SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.1數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)(Data)是事物的符號表示，數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖像、聲音等。2.數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫(Database)是以特定的組織結(jié)構(gòu)、存放在計算機的存儲介質(zhì)中的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem,DBMS)是在操作系統(tǒng)支持下的系統(tǒng)軟件，它是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的核心組成部分，它的主要功能如下：

●數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語言定義數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫對象。

1.1.1

數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

●

數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行查詢、插入、修改、刪除等操作。

●

數(shù)據(jù)控制功能：提供數(shù)據(jù)控制語言進行數(shù)據(jù)控制，即提供數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制等項功能

●數(shù)據(jù)庫建立維護功能：包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的裝入、轉(zhuǎn)儲、恢復和系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等項功能。

1.1.2數(shù)據(jù)模型

1.層次模型用樹狀層次結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，樹狀結(jié)構(gòu)每一個結(jié)點表示一個記錄類型，記錄類型之間的聯(lián)系是一對多的聯(lián)系。層次模型有且僅有一個根結(jié)點，位于樹狀結(jié)構(gòu)頂部，其它結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。某大學按層次模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.1所示。

1.1.2數(shù)據(jù)模型

2.網(wǎng)狀模型采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)每一個結(jié)點表示一個記錄類型，記錄類型之間可以有多種聯(lián)系，按網(wǎng)狀模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.2所示。

1.1.2數(shù)據(jù)模型

3.關(guān)系模型采用關(guān)系的形式組織數(shù)據(jù)，一個關(guān)系就是一張二維表，二維表由行和列組成，按關(guān)系模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.3所示。

1.1.2數(shù)據(jù)模型

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系模型組織數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫是目前最流行的數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RelationalDatabaseManagementSystem,RDBMS)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1.關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本概念●關(guān)系：關(guān)系就是表(Table),在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個關(guān)系存儲為一個數(shù)據(jù)表?！裨M：表中一行(Row)為一個元組(Tuple),一個元組對應(yīng)數(shù)據(jù)表中的一條記錄(Record)，元組的各個分量對應(yīng)于關(guān)系的各個屬性。

●屬性：表中的列(Column)稱為屬性(Property)，對應(yīng)數(shù)據(jù)表中的字段(Field)。

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫●域：屬性的取值范圍?！耜P(guān)系模式：對關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，格式如下：●關(guān)系名(屬性名1,屬性名2,…屬性名n)

●候選碼：屬性或?qū)傩越M，其值可唯一標識其對應(yīng)元組。

●主關(guān)鍵字（主鍵）：在候選碼中選擇一個作為主鍵(PrimaryKey)

●外關(guān)鍵字（外鍵）：在一個關(guān)系中的屬性或?qū)傩越M不是該關(guān)系的主鍵，但它是另一個關(guān)系的主鍵，稱為外鍵(ForeignKey)。

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫在圖1.3中，學生的關(guān)系模式為

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)主鍵為學號。成績的關(guān)系模式為

成績(學號,課程號,成績)2.關(guān)系運算關(guān)系數(shù)據(jù)操作稱為關(guān)系運算，投影、選擇、連接是最重要的關(guān)系運算，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫和投影、選擇、連接運算。

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫（1）選擇選擇(Selection)指選出滿足給定條件的記錄，它是從行的角度進行的單目運算，運算對象是一個表，運算結(jié)果形成一個新表?！纠?.1】從學生表中選擇專業(yè)為計算機且總學分在50分以上的行進行選擇運算，選擇所得的新表如表1.1所示。

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫（2）投影投影(Projection)是選擇表中滿足條件的列，它是從列的角度進行的單目運算?！纠?.2】從學生表中選取姓名、性別、專業(yè)進行投影運算，投影所得的新表如表1.2所示。

1.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫（3）連接連接(Join)是將兩個表中的行按照一定的條件橫向結(jié)合生成的新表。選擇和投影都是單目運算，其操作對象只是一個表，而連接是雙目運算，其操作對象是兩個表。【例1.3】學生表與成績表通過學號相等的連接條件進行連接運算，連接所得的新表如表1.3所示。

