第01章 數(shù)據(jù)庫概論 - 副本

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)王曉波wxb@第1章數(shù)據(jù)庫概論第3章關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論第6章使用SQL查詢第8章數(shù)據(jù)庫安全第4章數(shù)據(jù)庫操作第5章SQL數(shù)據(jù)定義與約束的實現(xiàn)第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第7章數(shù)據(jù)庫編程基礎(chǔ)第9章事務(wù)管理與并發(fā)控制第10章數(shù)據(jù)庫存儲管理與數(shù)據(jù)恢復(fù)第11章分布式數(shù)據(jù)庫第12章數(shù)據(jù)庫更廣泛的應(yīng)用和研究領(lǐng)域本課程的知識體系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)第3章關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論第4章數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫語言及編程第5、6章SQL第7章數(shù)據(jù)庫編程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和管理第8章數(shù)據(jù)庫安全第9章事務(wù)管理與并發(fā)控制第10章數(shù)據(jù)庫存儲管理與數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫新技術(shù)分布式數(shù)據(jù)庫(第11章)、數(shù)據(jù)倉庫(第12章)和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等(第12章)課程的知識體系數(shù)據(jù)庫設(shè)計

現(xiàn)實世界信息及聯(lián)系→→E/R圖→→關(guān)系模型→→→→理想的關(guān)系模型

第1章

第2章 第3章 第4章（全過程）關(guān)系規(guī)范化數(shù)據(jù)庫編程（查詢、更新數(shù)據(jù)庫）關(guān)系代數(shù)→→SQL語言→→MSSQLServer中的T-SQL語言→數(shù)據(jù)庫對象

第2章

第5章 第6章 第7章數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)完整性(5.3)、安全性(第8章)、并發(fā)控制(第9章)和數(shù)據(jù)恢復(fù)(第10章)數(shù)據(jù)庫最新發(fā)展動態(tài)分布式數(shù)據(jù)庫(第11章)、數(shù)據(jù)倉庫(第12章)和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等(第12章)第1章數(shù)據(jù)庫概論數(shù)據(jù)管理及其發(fā)展過程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成及特點數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫的三層體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能事務(wù)的概念及性質(zhì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域1.1數(shù)據(jù)管理及其發(fā)展過程人工管理階段(50年代中期以前)文件系統(tǒng)階段

