SQL Server：数据库基础

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绪论

1.1 数据、信息与数据处理

(1) 数据(Data)：是数据库中存储的基本对象；

• 定义：描述事物的符号记录，是信息的符号表示，或称载体；
• 种类：数字、文本、图形、图像、声音、视频，学生的档案记录(40951001, 王二小，男，1988，内蒙，tx1201)等。

(2) 信息：数据的内涵，是数据的语义解释。

(3)数据处理：将数据转换成信息的过程;数据管理： 是数据处理的核心。

1.2 数据管理技术的产生与发展

1. 人工管理阶段（20世纪50年代中期前）

• 数据不保存
• 应用程序管理数据
• 数据不具有独立性和共享性

2. 文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）

• 数据以文件形式可以长期保存在外存储设备上
• 由文件系统管理数据（ “按名访问，按记录存取 ” ）
• 数据共享性差，冗余度大（ 面向应用 ）
• 数据独立性差

3. 数据库系统阶段（20世纪60年代后期至今）

• 数据结构化, 并与程序分离
• 数据的共享性高，冗余度低，易扩充（集中存储）
• 数据独立性高
• 数据由数据库管理系统统一控制

数据库系统阶段——数据独立性高

• 物理独立性
  用户的应用程序与数据库中数据相互独立。当数据的存储格式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响应用程序。
• 逻辑独立性
  指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序不用改变。
• 数据独立性由DBMS的二级映像功能来保证。

数据库系统阶段——DBMS提供数据控制功能

(1) 数据的安全性（ （Security） ） 控制
保护数据 ， 以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏 。
(2) 数据的完整性（ （Integrity） ） 控制
将数据控制在有效范围内 ， 或保证数据间满足一定的关系 。
(3) 并发（ （Concurrency） ） 控制
对多用户的并发操作加以控制和协调 ， 防止相互干扰 。
(4) 数据恢复（ （Recovery） ）
将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态 。

数据库系统的发展

• 初级阶段——第一代数据库
  出现了层次模型、网状模型的数据库
• 中级阶段——第二代数据库
  关系型数据库和结构化查询语言
• 高级阶段——新一代数据库
  “面向对象”型数据库

1.3 数据库系统的组成

数据库系统（Database System，DBS）包括以下5部分:

• 数据库
• 数据库管理系统
• 硬件系统
• 软件系统

• 人员(管理员、分析员、设计员、程序员和用户)

  
  

1. 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。
   数据库的基本特征

• 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
• 可为各种用户共享
• 冗余度较小
• 数据独立性较高
• 易扩展

2. 数据库管理系统（Database ManagementSystem ，简称DBMS）

• 管理数据库的系统软件 ，是 数据库系统的核心 。
• 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
  
  DBMS的主要功能
• 数据定义功能（DDL）
• 数据操纵功能（DML）
• 数据库的事务管理和运行管理
• 数据库的建立和维护功能
• 数据通信

3. 硬件系统
   硬件系统要有足够的内存用来存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓存、应用程序及数据备份等。
4. 软件系统
   包括DBMS、支持DBMS运行的操作系统和具有数据访问接口的高级语言及其编程环境。

1.4数据模型

根据应用目的，模型分为两个层次：

1. 概念模型( 信息模型)

• 按用户的观点 ，独立于计算机实现的，只用来描述和组织 所关心的信息 结构的概念数据模型， 强调语义
• 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言
• 对应于信息世界

2. 数据模型

• 按计算机系统的观点，直接面向计算机系统的，描述数据库中数据的逻辑结构的基本数据模型
• 对应于数据世界（机器世界）
• 包括逻辑模型和物理模型

概念模型（信息世界中）的基本概念

• 实体Entity ：客观存在并相互区别的事物。具体的人、事、物，抽象的概念（订货）
• 属性Attribute ：实体或联系的特征。学生（学号，姓名，性别）
• 码，键Key ：唯一标识实体的属性或属性组
• 域Domain ：属性的取值范围。性别（男，女）
• 实体型Entity Type ：实体名＋属性名集合
• 实体集Entity Set ：同型实体的集合
• 联系Relationship: 实体与实体之间的联系