1.1.4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DatabaseSystem,DBS)是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的簡稱，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶、數(shù)據(jù)庫管理員組成，如圖1.4所示。

1.1.4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)分為客戶-服務(wù)器模式(C/S)和三層客戶-服務(wù)器(B/S)模式。1.C/S模式應(yīng)用程序直接與用戶打交道，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不直接與用戶打交道，因此，應(yīng)用程序稱為前臺，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為后臺。因為應(yīng)用程序向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提出服務(wù)請求，所以稱為客戶程序(Client)，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)向應(yīng)用程序提供服務(wù)，所以稱為服務(wù)器程序(Server)，上述操作數(shù)據(jù)庫的模式稱為客戶-服務(wù)器模式(C/S)，如圖1.5所示。

1.1.4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.B/S模式基于Web的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用采用三層客戶-服務(wù)器模式(B/S)，第一層為瀏覽器，第二層為Web服務(wù)器，第三層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，如圖1.6所示。

1.2

數(shù)據(jù)庫設(shè)計1.2.1需求分析需求分析階段是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計中最重要的一個步驟，它需要從各個方面對業(yè)務(wù)對象進行調(diào)查、收集、分析，以準確了解用戶對數(shù)據(jù)和處理的需求，需求分析中的結(jié)構(gòu)化分析方法采用逐層分解的方法分析系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。

●

數(shù)據(jù)流圖：數(shù)據(jù)流圖用來描述系統(tǒng)的功能，表達了數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系。

●

數(shù)據(jù)字典：數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，對數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流和加工等進一步定義，它包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、存儲、處理過程等。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計為了把現(xiàn)實世界的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，首先將現(xiàn)實世界的具體事物抽象為信息世界某一種概念結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，然后，將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。需求分析得到的數(shù)據(jù)描述是無結(jié)構(gòu)的，概念設(shè)計是在需求分析的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換為有結(jié)構(gòu)的、易于理解的精確表達，概念設(shè)計階段的目標是形成整體數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，它獨立于數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和具體的DBMS，描述概念結(jié)構(gòu)的工具是E-R模型。E-R模型即實體-聯(lián)系模型，在E-R模型中：

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計●

實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體，實體用矩形框表示，框內(nèi)為實體名。實體可以是具體的人、事、物或抽象的概念，例如，在學生成績管理系統(tǒng)中，“學生”就是一個實體?！駥傩裕簩嶓w所具有的某一特性稱為屬性，屬性采用橢圓框表示，框內(nèi)為屬性名，并用無向邊與其相應(yīng)實體連接。例如，在學生成績管理系統(tǒng)中，學生的特性有學號、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、總學分，它們就是學生實體的6個屬性。

●

實體型：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。例如，學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)就是一個實體型。

●實體集：同型實體的集合稱為實體集，例如全體學生記錄就是一個實體集。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計●聯(lián)系：實體之間的聯(lián)系，可分為一對一的聯(lián)系、一對多的聯(lián)系、多對多的聯(lián)系。實體間的聯(lián)系采用菱形框表示，聯(lián)系以適當?shù)暮x命名，名字寫在菱形框中，用無向邊將參加聯(lián)系的實體矩形框分別與菱形框相連，并在連線上標明聯(lián)系的類型，即1—1、1—n或m—n。如果聯(lián)系也具有屬性，則將屬性與菱形也用無向邊連上。1．一對一的聯(lián)系（1:1）例如，一個班只有一個正班長，而一個正班長只屬于一個班，班級與正班長兩個實體間具有一對一的聯(lián)系。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計2．一對多的聯(lián)系（1:n）例如，一個班可有若干學生，一個學生只能屬于一個班，班級與學生兩個實體間具有一對多的聯(lián)系。3．多對多的聯(lián)系（m:n）例如，一個學生可選多門課程，一門課程可被多個學生選修，學生與課程兩個實體間具有多對多的聯(lián)系?！纠?.4】畫出學生成績管理系統(tǒng)中學生、課程實體圖學生實體有學號、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、總學分等6個屬性，課程實體有課程號,課程名,學分等3個屬性，它們的實體圖如圖1.7所示。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計【例1.5】畫出學生成績管理系統(tǒng)的E-R圖學生成績管理系統(tǒng)有學生、課程兩個實體，它們之間的聯(lián)系是選課，學生選修一門課程后都有一個成績，一個學生可選多門課程，一門課程可被多個學生選修，學生成績管理系統(tǒng)的E-R圖如圖1.8所示。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計【例1.6】畫出圖書借閱系統(tǒng)的E-R圖圖書借閱系統(tǒng)中學生實體的屬性有借書證號、姓名、專業(yè)、性別、出生日期、借書量、照片，圖書實體的屬性有ISBN、書名、作者、出版社、價格、復本量、庫存量，它們之間的聯(lián)系是借閱，借閱的屬性有索書號、借閱時間，一個學生可以借閱多種圖書，一種圖書可被多個學生借閱，圖書借閱系統(tǒng)的E-R圖如圖1.9所示。