(50年代后期~60年代中期)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代后期開始)高級數(shù)據(jù)庫階段背景：從硬件看，外存只有磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤。從軟件看，沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件。人工階段的特點：數(shù)據(jù)不保存沒有軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理只有程序的概念，沒有文件的概念一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序，數(shù)據(jù)是面向程序的存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)，及數(shù)據(jù)冗余大人工階段應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…數(shù)據(jù)集n數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集1…應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2……應(yīng)用程序n文件n文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段背景：不僅用于科學(xué)計算，而且大量用于管理。有了像磁盤這樣的直接存取存儲設(shè)備。操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的管理數(shù)據(jù)軟件——文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)管理的特點數(shù)據(jù)可長期保留在磁盤上，可經(jīng)常對文件進行查詢、修改、插入、刪除等操作。有軟件（文件系統(tǒng)）對數(shù)據(jù)進行管理，程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨立性（數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以重復(fù)使用）。文件的形式多樣化。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。文件系統(tǒng)的缺陷文件設(shè)計難以滿足多種應(yīng)用程序的要求，數(shù)據(jù)冗余不可避免數(shù)據(jù)不一致數(shù)據(jù)不一致是指同一數(shù)據(jù)不同拷貝的值不一樣。文件結(jié)構(gòu)一修改，應(yīng)用程序也要修改，程序和數(shù)據(jù)之間的獨立性差數(shù)據(jù)聯(lián)系弱新書入庫書目文件讀者信息維護圖書借還催還通知讀者文件出借文件書目文件包含：書號、書名，出版社、作者讀者文件包含：姓名、地址、電話、郵編出借文件包含：姓名、書號、借閱日期、還書日期數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段…應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBMS數(shù)據(jù)庫1968年研制成功、1969年形成產(chǎn)品的美國IBM公司的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS（InformationManagementSystem）的問世，該系統(tǒng)支持的是層次數(shù)據(jù)模型。美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會CODASYL（ConferenceOnDAtaSYstemLanguage）下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG（DataBaseTaskGroup）對數(shù)據(jù)庫方法進行了系統(tǒng)的研究，在20世紀60年代末和70年代初發(fā)表了若干個報告（稱為DBTG報告），該報告建立了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的很多概念、方法和技術(shù)。DBTG所提議的方法是基于網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的。從1970年起，IBM的研究員E.F.Codd發(fā)表了一系列的論文，提出了數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的發(fā)展和理論研究奠定了基礎(chǔ)。標志著數(shù)據(jù)庫技術(shù)誕生的三個事件高級數(shù)據(jù)庫階段經(jīng)過30年的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫不僅僅可以管理一般數(shù)據(jù)，還可以管理對象數(shù)據(jù)，可以進行知識管理等。把基于新技術(shù)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用（如分布式數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等）稱作高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)庫是相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫用綜合的方法組織數(shù)據(jù)，保證盡可能高的訪問效率數(shù)據(jù)庫具有較小的數(shù)據(jù)冗余，可供多個用戶共享數(shù)據(jù)庫具有較高的數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫可以最大限度地保證數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)庫具有安全控制機制,能夠保證數(shù)據(jù)的安全、可靠數(shù)據(jù)庫允許并發(fā)地使用，能有效、及時地處理數(shù)據(jù)，并能保證數(shù)據(jù)的一致性相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是孤立的，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間是相互關(guān)聯(lián)的。也就是說，在數(shù)據(jù)庫中不僅要能夠表示數(shù)據(jù)本身，還要能夠表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。學(xué)生課程學(xué)生與課程之間的聯(lián)系用綜合的方法組織數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫能夠根據(jù)不同的需要按不同的方法組織數(shù)據(jù)順序索引聚簇低冗余與數(shù)據(jù)共享文件系統(tǒng)時：職工基本情況

有關(guān)人事管理的數(shù)據(jù)職工基本情況

有關(guān)教育培訓(xùn)的數(shù)據(jù)教育子系統(tǒng)人事子系統(tǒng)冗余！冗余帶來什么問題？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時：教育子系統(tǒng)人事子系統(tǒng)低冗余與數(shù)據(jù)共享有關(guān)人事管理的數(shù)據(jù)職工基本情況有關(guān)教育培訓(xùn)的數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)具有較高的獨立性

數(shù)據(jù)獨立性是指數(shù)據(jù)的組織和存儲方法與應(yīng)用程序互不依賴、彼此獨立的特性?？梢员ＷC數(shù)據(jù)的正確性保證數(shù)據(jù)正確的特性在數(shù)據(jù)庫中稱之為數(shù)據(jù)完整性?？荚嚦煽?99保證數(shù)據(jù)的安全、可靠數(shù)據(jù)庫技術(shù)要能夠保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是安全、可靠的。

有效地防止數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被非法使用或非法修改數(shù)據(jù)遭到破壞時能立刻將數(shù)據(jù)完全恢復(fù)主動安全被動安全安全機制備份恢復(fù)數(shù)據(jù)可以并發(fā)使用

并能同時保證數(shù)據(jù)的一致性在多個用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時，能夠保證不產(chǎn)生沖突和矛盾，保證數(shù)據(jù)的一致性和正確性。500元500+300=800500-200=300300元800元500元500元？并發(fā)應(yīng)用1.3數(shù)據(jù)模型初步數(shù)據(jù)庫中不僅存儲數(shù)據(jù)本身，還要存儲數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，這種數(shù)據(jù)和聯(lián)系是需要描述和定義的，數(shù)據(jù)模型正是完成此項任務(wù)的?，F(xiàn)實信息電腦1.3.1概念數(shù)據(jù)模型

