数据库原理与应用教程

前言

第一篇　基础理论

第1章　数据库概述2

1.1　一些基本概念2

1.1.1　数据2

1.1.2　数据库3

1.1.3　数据库管理系统3

1.1.4　数据库系统4

1.2　数据管理技术的发展4

1.2.1　文件管理方式4

1.2.2　数据库管理方式7

1.3　数据独立性10

1.4　数据库系统的组成11

1.5　小结12

习题12

第2章　数据库系统结构13

2.1　数据和数据模型13

2.1.1　数据与信息13

2.1.2　数据模型14

2.2　概念层数据模型15

2.2.1　基本概念15

2.2.2　实体-联系模型15

2.3　组织层数据模型18

2.3.1　关系模型的数据结构18

2.3.2　关系模型的数据操作21

2.3.3　关系模型的数据完整性约束21

2.4　数据库系统的结构23

2.4.1　三级模式结构23

2.4.2　模式映像与数据独立性25

2.5　数据库管理系统27

2.6　小结28

习题28

第3章　SQL语言基础及数据定义功能30

3.1　基本概念30

3.1.1　SQL语言的发展30

3.1.2　SQL语言的特点31

3.1.3　SQL语言的功能概述31

3.2　SQL Server提供的主要数据类型32

3.2.1　数字类型32

3.2.2　字符串类型33

3.2.3　日期和时间类型36

3.3　数据定义功能36

3.3.1　基本表的定义与删除37

3.3.2　修改表结构39

3.4　数据完整性40

3.4.1　完整性约束条件的作用对象40

3.4.2　实现数据完整性41

3.5　小结43

习题43

第4章　数据操作语句45

4.1　数据查询45

4.1.1　查询语句的基本结构46

4.1.2　单表查询47

4.1.3　多表连接查询62

4.1.4　使用TOP限制结果集69

4.1.5　子查询70

4.2　数据更改77

4.2.1　插入数据78

4.2.2　更新数据78

4.2.3　删除数据79

4.3　数据查询扩展80

4.3.1　将查询结果保存到新表中80

4.3.2　CASE表达式81

4.3.3　查询结果的并、交、差运算84

4.4　小结87

习题88

第5章　视图和索引90

5.1　视图90

5.1.1　视图的概念90

5.1.2　定义视图91

5.1.3　通过视图查询数据93

5.1.4　修改和删除视图94

5.1.5　视图的作用95

5.2　索引96

5.2.1　索引的基本概念96

5.2.2　索引的分类97

5.2.3　唯一索引97

5.2.4　创建和删除索引98

5.3　小结99

习题99

第6章　关系数据库规范化理论100

6.1　函数依赖100

6.1.1　函数依赖的基本概念100

6.1.2　一些术语和符号101

6.1.3　为什么要讨论函数依赖102

6.2　关系规范化103

6.2.1　关系模式中的码103

6.2.2　范式104

6.3　小结107

习题107

第7章　数据库保护108

7.1　事务108

7.1.1　事务的基本概念108

7.1.2　事务的特征109

7.1.3　SQL事务处理模型110

7.2　并发控制110

7.2.1　并发控制概述111

7.2.2　并发控制措施113

7.2.3　封锁协议114

7.2.4　死锁116

7.2.5　并发调度的可串行性116

7.2.6　两段锁协议117

7.3　数据库备份与恢复118

7.3.1　数据库故障的种类119

7.3.2　数据库备份119

7.3.3　数据库恢复120

7.4　小结121

习题121

第8章　数据库设计123

8.1　数据库设计概述123

8.1.1　数据库设计的特点124

8.1.2　数据库设计方法概述124

8.1.3　数据库设计的基本步骤125

8.2　数据库需求分析126

8.2.1　需求分析的任务126

8.2.2　需求分析的方法127

8.3　数据库结构设计129

8.3.1　概念结构设计129

8.3.2　逻辑结构设计137

8.3.3　物理结构设计141

8.4　数据库行为设计143

8.4.1　功能分析143

8.4.2　功能设计143

8.4.3　事务设计144

8.5　数据库实施145

8.5.1　加载数据145

8.5.2　调试和运行应用程序145

8.6　数据库的运行和维护146

8.7　小结146

习题147

第二篇　SQL Server基础及使用

第9章　SQL Server 2019基础150

9.1　SQL Server 2019简介150

9.1.1　主要组件150

9.1.2　管理工具151

9.1.3　主要版本及各版本的功能差异151

9.1.4　软硬件要求153

9.1.5　实例155

9.2　安装和配置SQL Server 2019155

9.2.1　安装SQL Server 2019155

9.2.2　设置SQL Server服务启动