1.2.2

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計為了建立用戶所要求的數(shù)據(jù)庫，必須將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，由于當前主流的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型，所以邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，即將E-R模型轉(zhuǎn)換為一組關(guān)系模式。1．（1:1）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換用學校和校長之間的聯(lián)系為例，一個學校只有一個校長，一個校長只在一個學校任校長，屬于一對一關(guān)系（下劃線“_”表示該字段為主鍵）。(1)每個實體設(shè)計一張表。

學校(學校編號,名稱,地址)

校長(校長編號,姓名,職稱)

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)任選一表，其中的主鍵在另一個表中充當外鍵。選擇校長表中的主鍵在學校表中充當外鍵，設(shè)計以下關(guān)系模式。

學校(學校編號,名稱,地址,校長編號)

校長(校長編號,姓名,職稱)2．（1:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換以班級和學生之間的聯(lián)系為例。一個班級中有若干名學生，每個學生只在一個班級中學習，屬于一對多關(guān)系。(1)每個實體設(shè)計一張表。

班級(班級編號,教室號,人數(shù))

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)選“1”端表，其主鍵在“n”端表中充當外鍵。選擇班級表中的主鍵在學生表中充當外鍵，設(shè)計以下關(guān)系模式。

班級(班級編號,教室號,人數(shù))

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分,班級編號)3．（m:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換以學生和課程之間的聯(lián)系為例。一個學生可以選多門課程，一門課程可以有多個學生選，屬于多對多關(guān)系。(1)每個實體設(shè)計一張表。

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)

課程(課程號,課程名,學分)

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)產(chǎn)生一個新表，“m”端和“n”端的主鍵在新表中充當外鍵。選擇學生表中的主鍵和在課程表中的主鍵在新表選課表中充當外鍵，設(shè)計以下關(guān)系模式。

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)

課程(課程號,課程名,學分)

選課(學號,課程號,分數(shù))

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計【例1.7】設(shè)計學生成績管理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計學生成績管理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，即設(shè)計學生成績管理系統(tǒng)的關(guān)系模式，選課關(guān)系實際上是成績關(guān)系，將選課改為成績，學生成績管理系統(tǒng)的關(guān)系模式設(shè)計如下：

學生(學號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學分)

課程(課程號,課程名,學分)

成績(學號,課程號,分數(shù))為了程序設(shè)計方便，將漢字表示的關(guān)系模式改為英文表示的關(guān)系模式：

student(stno,stname,stsex,stbirthday,specialist,tc)對應(yīng)學生關(guān)系模式

course(cno,cname,credit)對應(yīng)課程關(guān)系模式

score(stno,cno,grade)對應(yīng)成績關(guān)系模式

1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計【例1.8】設(shè)計圖書借閱系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計圖書借閱系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，即設(shè)計圖書借閱系統(tǒng)的關(guān)系模式，圖書借閱系統(tǒng)的關(guān)系模式設(shè)計如下：

學生信息(借書證號,姓名,性別,出生時間,專業(yè),借書量)

圖書(ISBN,書名,作者,出版社,價格,復本量,庫存量)

借閱(借書證號,ISBN,索書號,借書時間)將漢字表示的關(guān)系