1、第四章数据库系统第四章-数据库系统第四章 数据库系统一、知识架构二、学习目标（一）本章主要介绍数据库、数据库模型和SQL语言。通过本章的学习，要求考生能够：1.理解数据库和数据模型的基本概念；2.熟悉关系模型的结构、完整性、关系运算及规范化；3.熟悉数据库的安全性；4.掌握SQL语言的基本概念和基本操作。数据库处理技术的发展、数据库系统的组成与结构、数据库管理系统以及数据库技术的新发展。这一章将进一步详细介绍数据库的基本知识和数据库的定义与查询方法。（二）本章重点、难点1重点：（1）关系模型的结构（2）关系的完整性（3）数据库安全性（4）SQL语言的特点（5）SQL命令格式及使用方法2. 难点
2、：（1）数据规范化的过程（2）SQL语言查询三、主要内容4.1 数据库系统概述4.1.1 数据模型1. 模型的概念模型：对现实世界事物特征的模拟和抽象就是这个事物的模型。因为计算机不能代替人直接处理具体事务，必须先把具体事物及其之间的联系转换为抽象的模型，进而转换为可以处理的数据，从而实现对事物的处理。因此，在数据库中数据模型是抽象的表示和处理数据的工具。作为模型应该满足：一是真是反映事物本身；二是容易被人理解；三是便于在计算机上实现。数据模型分为两类：以人的观点模拟物质本身的模型称为概念模型（或信息模型），以计算机系统的观点模拟物质本身的模型称为数据模型。2. 概念模型概念模型也称为信息模型
3、。概念模型按用户的观点对现实世界建模，它是缺乏计算机知识的基本用户最容易理解的，便于和数据库设计人员进行交流的语言。独立于任何数据库管理系统，但是又很容易向数据库管理系统支持的逻辑数据库模型转换。（1）基本术语；（信息世界）实体：客观存在，并且可以相互区别的事物称为实体；属性：实体具有的每一个特性都称为一个属性；（与“值”区别）3. 数据模型数据库模型支持的数据模型，分为逻辑数据模型和物理数据模型。逻辑数据模型是用户通过数据库管理系统看到的现实世界，它描述了数据库数据的整体结构。逻辑模型通常由数据结构、数据操作和数据完整性约束三部分组成。数据结构是对系统静态特性的描述，是数据模型中最重要的部分
4、，一般以数据结构的类型来命名数据模型。常用的数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型以及面向对象数据模型。物理数据模型是用来描述数据的物理存储结构和存储方法。常说的数据模型是指逻辑数据模型。（1）格式化数据模型：包括层次数据模型和网状数据模型。层次模型的主要特征：层次模型示意图有且仅有一个无亲的根节点；根节点以外的其它节点，向上仅有一个父节点，向下可有若干子节点。网状模型的主要特点：网状模型示意图允许有一个以上的节点无双亲；至少有一个节点有多个双亲。总结：层次模型和网状模型都支持三级模式结构，并通过外模式与模式之间的映射和模式与内模式之间的映射，保证数据库系统具有数据和程序的物理独立性和一定的
5、逻辑独立性。层次模型仅仅是网状模型的一个特例。（2）关系模型关系模型以人们经常使用的表格形式作为基本的存储结构，通过相同关键字段实现表格间的数据联系。4.1.2 关系模型与关系数据库1. 关系模型的数据结构特点：逻辑结构简单、数据独立性强、存取具有对称性、操作灵活。在数据库中的数据结构如果依照关系模型定义，就是关系数据库。关系数据库系统由许多不同的关系构成，其中每个关系就是一个实体，可以用一张二维表表示。如一张“学生”数据表就是一个关系。关系二维表中的术语：属性：元组：框架：分量：域：候选码：主码：主属性：非主属性：不能作为候选码的属性叫做非主属性。参照关系：外码所在的关系叫做参照关系。被参照
6、关系：主码与另一个关系的外码相对应的关系叫做该外码的被参照关系，或叫做目标关系。对一个关系的描述可以成为一个关系模式，常常记为：关系名（属性1，属性2，属性n）eg：学生（系别，专业号，专业，姓名，性别，年龄，学号）在关系模型中，不但实体用关系表示，而且实体之间的联系也用关系表示。顾客（顾客号，姓名，性别）商品（商品号，商品名，单价）购物（顾客号，商品号，数量）2. 关系模型的基本要求关系模型必须具备下面五个基本条件：表格中每一数据项不可再分，这是最基本项；表格中每一数据有相同的类型，即属性；每列的顺序是任意的；每一行数据是一个实体诸多属性值的集合，即元组；各行顺序都是任意的。3. 关系的完整
