数据库基本概念和SQL.docx

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数据库基本概念和SQL

第1章数据库基本概念和SQLServer环境

分配学时：

2+2

教学目的及要求：

掌握sql服务启动和停止ide方法，企业管理器和查询分析器的界面及基本使用方法。

重点和难点：

了解查询分析器中执行sql语句的方法；

教学进程：

1.1数据库基本概念

1.2数据库设计

1.3数据库应用系统

1.4SQLServer2000操作环境

1.1.1数据库

数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可供各种用户使用。

简单地说，数据库中的数据具有永久存储、有组织和可共享三个特点。

数据库管理系统一般提供如下功能：

（1）数据定义功能可定义数据库中的数据对象。

（2）数据操纵功能可对数据库进行基本操作，如：

插入、删除、修改、查询。

（3）数据库的安全保护功能保证只有赋予权限的用户才能访问数据库中的数据。

（4）数据库的并发控制功能使多个应用程序可在同一时刻并发地访问数据库的数据。

（5）数据的完整性检查功能保证用户输入的数据应满足相应的约束条件。

（6）数据库系统的故障恢复功能使数据库运行出现故障时进行数据库恢复，以保证数据库可靠运行。

（7）在网络环境下访问数据库的功能。

（8）方便、有效地存取数据库信息的接口和工具。

1.1.1数据库

图1.1数据库系统的构成

1.1.2关系模型

1．数据模型

数据库管理系统根据数据模型对数据进行存储和管理，数据库管理系统采用的数据模型主要有：

层次模型、网状模型和关系模型。

●层次模型

以树型层次结构组织数据。

图1.2为某学校按层次模型组织的数据示例。

图1.2按层次模型组织的数据示例

1.1.2关系模型

●网状模型

每一个数据用一个节点表示，每个节点与其它节点都有联系，这样数据库中的所有数据节点就构成了一个复杂的网络。

图1.3为按网状模型组织的数据示例。

图1.3按网状模型组织的数据示例

1.1.2关系模型

●关系模型

以二维表格（关系表）的形式组织数据库中的数据。

例如：

学生成绩管理系统涉及的学生、课程和成绩三个表。

“学生”表涉及的主要信息有：

学号、姓名、专业名、性别、出生时间、总学分、备注；“课程”表涉及的主要信息有：

课程号、课程名、类别、开课学期、学时和学分。

“成绩”表涉及的主要信息有：

学号、课程号和成绩。

2．关系运算

SQLServer2000是一个关系数据库管理系统，关系数据库建立在关系模型基础之上，具有严格的数学理论基础。

关系数据库对数据的操作除了包括集合代数的并、差等运算之外，更定义了一组专门的关系运算：

连接、选择和投影，关系运算的特点是运算的对象和结果都是表。

1.1.2关系模型

●选择（Selection）

选择是单目运算，其运算对象是一个表。

该运算按给定的条件，从表中选出满足条件的行形成一个新表作为运算结果。

选择运算的记号为σF（R）。

其中σ是选择运算符，下标F是一个条件表达式，R是被操作的表。

例如：

若要在学生情况表中找出学生表中性别为女的行形成一个新表，则运算式为：

σF（学生）

上式中F：

性别=“女”，该选择运算的结果如表1.4所示。

表1.4σF（学生）

学号

姓名

专业名

性别

出生时间

总学分

备注

081103

王燕

计算机

女

1989-10-06

081110

张蔚

计算机

女

1991-07-22

三好生

081111

赵琳

计算机

女

1990-03-18

081113

严红

计算机

女

1989-08-11

有一门功课不及格，待补考

001204

马琳琳

通信工程

女

1978-02-10

001220

吴薇华

通信工程

女

1980-03-18

