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实用教程
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第一章 数据库基本理论
1.1 数据、信息和数据处理 1.2 数据管理技术的发展 1.3 数据库系统基本概念 1.4 数据模型 1.5 关系数据库基础知识
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（2）分布式数据库系统 分布式数据库系统是将多个集中式的数据库通过网络联接起来， 使各个结点的计算机可以利用网络通信功能访问其他结点上的数据 库资源，使各个数据库系统的数据实现高度的共享。分布式数据库 系统是在20世纪70年代后期开始使用的，由于网络技术的发展为数 据库提供了良好的运行环境，使数据库系统从集中式发展到分布式， 从主机/终端系统发展到客户机/服务器系统结构。在网络环境中， 分布式数据库在逻辑上是一个集中式数据库系统，实际上数据是存 储在计算机网络的各个结点上。每个结点的用户并不需要了解他所 访问的数据究竟在什么地方，就如同在使用集中式数据库一样，因 为在网络上的每个结点都有自己的数据库管理系统，都具有独立处 理本地事务的能力，而且这些物理上分布的数据库又是共享资源。 分布式数据库特别适合地理位置分散的部门和组织机构，如铁路、 民航订票系统，银行业务系统等。分布式数据库系统的主要特点： 系统具有更高的透明度；可靠性更高、效率更高；局部与集中控制 相结合；系统易于扩展。
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数据库管理系统是在操作系统的支持下进行工作的，它实现了对 数据库资源进行统一管理和控制，使数据结构和数据存储具有一定 的规范性，提高数据库应用的简明性和方便性。DBMS为用户管理数 据提供了一整套命令，利用这些命令可以实现对数据库的各种操作， 如数据结构的定义，数据的输入、输出、编辑、删除、更新、统计、 浏览等。 数据库管理系统通常由以下几个部分组成： ①提供了数据定义语言DDL（Data Definition Language）及其 编译和解释程序——主要是用于定义数据库的结构。 ②数据操纵语言DML(Data Manipulation Language)或查询语言 ——提供了对数据库中的数据存取、检索、统计、修改、删除、输 入、输出等基本操作。 ③数据库运行管理和控制例行程序，是数据库管理系统的核心部 分——用于数据的安全性控制、完整性控制、并发控制、通信控制 、数据存取、数据库转储、数据库初始装入、数据库恢复、数据库 的内部维护等，这些操作都是在该程序控制和统一管理下进行的。
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文件管理阶段可以把有关的数据组织成一个文件，这种数据 文件可以脱离程序而独立存储在外存储器上，由一个专门的文件 管理系统对其进行管理。与早期人工管理阶段相比，文件管理的 效率和数量都有很大提高，但仍存在以下问题： ①数据没有完全独立：虽然数据和程序分开，但所设计的数 据是针对某一特定程序，所以无论是修改数据文件或程序文件都 要相互影响。 ②存在数据冗余：文件系统中的数据没有合理、规范的结构 ，使得数据的共享性极差，哪怕是不同程序使用部分相同的数据 ，数据结构也有一点不同，都要创建各自的数据文件，造成数据 的重复存储。 ③数据不能集中管理：文件系统中的数据文件没有集中的管 理机制，数据的安全性和完整性都不能保障。各数据之间、数据 文件之间缺乏联系，给数据处理造成不便。
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②实现了数据的共享：数据库中的数据能为多个用户服务。 ③实现了数据的独立：用户的应用程序与数据的逻辑结构及数据 的物理存储方式无关。 ④实现了数据的统一控制：数据库系统提供了各种控制功能，保 证了数据的并发控制、安全性和完整性。数据库作为多个用户和应 用程序的共享资源，允许多个用户同时访问。并发控制可以防止多 用户并发访问数据时而产生的数据不一致性。安全性可以防止非法 用户存取数据，完整性可以保证数据的正确性和有效性。 在数据库系统阶段，应用程序和数据完全独立，应用程序对数据 管理和访问更加灵活，一个数据库可以为多个应用程序共享，使得 程序的编制和效率大大提高，减少了数据的冗余度，实现数据资源 共享，提高了数据的完整性、一致性以及数据的管理效率。
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1.3 数据库系统基本概念 1.3.1 数据库 数据库是按一定的组织形式存储在一起的相互关联的数据集合。 实际上，数据库就是一个存放大量业务数据的场所，其中的数据具 有特定的组织结构。所谓“组织结构”，是指数据库中的数据不是 分散的、孤立的，而是按照某种数据模型组织起来的，不仅数据记 录内的数据之间是彼此相关的，数据记录之间在结构上也是有机地 联系在一起的。数据库具有数据的结构化、独立性、共享性、冗余 量小、安全性、完整性和并发控制等基本特点。 1.3.2 数据库管理系统 数据库管理系统是一种负责数据库的定义、建立、操纵、管理、 维护的软件系统，是数据库系统的核心部分。