7、性关系模型一般具有三类完整性约束条件，分别是实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。（1）实体完整性关系中的主属性不能为空值。（2）参照完整性若参照关系中的外码与目标关系中的主码向对应，则参照关系中每个元组在外码上的每个属性值必须为空值，或者等于目标关系中某个元组的主码值。eg:专业关系：专业（专业号，专业）学生关系和专业关系中的专业号的属性值必须一致，或者学生关系的外码专业号取值为空，表示还没给该学生分配专业。（3）用户定义的完整性由用户根据具体的应用环境，为某个关系数据库设定非约束条件。eg：域，属性值的类型。4.关系操作在关系数据库系统中对数据的各种处理都是以传统集合运算和专门的关系运算
8、为根据的。(1) 传统的集合运算：并、交、差。(2) 专门的关系运算关系运算主要是选择（筛选）、投影和连接。选择运算SELECT * FROM KB WHERE 时间 IN (“周一”) SQLUSE KBLIST FOR “周一” $ 时间投影运算SELECT 地点,课程名 FROM KB WHERE 时间 IN(“周一”)USE KBLIST FIELDS 地点,课程名 FOR “周一” $ 时间连接运算SELECT XK.学号, XK.课程名,KB.地点, KB.时间 FROM XK JOIN KB ON XK.课程名=KB.课程名4.1.3 数据规范化1. 规范化关系模型的限制条件与规
9、范层次的关系，就称为范式。关系模型也有优劣之分，由于限制条件的严格程度不同，关系分为不同的规范层次。限制条件越严格，描述的关系就越规范。一般把关系的这种层次叫做范式，限制越严格的关系，范式就越高。数据规范化理论认为，关系范式越高，数据库结构就越好。范式间的关系高一级范式的关系模型总是包含在第一级范式的关系模型中。2. 数据规范化一个低一级范式的关系模式，可以通过分解转换为若干个高一级范式的关系模式的集合，关系模式的这种不断改进提高的过程叫做数据规范化。4.1.4 数据库的安全性数据库具有的防止非法用户闯入，或合法用户非法使用造成数据泄漏、更改或破坏的功能叫做数据库安全性。它与数据完整性是两个不
10、同的概念，安全性是防范非法用户及非法操作的，完整性是防范使用不合语义数据的。对于数据库系统来说，常用的安全措施主要有身份验证和存取控制两个方面：1.身份验证输入用户名或用户标志号；系统核对用户输入的口令。（随机数）2.存取控制通过身份验证后的合法用户也只能存取与自己相关的数据，也就是只能访问实现为它定义好权限的那些数据。存取权限由两个要素构成：数据对象和操作类型。在关系数据库中，数据对象主要有两类：表、字段等；外模式、模式、内模式。4.2 数据库管理系统中的SQL语言4.2.1 结构化查询语言SQL概述SQL(Structured Query Language, 即结构化查询语言)是集中数据定
11、义、数据查询、数据操纵和数据控制功能于一体的标准关系数据库语言。SQL也是关系数据库管理系统的核心，特别是新的大型数据库管理系统更是完全由SQL实现。在层次模型和网状模型中，数据语言是由数据定义语言（DDL）和数据操纵语言（DML）组成；而SQL集合了DDL、DML、DCL（数据控制语言）功能于一身的独立语言。它可以独立完成数据库生命周期中的全部活动，如定义关系模式、插入数据建立数据库、查询更新、维护、数据库重构、数据库安全控制等，为数据库应用系统的开发提供了良好的环境。1. SQL语言的特点SQL是高度非结构化语言，没有基本程序结构语句，每条命令功能强大、操作简单。其核心功能只是用9条命令动
12、词。SELECT 数据查询CREATE 、DROP、 ALTER 数据定义INSERT、 UPDATE、 DELETE 数据操纵GRANT、 REVOKE 数据控制2. SQL语言的使用SQL语言可以直接是用命令形式以交互方式使用，也可以嵌入其它语言程序命令行中，以程序的方式使用。FoxPro中不能支持全部的SQL语句，只能支持SELECT、CREATE、ALTER、INSERT、UPDATE、DELETE等6种主要语句命令。3. SQL数据库的术语SQL数据库的术语与传统的关系模型术语不同，与Visual FoxPro中的术语也有差别。（1）表关系模型SQL Server 2000Visua