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。
• 一对多联系 记为 １：n。

• 多对多联系 记为m ：n。

  
  

概念模型的表示方法

E-R图：提供了表示实体、属性和实体间联系的方法

建立E-R图的步骤

1. 确定实体和实体的属性
2. 确定实体和实体之间的联系及联系的类型
3. 给联系和实体加上属性。

E-R模型实例

数据模型定义

• 数据模型是表示实体类型和实体间联系的模型，是机器世界对现实世界中的数据和信息 抽象、表示和处理 。
• 包括逻辑模型和物理模型。

数据模型的组成要素(三要素)

数据结构、 数据操作和 数据完整性约束

数据结构

1. 数据结构的概念

• 实体及实体间联系的 表示方法，描述了系统的 静态特性.

2. 数据结构描述的内容

• 对象的数据类型、内容、性质有关的对象；
• 与数据之间联系有关的对象；

数据操作

1. 概念

• 对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则，是对系统 动态特性的描述。

2. 数据操作的类型（2大类）

• 数据检索（查询）
• 数据更新(包括插入、删除、修改)

数据完整性约束

1. 概念：完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的 制约和依存规则。
2. 作用：限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。
3. 四种类型：实体完整性约束、域完整性约束、参照完整性约束和用户自定义完整性约束。

最常用的数据模型

非关系模型

• 层次模型(Hierarchical Model)
  层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型;
  层次数据库系统的典型代表是IBM 公司1968年 年推出的IMS(Information Management System);
  层次模型用 树形结构(“ 有向树”) 来表示各类实体以及实体间的联系.

  
  

• 网状模型(Network Model)
  典型代表是DBTG;
  通过 有向图结构 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);
  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。

  
  

关系模型(Relational Model)

• 1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型
• 关系数据结构：规范化的二维表（关系）
  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。
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三种模型比较

1.5数据库系统结构

• 数据库系统内部的体系结构
  从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构。
• 数据库系统外部的体系结构
  从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为:集中式结构；客户/服务器结构；浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等。
• 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，数据库设计的标准体系结构是3 级模式结构，即外模式 ,模式和内模式
• 对应于体系结构，用户或程序员看到或使用的数据库内容被称为视图，可把视图相应分为：

1. 对应于用户的外部视图（ 用户视图）
2. 对应于应用程序员的 (概念视图)

3. 对应于系统程序员的内部视图（ 存储视图）

   
   

• 模式（Schema，也称逻辑模式，概念视图）
  -- 数据库中 全体数据的逻辑结构和特征 的描述。
  -- 一个数据库只有一个模式
  -- 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
• 外模式（External Schema）
  -- 也称 子模式或用户模式；
  -- 数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
  -- 外模式的地位：介于模式与应用之间
  -- 外模式通常是模式的子集
  -- 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求
• 内模式（Internal Schema）
  -- 是 数据物理结构 和 存储方式
  -- 是数据在数据库内部的表示方式
  3级模式是对数据的三个抽象级别
  2级映象在DBMS 内部实现这三个抽象层次的联系和转换 ；
• 外模式\ 模式映像
  -- 保证数据的逻辑独立性
  -- 同一个模式可以有任意多个外模式，外模式／模式映象定义外模式与模式之间的对应关系；
  -- 当模式改变时，外模式／模式映象使外模式保持不变；
  -- 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而不必修改应用程序，保证了数据与程序的逻辑独立性
• 模式\内模式映像
  -- 保证数据的物理独立性。
  -- 模式／内模式映象定义了数据 全局逻辑结构与 存储结构之间的对应关系。
  -- 当数据库的存储结构改变了，模式／内模式映象使模式保持不变。
  -- 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性。

从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构） ，数据库系统的结构分为:

• 集中式数据库系统
• 客户/服务器（C/S）系统结构
• 分布式数据库系统结构
• 浏览器／服务器（B/S）系统结构

关系数据库

2.1关系数据模型的基本概念

关系模型的组成（三要素）

• 关系数据结构（静态特性）
  现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示;
  数据的逻辑结构----二维表
• 关系操作集合（动态特性）
  插入、删除、修改、查询（选择、投影、连接、除、并、交、差）
• 关系完整性约束
  实体完整性、参照完整性、域完整性、用户定义完整性

1） 关系: 通常将一个无重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名。
2） 元组: 二维表的每一行在关系中称为元组。描述了现实世界中的一个实体或不同实体间的一种联系。
3） 属性: 二维表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，各个属性的取值称为属性值。每个属性有一定的取值范围，称为值域。
4）域 （Domain): 关系中每个属性所对应的变化范围叫做属性的变域或简称域，关系中所有属性的实际取值必须来自它对应的域。
5）分量: 一个元组在一个属性域上的取值称为该元组在此属性上的分量。
6）关系模式: 二维表的表头那一行称为关系模式，即一个关系的关系名及其全部属性名的集合。关系模式是概念模型中实体型及实体型之间联系的数据模型表示。 一般表示为：
关系名（属性名1，属性名2 ， ……，属性名n）
关系模式指出了一个关系的结构；而关系则是由满足关系模式结构的元组构成的集合。关系模式是稳定的、静态的，而关系则是随时间变化的、动态的。
7） 候选码（Candidate key）: 若关系中的某一属性或属性组合的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码
在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。
在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）
8） 主码: 若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主
码（Primary key）
9）主属性和非主属性
-- 主码的各个属性称为主属性（Prime attribute）。
-- 不包含在任何候选码中的属性称为非主属性Non-key attribute）
10）外码: 如果关系中某个属性或属性组合并非码，但却是另一个关系的主码，则称此属性或属性组合为本关系的外码或外键(ForeignKey)。在关系数据库中，用外码表示两个表间的联系。

2.2关系数据模型的集合论定义

笛卡尔积

• 笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。

• 基数（Cardinal number）

  
  

关系

• 笛卡尔积中的任意子集叫作在域 上的n元 关系，简称关系。
• n元关系就会有n个属性。一个关系中的每一个属性的属性名都不同，对应参与笛卡儿积运算的每个集合的名称。
• 一个属性的取值范围Di 称为该属性的域（Domain）。

基本关系的性质

关系模式

2.3 关系模型的完整性约束

数据库系统提供的监测机制，确保存储数据的规范，称为完整性约束。

• 实体完整性
  实体完整性通过定义 主码 来实现的。若属性A A 是关系R R 的主属性，则A A 不能取空值且取值唯一 ；
  一个关系模型中的所有 元组都是惟一 的，没有两个完全相同的元组，也就是一个二维表中没有两个完全相同行，也称为行完整性。
• 域完整性
  对关系R R 中属性（列）数据的规范，也称列完整性，限制属性的 数据类型、格式、取值范围、是否允许空值 等。
• 参照完整性
  参照完整性是通过定义 外 键 FK （ 存在或为空） 来建立实体间联系的。
  如外键取空，则 FK 中的每个属性的分量都是空值。
• 用户定义完整性
  针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。

2.4关系代数

笛卡尔积

选择（限制）

投影（Projection）

连接（Join ）

除（Division ）

SQL Server 2008 数据库基础

SQL Server 简介

• 常见数据库产品包括甲骨文公司的Oracle系统，IBM 公司的DB2 系统和Informix 系统，赛贝斯公司的Sybase ASE 系统，微软公司的Microsoft SQL Server 系统和Access 系统，以及MySQL

• 2008 年8 月，微软发布Microsoft SQL Server 2008 系统，其代码是Katmai 。该系统在 安全性、可用性、易管理性、可扩展性、商业智能 等方面有了更多的改进和提高，支持 更强大 的数据存储和应用需求。