001221

刘燕敏

通信工程

女

1979-11-12

001241

罗林琳

通信工程

女

1980-01-30

转专业学习

1.1.2关系模型

●投影（Projection）

投影也是单目运算，该运算从表中选出指定的属性值组成一个新表，记为：

ΠA（R）。

其中A是属性名（即列名）表，R是表名。

例如，在学生表中对学号、姓名和总学分投影，运算式为：

Π学号，姓名，总学分（学生）

该运算得到如表1.5所示的新表。

表1.5Π学号，姓名，总学分（学生）

学号

姓名

总学分

081101

王林

081102

程明

081103

王燕

081104

韦严平

081106

李方方

081107

李明

081108

林一帆

081109

张强民

1.1.2关系模型

081110

张蔚

081111

赵琳

081113

严红

001201

王敏

001202

王林

001203

王玉民

001204

马琳琳

001206

李计

001210

李红庆

001216

孙祥欣

001218

孙研

001220

吴薇华

001221

刘燕敏

001241

罗林琳

1.1.2关系模型

表的选择和投影运算分别从行和列两个方向上分割表，而下面要讨论的连接运算则是对两个表的操作。

连接（JOIN）

连接是把两个表中的行按照给定的条件进行拼接而形成新表，记为：

RS。

其中，R、S是被操作的表，F是条件。

例如，若表A和B分别如表1.6和表1.7所示，则AB如表1.8所示，其中：

F为：

T1=T3。

1.1.2关系模型

表的选择和投影运算分别从行和列两个方向上分割表，而下面要讨论的连接运算则是对两个表的操作。

连接（JOIN）

连接是把两个表中的行按照给定的条件进行拼接而形成新表，记为：

RS。

其中，R、S是被操作的表，F是条件。

例如，若表A和B分别如表1.6和表1.7所示，则AB如表1.8所示，其中：

F为：

T1=T3。

1.1.2关系模型

表的选择和投影运算分别从行和列两个方向上分割表，而下面要讨论的连接运算则是对两个表的操作。

连接（JOIN）

连接是把两个表中的行按照给定的条件进行拼接而形成新表，记为：

RS。

其中，R、S是被操作的表，F是条件。

例如，若表A和B分别如表1.6和表1.7所示，则AB如表1.8所示，其中：

F为：

T1=T3。

表1.6A表

1.1.2关系模型

表1.7B表

1.1.2关系模型

表1.7B表

表1.8AB

数据库应用中最常用的是“自然连接”。

进行自然连接运算要求两个表有共同属性（列），自然连接运算的结果表是在参与操作两个表的共同属性上进行等值连接后再去除重复的属性后所得的新表。

自然连接运算记为：

RS，其中R和S是参与运算的两个表。

1.1.2关系模型

表1.7B表

表1.8AB

数据库应用中最常用的是“自然连接”。

自然连接运算记为：

RS，其中R和S是参与运算的两个表。

1.1.2关系模型

表1.7B表

表1.8AB

数据库应用中最常用的是“自然连接”。

自然连接运算记为：

RS，其中R和S是参与运算的两个表。

1.1.2关系模型

表1.9A表

表1.10B表

100

1.1.2关系模型

表1.9A表

表1.10B表

100

表1.11AB

1.2.1概念结构设计

实体集中的实体彼此是可区别的，如果实体集中的属性或最小属性组合的值能唯一标识其对应实体，则将该属性或属性组合称为码。

对于每一个实体集，可指定一个码为主码。

如果用矩形框表示实体集，用带半圆的矩形框表示属性，用线段连接实体集与属性，当一个属性或属性组合指定为主码时，在实体集与属性的连接线上标记一斜线，则可以用图1.4描述学生成绩管理系统中的实体集及每个实体集涉及的属性。

图1.4学生和课程实体集属性的描述

1.2.1概念结构设计

1．一对一的联系（1:

1）

A中的一个实体至多与B中的一个实体相联系，B中的一个实体也至多与A中的一个实体相联系。

例如：

“班级”与“正班长”这两个实体集之间的联系是一对一的联系，因为一个班只有一个班长，反过来，一个正班长只属于一个班。

“班级”与“正班长”两个实体集的E-R模型如图1.5所示。

图1.5“班级”与“正班长”实体集E-R模型

1.2.1概念结构设计

2．一对多的联系（1:

n）

A中的一个实体可以与B中的多个实体相联系，而B中的一个实体至多与A中的一个实体相联系。

例如：

“班级”与“学生”这两个实体集之间的联系是一对多的联系，因为，一个班可有若干学生，反过来，一个学生只能属于一个班。

“班级”与“学生”两个实体集的E-R模型如图1.6所示。

图1.6“学生”与“班级”两个实体集的E-R模型

1.2.1概念结构设计

3．多对多的联系（m:

n）

A中的一个实体可以与B中的多个实体相联系，而B中的一个实体也可与A中的多个实体相联系。

例如：

“学生”与“课程”这两个实体集之间的联系是多对多的联系，因为，一个学生可选多门课程，反过来，一门课程可被多个学生选修。

“学生”与“课程”两个实体集的E-R模型如图1.7所示。

图1.7“学生”与“课程”实体集间的E-R模型

1.2.2逻辑结构设计

用E-R图描述学生成绩管理系统中实体集与实体集之间的联系，目的是以E-R图为工具，设计关系型的数据库,下面将根据三种联系从E-R图获得关系模式的方法。

1．（1:

1）联系的E-R图到关系模式的转换

对于（1∶1）的联系既可单独对应一关系模式，也可以不单独对应一个关系模式。

（1）联系单独对应一关系模式，则由联系属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系模式，其主码可选参与联系的实体集的任一方的主码。

例如：

考虑图1.5描述的“班级（BJ）”与“正班长（BZ）”实体集通过属于（SY）联系E-R模型可设计如下关系模式（下横线表示该字段为主码）：

BJ（班级编号，院系，专业名，人数）

BZ（学号，姓名）

SY（学号，班级编号）

1.2.2逻辑结构设计

（2）联系不单独对应一关系模式，联系的属性及一方的主码加入另一方实体集对应的关系模式中。

例如：

考虑图1.5描述的“班级（BJ）”与“正班长（BZ）”实体集通过属于（SY）联系E-R模型可设计如下关系模式：

BJ（班级编号，院系，专业名，人数）

BZ（学号，姓名，班级编号）

或者

BJ（班级编号，院系，专业名，人数，学号）

BZ（学号，姓名）

2．（1:

n）联系的E-R图到关系模式的转换

对于（1∶n）的联系既可单独对应一关系模式，也可以不单独对应一个关系模式。

（1）联系单独对应一关系模式，则由联系的属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系模式，n端的主码作为该关系模式的主码。

例如：

考虑图1.6描述的“班级（BJ）”与“学生（XS）”实体集E-R模型可设计如下关系模式：

BJ（班级编号，院系，专业名，人数）

XS（学号，姓名，专业名，性别，出生时间，总学分，备注）

SY（学号，班级编号）

1.2.2逻辑结构设计

（2）联系不单独对应一个关系模式，则将联系的属性及1端的主码加入n端实体集对应的关系模式中，主码仍为n端的主码。

例如：

图1.6“班级（BJ）”与“学生（XS）”实体集E-R模型可设计如下关系模式：

BJ（班级编号，院系，专业名，人数）

XS（学号，姓名，专业名，性别，出生时间，总学分，备注，班级编号）

3．（m:

n）联系的E-R图到关系模式的转换

对于（m:

n）的联系，单独对应一关系模式，该关系模式包括联系的属性、参与联系的各实体集的主码属性，该关系模式的主码由各实体集的主码属性共同组成。

例如：

图1.7描述的“学生（XS）”与“课程（KC）”实体集之间的联系可设计如下关系模式：

XS（学号，姓名，专业名，性别，出生时间，总学分，备注）

KC（课程号，课程名称，类别，开课学期，学时，学分）

XS_KC（学号，课程号，成绩）

关系模式XS_KC的主码是由“学号”和“课程号”两个属性组合起来构成的一个主码，一个关系模式只能有一个主码。

至此，已介绍了根据E-R图设计关系模式的方法，通常这一设计过程称为逻辑结构设计。

1.2.3数据库物理设计

数据的物理模型即指数据的存储结构，如对数据库物理文件、索引文件的组织方式、文件的存取路径，内存的管理，等。

物理模型不仅与数据库管理系统有关，还和操作系统甚至硬件有关，物理模型对用户是不可见的。

从上面看出，按关系模型组织的数据表达方式简洁、直观，插入、删除、修改操作方便，而按层次、网状模型组织的数据表达方式复杂，插入、删除、修改操作复杂。

因此，关系模型得到了广泛应用，SQLServer是一个典型的支持关系数据模型的数据库管理系统。

1.3.1数据库的连接方式

1.ODBC数据库接口

ODBC即开放式数据库互连（OpenDatabaseConnectivity），是微软公司推出的一种实现应用程序和关系数据库之间通讯的接口标准。

符合标准的数据库就可以通过SQL语言编写的命令对数据库进行操作，但只针对关系数据库。

目前所有的关系数据库都符合该标准（如SQLServer，Oracle，Access，Excel等）。

ODBC本质上是一组数据库访问API（应用程序编程接口），由一组函数调用组成，核心是SQL语句，其结构如图1.8所示：

图1.8ODBC数据库接口

1.3.1数据库的连接方式

2.OLEDB数据库接口

OLEDB即数据库链接和嵌入对象（ObjectLinkingandEmbeddingDataBase）。

OLEDB是微软提出的基于COM思想且面向对象的一种技术标准，目的是提供一种统一的数据访问接口访问各种数据源，这里所说的“数据”除了标准的关系型数据库中的数据之外，还包括邮件数据、Web上的文本或图形、目录服务（DirectoryServices）、以及主机系统中的文件和地理数据以及自定义业务对象等。

OLEDB标准的核心内容就是提供一种相同的访问接口，使得数据的使用者（应用程序）可以使用同样的方法访问各种数据，而不用考虑数据的具体存储地点、格式或类型，其结构图如图1.9所示：

图1.9OLEDB数据库接口

1.3.1数据库的连接方式

3.ADO数据库接口

ADO（ActiveXDataObjects）是微软公司开发的基于COM的数据库应用程序接口，通过ADO连接数据库，可以灵活地操作数据库中的数据。

图1.10展示了应用程序通过ADO访问SQLServer数据库接口。

从图中可看出，使用ADO访问SQLServer数据库有两种途径：

一种是通过ODBC驱动程序，另一种是通过SQLServer专用的OLEDBProvider，后者有更高的访问效率。

图1.10ADO访问SQLServer的接口

1.3.1数据库的连接方式

4.ADO.NET数据库接口

ASP.NET使用ADO.NET数据模型。

该模型从ADO发展而来，但它不只是对ADO的改进，而是采用了一种全新的技术。

主要表现在以下几个方面：

●ADO.NET不是采用ActiveX技术，而是与.NET框架紧密结合的产物。

●ADO.NET包含对XML标准的完全支持，这对于跨平台交换数据具有重要的意义。

●ADO.NET既能在与数据源连接的环境下工作，又能在断开与数据源连接的条件下工作。

特别是后者，非常适合于网络应用的需要。

因为在网络环境下，保持与数据源连接，不符合网站的要求，不仅效率低，付出的代价高，而且常常会引发由于多个用户同时访问时带来的冲突。

因此ADO.NET系统集中主要精力用于解决在断开与数据源连接的条件下数据处理的问题。

ADO.NET提供了面向对象的数据库视图，并且在ADO.NET对象中封装了许多数据库属性和关系。

最重要的是，ADO.NET通过很多方式封装和隐藏了很多数据库访问的细节。

可以完全不知道对象在与ADO.NET对象交互，也不用担心数据移动到另外一个数据库或者从另一个数据库获得数据的细节问题。

如图1.11显示了ADO.NET架构总览。

1.3.1数据库的连接方式

图1.11通过ADO.NET访问数据库的接口模型

1.3.1数据库的连接方式

5.JDBC数据库接口

JDBC（JavaDataBaseConnectivity）是JavaSoft公司开发的，一组Java语言编写的用于数据库连接和操作的类和接口，可为多种关系数据库提供统一的访问方式。

通过JDBC完成对数据库的访问包括四个主要组件：

Java应用程序、JDBC驱动器管理器、驱动器和数据源。

在JDBC?