描述現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)模型稱為概念模型或概念數(shù)據(jù)模型。

支持概念模型的最常用方法——E-R方法

E-R方法主要有3個要素：實體:用矩形框表示聯(lián)系:用菱形框表示屬性:用橢圓框表示或直接將屬性名寫在實體旁邊E-R舉例1.3.2傳統(tǒng)的三大數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型。

支持層次模型的典型系統(tǒng)是誕生于1970年左右的IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）。

授課層次數(shù)據(jù)模型及其實例(b)值(a)型層次模型的限制有且僅有一個結(jié)點無父結(jié)點，這個結(jié)點即為樹的根；其他結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。網(wǎng)狀模型

用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。取消了層次模型中的兩點限制。網(wǎng)狀模型的典型代表CODASYL（ConferenceOnDAtaSYstemLanguages）

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的實例關(guān)系模型

用關(guān)系（表格數(shù)據(jù)）表示實體和實體之間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)模型。

什么是關(guān)系？通俗地講，關(guān)系就是二維表格（第2章詳細解釋）。關(guān)系數(shù)據(jù)模型實例學(xué)生關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號,姓名,性別,年齡,所屬系）

系（系號,系名）系1.4數(shù)據(jù)獨立性與三層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獨立性是指應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的組織和存儲結(jié)構(gòu)相互獨立的特性。具體說，就是當修改數(shù)據(jù)的組織方法和存儲結(jié)構(gòu)時，應(yīng)用程序不用修改的特性。數(shù)據(jù)獨立性可分為存儲數(shù)據(jù)獨立性和概念數(shù)據(jù)獨立性。1.4.1存儲數(shù)據(jù)獨立性1.4.2概念數(shù)據(jù)獨立性概念數(shù)據(jù)獨立性（邏輯數(shù)據(jù)獨立性）：當用戶程序操作的概念文件有插入或刪除字段的情況發(fā)生時（當然是通過存儲文件），用戶程序仍能正確執(zhí)行的性質(zhì)。1.5.2數(shù)據(jù)庫的三層模式結(jié)構(gòu)外部數(shù)據(jù)庫A外部數(shù)據(jù)庫A概念數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)庫………什么是模式（Schema）？P14存儲模式、概念模式與外部模式定義存儲數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的模式稱作存儲模式，又稱作內(nèi)模式；定義概念數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的模式稱作概念模式，或簡稱模式；定義外部數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的模式稱作外部模式，又稱作子模式或用戶模式。子模式是概念模式的子集，它可以從概念模式推導(dǎo)出來。數(shù)據(jù)庫的三級模式用戶B用戶C用戶A外部模式B外部模式C外部模式A概念模式存儲模式數(shù)據(jù)庫外部模式概念模式存儲模式映像映像外模式/概念模式映像提供了概念數(shù)據(jù)的獨立性。即：概念模式改變→改變映像→外模式不變→應(yīng)用程序不變概念模式/存儲模式映像提供了存儲數(shù)據(jù)的獨立性。即：存儲結(jié)構(gòu)改變→改變映像→模式不變→應(yīng)用程序不變41索引文件數(shù)據(jù)文件學(xué)生索引文件數(shù)據(jù)文件課程索引文件數(shù)據(jù)文件選課存儲模式學(xué)分課名課號字符(5)整型字符(20)年齡姓名學(xué)號字符(8)整型字符(20)學(xué)生課程選課概念模式成績課號學(xué)號字符(8)數(shù)字字符(5)字符(20)姓名字符(8)學(xué)號總成績數(shù)字數(shù)字成績字符(5)課號字符(20)姓名學(xué)號字符(8)學(xué)生成績單學(xué)生總成績課程平均成績字符(20)課名平均成績課號字符(5)數(shù)字外部模式學(xué)生教務(wù)處概念模式/存儲模式映像外部模式/概念模式映像1.5.3模式說明實例考慮一個簡單的、稱作應(yīng)收賬款的數(shù)據(jù)庫，它包括應(yīng)收帳款和訂貨兩個文件。存儲數(shù)據(jù)庫示例存儲模式說明概念數(shù)據(jù)庫概念模式說明外部數(shù)據(jù)庫一個概念數(shù)據(jù)庫可以派生出多個外部數(shù)據(jù)庫。外部模式則是對外部數(shù)據(jù)庫的描述，它需要說明外部文件、構(gòu)成外部文件的字段及這些外部文件之間的聯(lián)系。外部模式說明1.5.4數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本框架1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)庫(Database，DB)存放數(shù)據(jù)的倉庫？存放載有數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)的倉庫？數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機上、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？DataBaseManagementSystem——簡稱DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