  
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SQL Server 2008登录

SQL Server Management Studio 简介

SQL Server 2008 数据库的创建与维护

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• SQL Server 2008 数据存储结构
  （1 ）数据库文件
  • 主数据文件.mdf
  • 次要数据文件 .ndf
  • 日志文件 .ldf
  • 数据文件结构组成
  • 页
    _ SQL Server最小存储数据单位
    _ 一个页大小是8K
  • 区
    _ 管理空间的基本单位
    _ 8个物理上连续的页（64 KB）
    _ 表被存储在区

（2)数据库文件组

(3)数据库创建

（4）数据库修改

（5）数据库删除

Transact-SQL 程序设计基础

（1 ）标识符分类

（2）数据类型

（3）全局变量

（4）运算符

（5）批处理

（6）函数

（7）流程控制

关系数据库标准语言SQL

SQL 的三级模式结构

SQL 的数据定义

• 基本表定义

  
  

• 基本表的修改与删除

  
  
  

• 索引的建立和删除

  
  

• 查询语句

查询的基本结构包括了三个子句： SELECT、 FROM 、 WHERE。

从表中（From子句）,选择满足记录选择条件（Where子句）的记录，并对他们进行分组（Group子句, Having子句表达组选择条件）、统计(统计函数）、排序（Order by 子句）和投影（Select子句） ，形成查询结果集。

1. 单表无条件查询
   DISTINCT 保留字的使用：可以使查询的结果中重复列值只保留一个。
   查询列中含有运算的表达式。
   查询列中含有字符串常量。
   查询列中含有聚合函数。

   
   

2. 单表有条件查询

   
   

3. 分组查询和排序查询

   
   

4. 多表查询

• SQL通过连接查询、笛卡尔积、并操作、交操作、差操作5种关系代数中的运算功能来实现多个数据表的查询。SQL通过连接查询、笛卡尔积、并操作、交操作、差操作5种关系代数中的运算功能来实现多个数据表的查询。
• SQL 提供在子句中列出每个关系 然后在SELECT子句和WHERE子句中引用FROM子句中的关系属性，而WHERE子句中用来连接两个关系的条件。在SELECT子句和WHERE子句中引用FROM子句中的关系属性，而WHERE子句中用来连接两个关系的条件。

• 连接查询包括等值连接、非等值连接、自身连接、内连接和外连接等值连接、非等值连接、自身连接、内连接和外连接等。

  
  

5. 嵌套查询

   
   

• SQL 的数据操纵

1. 插入数据

   
   

2. 修改数据

   
   

3. 删除数据

   
   
   

• 视图
  • 视图是 外模式的基本单位，实际上视图是从若干个基本表或视图导出来的虚表。
  • 当基本表的数据发生变化时，相应的视图数据也会随之改变。
  • 视图定义后，可以被用户查询、更新，但通过视图来更新基本表中的数据要有一定的限制。

1. 定义视图

   
   

2. 删除视图

   
   

3. 查询视图

   
   

4. 更新视图

   
   

5. 视图的作用

   
   

• 存储过程

  
  
  

1. 创建执行

   
   
   

2. 修改删除

   
   

3. 查看储存

   
   

• 触发器
  • 触发器是一种特殊的存储过程，在对表或视图执行，触发器是一种特殊的存储过程，在对表或视图执行 UPDATE 、 INSERT 或 DELETE 操作时自动触发执行操作时自动触发执行。

  • 触发器技术是保证数据完整性的高级技术，触发器还可以用于对系统的高级监测，用于实施完整性和强制执行业务规则。

    
    
    
    

关系数据库规范化理论

关系模式的形式化定义

函数依赖的基本概念

• 函数依赖

  
  
  

• 码的函数依赖

  
  

关系模式的规范化

1. 第 1 范式 1NF

   
   

2. 第 2 范式 2NF

   
   

3. 第 3 范式 3NF

   
   

4. BCNF 范式

   
   

5. 多值依赖与第 4 范式

   
   
   

数据库设计

需求分析

概念结构设计

逻辑结构设计

物理结构设计

数据库实施

数据库运行与维护