBS)是指安裝了數據庫和數據庫管理系統的計算機系統。數據庫管理系統在計算機操作系統的支持下對保存于外部設備上的、由物理數據文件所組成的數據庫進行有效地管理、維護和使用。在數據庫管理系統之上通常需要有數據庫應用系統開發工具軟件，應用程序員使用它，或者直接使用由DBMS所提供的數據庫語言和開發環境編制程序建立數據庫應用系統。數據庫應用系統通常提供可視化操作界面供終端用戶使用，進行日常數據處理工作。2/6/2023221.5.2數據庫系統用戶使用數據庫系統通常包括四種類型的用戶。第一種是數據庫管理員(DBA)，他負責整個數據庫系統的建立、管理、運行、維護、監控等系統性工作，以及用戶登記、存取數據權限分配等服務性工作。第二種是數據庫設計員，他根據數據庫在某一方面的應用，通過同相關業務人員一起進行需求分析，建立概念數據模型和邏輯數據模型，搜集和整理數據，利用計算機中的數據庫管理系統和數據庫定義語言或操作界面建立相應的數據庫應用系統。第三種是應用程序員，它根據已有的數據庫系統，利用VisualBasic、PowerBuilder、Delphi等數據庫應用系統開發工具編制程序開發出功能豐富、操作簡便、滿足用戶需求的應用系統，供終端用戶使用。第四種是終端用戶，他是使用數據庫的最廣泛群體，是建立數據庫為之服務的對象。如銀行出納員、窗口售票員、倉庫管理員、住宿登記員等都是相應數據庫系統的終端用戶。2/6/2023231.5.3數據庫體系結構在數據庫的三級模式結構中，中間層叫做模式(schema)、或概念模式、邏輯模式、全局模式等。它是對整個數據庫邏輯結構和特征的描述，用戶以DBMS支持的邏輯數據模型為基礎，以DBMS提供的模式描述(定義)語言(DDL—datadescription/definitionlanguage)為工具給出數據庫中所有實體型和聯系的定義，以及給出對數據的安全性、有效性等規則要求。三級模式中的最下層叫做內模式(internalschema)、或存儲模式、物理模式等。它是對整個數據庫的存儲結構和特征的描述，用戶通常以DBMS和OS支持的存儲結構和特征為依托，以DBMS提供的內模式描述(定義)語言(DSDL—datastoragedescription/definitionlanguage)為工具給出全局模式所對應的存儲結構和特征的定義。在非關系模型中，內模式定義必須由用戶給出，但在關系模型中，則往往省略此定義，而由DBMS自行確定。數據庫中的數據根據內模式定義還不能直接存儲，還必須交由操作系統去處理，由操作系統同外部設備打交道，控制存儲空間的分配和存取數據的過程。

2/6/202324三級模式的最上層叫做外模式(externalschema)、或子模式、應用模式、局部模式等。它是對數據庫在某個方面局部應用所涉及數據的邏輯結構和特征的描述，它是終端用戶和應用程序員所見到的數據庫，被稱為數據視圖，它是整個數據庫模式的一個子集，所有外模式定義的邏輯綜合就得到整個模式的定義。外模式通常由用戶利用所使用的計算機高級語言或開發工具定義，或利用DBMS所提供的數據庫語言定義。2/6/2023251.5.4DBMS的主要功能1.數據定義和操縱DBMS提供數據定義語言DDL和數據操縱語言DML(datamanipulationlanguage)及其相應的編譯或解釋程序，使用戶能夠進行數據庫系統的各級模式定義，并能夠對數據庫進行查詢、插入、刪除、修改等操縱數據庫的操作。2.數據庫監控DBMS提供了一組數據庫管理控制程序，用以監督和控制數據庫系統的正常運行。如存取監控程序檢查用戶標識、口令和訪問權限，決定是否允許對數據庫的訪問；并發監控程序處理多個用戶同時訪問數據庫時的并發操作；完整性檢查程序根據數據約束條件檢查用戶輸入或修改數據的有效性和一致性。2/6/2023263.數據庫輔助服務DBMS提供一組數據庫服務程序，完成諸如數據庫初始創建、數據庫轉存（備份）、數據庫恢復、日志文件管理、同其他軟件系統通信等輔