 方式162

9.3　SQL Server Management Studio

 工具163

9.3.1　连接到数据库服务器163

9.3.2　查询编辑器165

9.4　小结167

习题167

上机练习167

第10章　数据库及表的创建与管理168

10.1　SQL Server数据库概述168

10.1.1　系统数据库168

10.1.2　SQL Server数据库的组成169

10.1.3　数据文件和日志文件170

10.1.4　数据库文件的属性170

10.2　创建数据库171

10.2.1　用图形化的方式创建数据库171

10.2.2　用T-SQL语句创建数据库175

 10.3　基本表的创建与管理179

10.3.1　创建表179

10.3.2　定义完整性约束181

10.3.3　修改表结构190

10.3.4　删除表190

10.4　小结192

习题192

上机练习193

第11章　安全管理195

11.1　安全控制概述195

11.1.1　安全控制模型195

11.1.2　SQL Server安全控制过程196

11.2　登录名196

11.2.1　身份验证模式196

11.2.2　建立登录名198

11.2.3　删除登录名203

11.3　数据库用户204

11.3.1　建立数据库用户204

11.3.2　删除数据库用户207

11.4　权限管理208

11.4.1　权限种类及用户分类208

11.4.2　权限的管理209

11.5　角色219

11.5.1　服务器级别的固定角色220

11.5.2　数据库级别的固定角色221

11.5.3　用户定义的角色222

11.6　小结227

习题227

上机练习228

第12章　备份和还原数据库230

12.1　备份数据库230

12.1.1　为什么要进行数据备份230

12.1.2　备份内容及备份时间231

12.1.3　一些术语231

12.1.4　备份设备232

12.2　SQL Server支持的恢复模式和

 备份类型233

12.2.1　恢复模式233

12.2.2　备份类型及备份策略235

12.2.3　实现备份238

12.3　还原数据库244

12.3.1　还原数据库的顺序244

12.3.2　实现还原246

12.4　小结252

习题253

上机练习253

第三篇　数据挖掘与数据库技术的发展

第13章　数据仓库与数据挖掘256

13.1　数据仓库技术256

13.1.1　数据仓库的概念及特点257

13.1.2　数据仓库的体系结构258

13.1.3　数据仓库的分类258

13.1.4　数据仓库的开发259

13.1.5　数据仓库的数据模式260

13.2　联机分析处理261

13.2.1　OLAP的基本概念262

13.2.2　联机分析处理系统基本的

 分析功能263

13.3　数据挖掘264

13.3.1　数据挖掘过程265

13.3.2　数据挖掘和知识发现266

13.3.3　数据挖掘的常用技术和目标267

13.3.4　数据挖掘工具268

13.3.5　数据挖掘应用269

13.3.6　数据挖掘的前景270

13.4　小结271

第14章　数据库技术的发展272

14.1　概述272

14.1.1　传统数据库技术的发展历程272

14.1.2　新一代数据库管理系统273

14.2　面向对象技术与数据库技术的

 结合274

14.2.1　新的数据库应用和数据类型274

14.2.2　面向对象数据模型275

14.2.3　面向对象数据库的优点278

14.2.4　对象关系数据库与对象

 数据库279

14.3　数据库技术面临的挑战279

14.4　数据库技术的研究方向281

14.4.1　分布式数据库系统281

14.4.2　面向对象的数据库管理系统281

14.4.3　多媒体数据库282

14.4.4　数据库中的知识发现282

14.4.5　专用数据库系统282

14.5　NoSQL数据库283

14.5.1　NoSQL数据库概述283

14.5.2　NoSQL数据库常见分类283

14.5.3　NoSQL数据库发展现状及

 挑战284

14.6　小结284

附录　数据库分析与设计示例285

第1章数据库概述

随着信息管理水平的不断提高，信息已成为企业的重要财富和资源，同时，管理信息的数据库技术也在飞速发展，其应用领域越来越广泛。人们在不知不觉中拓展着数据库的使用范围，比如信用卡购物，飞机、火车订票系统，商场的进货与销售，图书馆对书籍及借阅的管理等，无一不使用了数据库技术。从小型事务处理到大型信息系统，从联机事务处理到联机分析处理，从一般企业管理到计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、地理信息系统等，数据库系统已经渗透到我们日常生活中的方方面面，数据库中信息量的大小以及使用的程度已经成为衡量企业信息化程度的重要标志。