13、l FoxPro关系表数据表（表）元组行记录属性列字段框架结构结构主码主键主索引候选码键候选索引（2）数据库关系数据库是支持关系模型的数据库，一个关系数据库中包含了若干关系。一般SQL数据库是基本表的汇集，包含了基本表、视图、索引。在SQL Server 2000中关系数据库以文件的形势存放在计算机外存储器中，其文件扩展名是MDF。数据库文件主要有主数据库文件、其它数据文件和事务日志文件三类。在数据库中包含了表、视图、存储过程、触发器、用户自定义数据类型、用户定义函数、索引、规则、默认值等。在Visual FoxPro中，数据库也作为一个文件存放在计算机外存储器中，其文件扩展名是DBC。在数据
14、库中不能直接存放任何用户数据，它只是组织和管理，其中包含：数据表、视图、存储过程、触发器、索引等，并且建立数据字典和数据安全保护。（3）索引索引时依据数据表中某个关键字或关键字表达式值的顺序，使数据表中的记录有序排列的一种技术。索引并不改变数据表中数据的物理顺序，而是另外建立一个索引对应列表。（4）关键字作为创建索引的表达式一般叫做关键字，而关键字表达式可以由数据表的一个列（字段），或者有若干列及变量、函数等组成。（5）视图视图是一种特殊类型的表，它往往由一个或若干个表中的部分字段或部分记录导出，但是不会被作为一个完整的数据集合存放在存储器中。4.2.2 数据库的定义在SQL Server 2
15、000中可以直接用SQL语句定义数据库，语句命令格式如下。其中中的内容为可选项，中的内容为必选项，| 左右的子句可任选其一，省略号为前面同类项的多次重复。命令格式：CREATE DATABASE ON PRIMARY (NAME=数据库逻辑文件名， FILENAME=数据库文件名后缀及存储路径 ，SIZE=初始容量值 ，SIZE=初始容量值|UNLIMITED , FILEGROWTH=增加值 ) , LOG ON ( NAME=数据库文件名后缀及存储路径 , SIZE=初始容量值 ，MAXSIZE=最大容量值 | UNLIMITED , FILEGROWTH=增加值）, FOR LOAD |
16、 FOR ATTACH4.2.3 数据库的管理1. 显示数据库信息2. 配置数据库3. 重新命名4. 删除数据库4.2.4 数据库的定义1. 数据类型（1）SQL Server 2000字符型，整型数，浮点数，日期时间，货币型，二进制数，文本和图形，特殊类型，自定义数据类型。（2）Visual FoxPro 6.0字符型，数值型，日期型，日期时间型，逻辑型，备注型，通用型。2. 语句命令格式4.2.5 数据表的管理1. 查看表的结构2. 修改表的结构3. 表的删除4. 数据的插入5. 数据的更新6. 数据的删除4.2.6 索引的建立与删除索引是独立表的、物理的数据库结构，它仅仅是原表中很小的一
17、个子集。由一列或多列值以及这些值联系原表相应数据行的逻辑指针组成的集合成长索引表（页面）。索引表比数据表占用的存储空间要小得多，创建的速度也快得多。1. 索引的种类SQL:聚集索引，非聚集索引。VF: 主索引，候选索引，普通索引。2. 索引的创建3. 索引的删除4.2.7 视图的定义与删除视图是从一个或多个表或视图中导出的表，是根据用户的要求定义的：但并不存在真正的数据集合，只是保存了一种查询条件的程序，所以它是逻辑表，也称为虚表。视图可以为用户集中自己需要的数据，简化用户对数据的查询处理，并简化用户权限的管理，屏蔽数据库的复杂性，便于数据的共享。1. 定义视图2. 视图的删除4.3 SQL语言的查询功能在SQL Server 2000/Visual FoxPro 中，提供了两种查询数据的方法：一种是直接使用SELECT语句编制程序查询，另一种是使用查询设计器生成程序查询。4.3.1 简单查询1. 查询单表所有字段2. 查询数据表的制定列3. 使用列表达式查询4. 不输出重复行的查询5. 查询结果排序输出6. 只输出部分行的查询7. 满足逻辑条件的查询8. 查询含有空值NULL的记录9. 控制输出方向10. 使用统计函数查询11. 分组查询12. 带清单的统计查询13. 模糊查询14. 使用BETWEEN查询4.3.2 高级查询1. 连接查询2. 嵌套查询