API中有两层接口：

应用程序层和驱动程序层，前者使开发人员可以通过SQL调用数据库和取得结果，后者处理与具体数据库驱动程序的所有通讯。

使用JDBC接口对数据库操作有如下优点：

（1）.JDBC?

API与ODBC十分相似，有利于用户理解；

（2）使编程人员从复杂的驱动器调用命令和函数中解脱出来，而致力于应用程序功能的实现；

（3）JDBC支持不同的关系数据库，增强了程序的可移植性。

使用JDBC的主要缺点：

访问数据记录的速度会受到一定影响，此外，由于JDBC结构中包含了不同厂家的产品，这给数据源的更改带来了较大麻烦。

4.数据库连接池技术

对于网络环境下的数据库应用，由于用户众多，使用传统的JDBC方式进行数据库连接，系统资源开销过大成为制约大型企业级应用效率的瓶颈，采用数据库连接池技术对数据库连接进行管理，可以大大提高系统的效率和稳定性。

1.3.2客户/服务器（C/S）模式应用系统

Microsoft公司开发的SQLServer数据库管理系统当前最流行的版本仍然是SQLServer2000，本书介绍SQLServer2000。

数据库管理系统通过命令和适合专业人员的界面操作数据库。

对于SQLServer2000数据库管理系统，用户在SQLServer2000的查询分析器中输入SQL命令，系统执行的结果返回到查询分析器上显示。

用户可以直接通过SQLServer2000的企业管理器的界面操作数据库。

图1.12数据库应用程序与数据库、数据库管理系统之间的关系

1.3.3三层客户/服务器（B/S）模式应用系统

基于Web的数据库应用采用三层客户/服务器模式，也称B/S结构。

第一层为浏览器，第二层为Web服务器，第三层为数据库服务器。

浏览器是用户输入数据和显示结果的交互界面，用户在浏览器表单中输入数据，然后将表单中的数据提交并发送到Web服务器，Web服务器应用程序接受并处理用户的数据，通过数据库服务器，从数据库中查询需要的数据（或把数据录入数据库）送Web服务器，Web服务器把返回的结果插入HTML页面，传送到客户端，在浏览器中显示出来。

如图1.13所示。

1.3.3三层客户/服务器（B/S）模式应用系统

基于Web的数据库应用采用三层客户/服务器模式，也称B/S结构。

第一层为浏览器，第二层为Web服务器，第三层为数据库服务器。

如图1.13所示。

浏览器

1.3.3三层客户/服务器（B/S）模式应用系统

基于Web的数据库应用采用三层客户/服务器模式，也称B/S结构。

第一层为浏览器，第二层为Web服务器，第三层为数据库服务器。

如图1.13所示。

图1.13三层客户/服务器结构

1.3.3三层客户/服务器（B/S）模式应用系统

例如，用ASP.NET开发的三层客户/服务器（B/S）模式的学生成绩管理系统学生信息更新页面如图1.14所示。

图1.14C/S模式的学生成绩管理系统界面

1.3.3三层客户/服务器（B/S）模式应用系统

图1.15B/S模式的学生成绩管理系统页面

1.4.1软硬件环境

SQLServer2000可在多种操作系统环境下运行。

所有SQLServer2000版本的客户端软件可在任何版本的MicrosoftWindowsNT、2000、XP、2003和98上运行。

SQLServer2000服务器组件必须在MicrosoftWindowsNT、Windows2000Server（SP2）、Windows2000Ad

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