数据库是数据管理的最新技术，其主要研究内容是如何对数据进行科学管理，以提供可共享、安全、可靠的数据。数据库技术一般包含数据管理和数据处理两部分。

数据库系统本质上是一个用计算机存储数据的系统，数据库本身可以看作一个电子文件柜，也就是说，数据库是收集数据文件的仓库或容器。

本章介绍数据库系统的基本概念，包括数据管理的发展过程和数据库系统的组成。读者可从本章了解为什么要学习数据库技术，并为后续章节的学习做好准备。

1.1一些基本概念

在系统地介绍数据库技术之前，首先介绍数据库中常用的一些术语和基本概念。

1.1.1数据

数据（Data）是数据库中存储的基本对象。早期的计算机系统主要用在科学计算领域，处理的数据基本是数值型数据，因此数据在人们头脑中的直觉反应就是数字，但数字只是数据的一种最简单的形式，是对数据的传统和狭义的理解。目前计算机的应用范围已十分广泛，因此数据种类也更加丰富，比如，文本、图形、图像、音频、视频、商品销售情况等都是数据。

可以将数据定义为：数据是描述事物的符号记录。描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等，数据有多种表现形式，经过数字化后都能保存在计算机中。

数据的表现形式并不一定能完全表达其内容，有些还需要经过解释才能明确其表达的含义，比如20，当解释其代表人的年龄时就是20岁，当解释其代表商品价格时，就是20元。因此，数据和数据的解释是不可分的。数据的解释是对数据演绎的说明，数据的含义称为数据的语义。

在日常生活中，人们一般直接用自然语言来描述事物，例如描述一门课程的信息：数据库系统基础课程，4个学分，第5学期开设。在计算机中经常按如下形式描述：

（数据库系统基础、4，5）

即把课程名、学分、开课学期信息组织在一起，形成一个记录，这个记录就是描述课程的数据。这样的数据是有结构的。记录是计算机表示和存储数据的一种格式或方法。

1.1.2数据库

数据库(Database，DB)，顾名思义，就是存放数据的仓库，只是这个仓库是存储在计算机存储设备上的，而且是按一定的格式存储的。

人们在收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，就希望将这些数据保存起来，以供进一步从中得到有价值的信息，并进行相应的加工和处理。在科学技术飞速发展的今天，人们对数据的需求越来越多，数据量也越来越大。最早人们把数据存放在文件柜里，现在人们可以借助计算机和数据库技术来科学地保存与管理大量的复杂数据，以便方便而充分地利用宝贵的数据资源。

严格地讲，数据库是长期存储在计算机中的有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的数据冗余、较高的数据独立性和易扩展性，并可为多种用户共享。

概括起来，数据库数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点。

1.1.3数据库管理系统

在了解了数据和数据库的基本概念之后，下一个需要了解的就是如何科学有效地组织和存储数据，如何从大量的数据中快速地获得所需的数据以及如何对数据进行维护，这些都是数据库管理系统要完成的任务。数据库管理系统(Database Management System,DBMS)是一个专门用于对数据进行管理和维护的系统软件。

数据库管理系统位于用户应用程序与操作系统软件之间，如图1-1所示。数据库管理系统与操作系统一样都是计算机的基础软件，同时也是一个非常复杂的大型系统软件，其主要功能包括如下几个方面。

本书由三部分组成，一部分偏重介绍数据库理论，主要介绍的是关系数据库理论；二部分偏重实践，主要是数据库服务器端的维护和管理。三部分介绍数据库技术发展方向。在附录部分用一个完整的示例说明了数据库应用系统的设计和实现过程。