支持數(shù)據(jù)庫管理的系統(tǒng)軟件（數(shù)據(jù)管理軟件）用于建立、運用和維護數(shù)據(jù)庫，其功能主要體現(xiàn)在以下幾方面（P13）：數(shù)據(jù)庫定義功能數(shù)據(jù)庫操縱功能數(shù)據(jù)庫查詢功能數(shù)據(jù)庫控制功能數(shù)據(jù)庫通訊功能位于用戶和操作系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（databasesystem，DBS）就是基于數(shù)據(jù)庫的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。它包括：以數(shù)據(jù)為主體的數(shù)據(jù)庫；管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件——數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；支持計算機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件平臺；支持計算機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件平臺（如操作系統(tǒng)）；管理數(shù)據(jù)庫的技術(shù)人員；使用數(shù)據(jù)庫的用戶；基于數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件；方便使用和管理系統(tǒng)的各種技術(shù)說明書和使用說明書等。三個概念數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)1.6.2數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)庫管理員從事數(shù)據(jù)庫管理工作的人員稱之為數(shù)據(jù)庫管理員（DatabaseAdministrator，簡稱為DBA），數(shù)據(jù)庫管理員指的是一種角色，是負責(zé)數(shù)據(jù)庫管理的人員或部門。數(shù)據(jù)庫管理員從事的工作既有管理方面的、也有技術(shù)方面的，數(shù)據(jù)庫管理員負責(zé)數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行、維護、升級等各個方面的工作。數(shù)據(jù)庫管理員的職責(zé)在數(shù)據(jù)庫規(guī)劃階段要參與選擇和評價與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的計算機軟件和硬件，要與數(shù)據(jù)庫用戶共同確定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用需求，要確定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)計劃；在數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段要負責(zé)數(shù)據(jù)庫標準的制定，要負責(zé)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，負責(zé)數(shù)據(jù)庫安全、可靠方面的設(shè)計；在數(shù)據(jù)庫實施階段要負責(zé)數(shù)據(jù)庫的具體物理實現(xiàn)，負責(zé)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的載入，負責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)等；在數(shù)據(jù)庫運行階段首先要負責(zé)對用戶進行數(shù)據(jù)庫方面的培訓(xùn)；負責(zé)數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)；負責(zé)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行維護；負責(zé)監(jiān)視數(shù)據(jù)庫的性能，并調(diào)整、改善數(shù)據(jù)庫的性能，提高系統(tǒng)的效率；繼續(xù)負責(zé)數(shù)據(jù)庫安全系統(tǒng)的管理；在運行過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。硬件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成DatabaseOSDBMS應(yīng)用開發(fā)工具應(yīng)用程序DBA用戶用戶用戶應(yīng)用程序員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成相互有關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)的集合DBDBMS管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件DBA完成某一功能的應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBAP1DBAP2DBAPnComputerSystem1.6.3數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了集中式結(jié)構(gòu)、文件/服務(wù)器結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等各個階段。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)可分為三種:客戶/服務(wù)器（Client/Server，C/S）結(jié)構(gòu)瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）結(jié)構(gòu)基于組件的分布式計算結(jié)構(gòu)三種應(yīng)用的結(jié)構(gòu)1.7事務(wù)事務(wù)的概念事務(wù)的性質(zhì)事務(wù)管理的基本命令1