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数据库技术与应用－ SQL Server

对于教材：《数据库技术与应用—— SQLServer 》刘卫国严晖主编清华大学出版社参考书：《数据库系统概论》（第三版）　萨师煊王珊编著高等教育出版社《数据库技术基础及应用》刘国燊电子工业出版社

第 1 章数据库系统概论

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

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。

1.1 数据管理技术的发展数据管理技术 1. 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。

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

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；程序通过文件系统访问数据。数据文件外存储器数据输入程序

特点 : 多个程序共享数据；易于长期保存数据；数据共享差、冗余（重复）度较大；程序对数据依赖性较强；查询程序 01090103 查询程序外存储器王强长沙市五一路 10 号 1300240731-4874519

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

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数据由 DBMS 统一管理和控制

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

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

图 1-3 应用程序和数据库的关系学生部门教务部门人事部门学校数据库数据库管理系统 DBMS 人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序

1.2 数据库和数据库系统数据库（ DB-Data Base ）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。硬件存放数据库的介质常见数据库文件扩展名： MDF-SQL Server ； MDB-Access ； DBC-VFP （ Visual FoxPro ）

数据描述事物的符号记录例（李明，男， 22 ， 1986 ，浙江，计算机， 2006 ）语义李明是个大学生， 1986 年生，浙江人， 2006 年考入计算机系数据的含义称为语义，数据与其语义不可分。数据的形式不能完全表达其内容，需要经过解释，数据的解释是对数据含义的说明。

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数据库管理系统操作系统数据库

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

1.2 数据库和数据库系统数据库：是数据的汇集，它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，它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。相关人员数据库用应系统 D B M S OS 硬件

数据库系统结构数据库系统结构可以根据考察的角度分为不同的形式：模式结构体系结构数据库系统机构

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

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

三级模式结构的一个具体实例外模式模式内模式　日期型出版日期 20 字符型作者姓名 30 字符型书名 20 字符型出版社名称图书信息 30 字符型书名 20 字符型作者姓名作者著书信息 1 字符型类型 30 字符型书名 20 字符型出版社名称出版社出书类型　　　　　　　　索引文件索引文件索引文件　　数据文件数据文件数据文件　　出版社　作品　作者　　　　　　　　　　　　　　　　日期型出版日期 11 字符型电话　　　货币价格 6 字符型邮编　　 10 字符型城市 1 字符型类型 50 字符型通信地址　　 20 字符型出版社名称 30 字符型书名 20 字符型作者姓名　　 5 字符型出版社编号 6 字符型书号 5 字符型作者编号　　出版社　作品　作者

体系结构应用、 DBMS 、数据在同一主机上，多个用户通过终端或网络访问一个主机带多个终端的多用户结构主从式结构应用、 DBMS 、数据在同一个机器上，只能由一个用户访问最简单的数据库系统采用的方式单用户结构

体系结构应用、开发工具位于客户机上，数据和 DBMS 位于服务器上，客户机与服务器通过专门的接口进行通讯将 DBMS 的功能与应用分开专门执行 DBMS 功能的计算机称为数据库服务器，其他安装 DBMS 外围应用开发工具、支持用户应用的称为客户机 C/S 结构应用、 DBMS 、数据分布在网络上的多个主机上，多个用户网络访问数据库中的数据在逻辑上是一个整体，物理上分布在计算机网络的不同节点上分布式结构

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

1.3 数据模型定义 : 是数据库中用于抽象、表示和处理现实世界中数据和信息的工具。能较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现

数据模型的组成要素数据结构所研究的对象类型的集合，属于系统静态特性。数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，属于系统动态特性。数据约束条件是一种完整性规则的集合，保证数据的正确、有效、相容。

1.3 数据模型 1. 数据处理的 3 个阶段现实世界信息世界机器世界图 1-5 数据处理的三个阶段抽象转换现实信息电脑

1.3 数据模型 2. 实体是客观事物的真实反映，并可相互区别的事物。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：

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 )

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。

1.3 数据模型（ 5 ）码唯一标识实体的属性集合。（ 6 ）域属性的取值范围。

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。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）

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 : 描述现实世界的概念模型。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

1.3 数据模型厂长工厂任职 1 1 (a) 公司职员就职 1 n (b) 读者图书借阅 m n (c) 图 1-6 实体间的联系

yi (a) 1 ： 1 (b) 1 ： n (c) m ： n

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

图 1-8 医生开的处方与药品之间的 E-R 图

E-R 图设计步骤（ 1 ）针对特定用户的应用，确定实体、属性和实体间的联系，画出用户视图的局部 E-R 图。（ 2 ）综合各个用户的局部 E-R 图，产生反映数据库整体概念的总体 E-R 图。

图 1-9 学生管理系统中的 E-R 模型 n n 小组长 1 m 选修成绩课程班级讲授教师参考书 l 学生组成 n 1 m

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之间联系的抽象描述即数据结构。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。数据模型数据世界记录 , 数据项信息世界实体 , 属性

树叶树枝根通过树形结构表示实体及联系。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）。（ 1 ）层次数据模型

非根根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。

图 1-10 医院层次数据模型

根多个父结点通过网状结构表示实体及联系。“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。（ 2 ）网状数据模型

图 1-11 医生处方与药品网状数据模型

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。

（ 3 ）关系数据模型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 480 助教 07/15/79 未婚女黄丹秋 23105 970 副教授 01/27/63 已婚男顾高粲 23104 450 助教 12/23/81 未婚男黎达仁 23103 560 讲师 11/27/73 已婚男罗稼宛 23102 1380 教授 09/24/56 已婚女张伶俐 23101 简历基本工资职称出生日期婚否性别姓名编号

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。属性信息值的集合 9 元关系

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。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

图 1-10 一个分布式数据库应用系统实例全国票务中心

1.4 数据库新技术多媒体数据库能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求：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。

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。图 1-11 工程数据库的应用环境应用程序方法库图形系统 DBMS 数据库

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。

1.4 数据库新技术数据仓库技术数据仓库、联机分析处理（ OLAP : online analytical processing ）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。人们对数据的处理需求可以分为两种类型，操作型处理（ OP ）和分析型处理（ AP ），传统的数据库主要是面向 OP ，注重数据的计算、记录的插入、删除、与修改，以及简单的查询和统计。联机事务处理（ OLTP ） Moore 定理 : 计算处理能力每十八个月翻一倍。 Gilder 定理 : 全球通讯系统的带宽每 12 个月翻 3 倍。 Shugart 定理 : 磁存储器件的价格每 18 个月下降一半。

本章小结 (1) 对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对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。

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