本章主要介绍信息、数据、数据处理、数据模型的基本概念，着 重介绍数据库，数据库管理系统，数据库系统的功能、组成和相互 关系，以及关系数据库的三种关系运算和关系表中的记录、字段、 关键字段、关系模型等概念。 1.1 数据、信息和数据处理 数据与信息 1．数据 数据是对客观事物记录下来的事实，是描述或表达信息的物理形式。 在计算机领域，凡能为计算机所接受和处理的物理形式，例如字符、 数字、图形、图像、声音等都可称之为数据。因此，数据泛指一切 可被计算机接受和处理的符号。数据可分为数值型数据(如产量、 价格、成绩等)和非数值型数据(如人名、日期、文章、声音、图形、 图像等)。数据可以被收集、存储、处理(加工、分类、计算等)、 传播和使用。
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1.2 数据管理技术的发展 数据库（Data Base，简写为DB）技术是20世纪60年代末出现的 以计算机技术为基础的数据处理技术。数据处理的核心问题是数据 管理。数据管理指的是对数据进行组织、编码、分类、存储、检索 与维护等操作。随着计算机硬件技术和软件技术的发展和进步，计 算机数据管理的水平不断提高，管理方式也发生了很大的变化。发 展到现在，数据管理经历了人工管理、文件管理和数据库系统（ Data Base System，简写为DBS）三个阶段。 .2.1 人工管理阶段 人工管理阶段起始于20世纪50年代。当时计算机的存储设备没有 磁盘，数据只能存放于卡片、纸带上。在软件方面，也没有专门的 管理数据的文件，数据由计算数据的程序携带。
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2．数据库系统的分类 数据库系统的分类有多种形式，按数据的存放地点，数据库系统 分为集中式数据库系统和分布式数据库系统。 （1）集中式数据库系统 集中式数据库系统是将数据集中在一个数据库中。数据在逻辑上 和物理上都是集中存放的。所有的用户在存取和访问数据时，都要 访问这个数据库。例如，一个银行储蓄系统，如果系统的数据存放 在一个集中式数据库中，所有的储户在存款和取款时都要访问这个 数据库。这种方式访问方便，但通信量大，速度慢。
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在人工管理阶段对数据的管理存在的主要问题是：①数据不能独立， 编写的程序是针对程序中携带的数据，当数据修改时程序也得修改。 而程序修改后，数据的格式、类型也得变化以适应处理它的程序。 ②数据不能长期保存，数据被包含在程序中。程序运行结束后，数 据和程序一起从内存中释放。③没有对数据管理的软件，即当时还 没有开发专门进行数据管理的软件。人工管理阶段不仅要设计数据 的处理方法， 而且还要说明数据在存储器的存储地址。应用程序 和数据是一一对应的，各程序之间的数据不能相互传递，数据不能 重复使用。 1.2.2 文件管理阶段 在20世纪60年代，计算机软、硬件技术得到快速发展，硬件 有了磁盘、磁鼓等大容量且能长期保存数据的存储设备，软件有了 操作系统。操作系统中有专门的文件系统用于管理外部存储器上的 数据文件，数据与程序分开，数据能长期保存。
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由于文件系统管理数据的缺陷，迫切需要新的数据管理方式，把 数据组成合理结构，能集中、统一地进行管理。数据库技术开始于 20世纪60年代末，在美国产生了具有商业价值的数据库系统，20世 纪80年代随着微型机的普遍应用和数据库系统的不断完善，数据库 系统在世界范围内得到了广泛的应用。 数据库系统是将所有的数据集中到一个数据库中，形成一个数据 中心，实行统一规划，集中管理，用户通过数据库管理系统（ DataBase Management System，简写为DBMS）来使用数据库中的数 据。 1．数据库系统的主要特点 ①实现了数据的结构化：在数据库中采用了特定的数据模型组织 数据。数据库系统把数据存储于有一定结构的数据库文件中，实现 了数据的独立和集中管理，克服了人工管理和文件系统管理的缺陷 ，大大方便了用户的使用，提高了数据管理的效率。
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因为有些信息本身就是数据化的，数据本身又是一种信息。因此， 在多数情况下不对它们进行区分，计算机进行数据交换也可以说是 信息交换，数据处理也意指信息处理。总之，信息是反映客观现实 世界的知识，数据是信息的具体表现形式，数据经过加工处理后使 其具有知识性并对人类活动产生有意义的决策作用。 1.1.2 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。数据处理主要包括对 数据的收集、分类、排序、存储、计算、加工、检索、传输和制表 等处理过程，经过处理提炼的数据能够反映事物或过程的本质和内 在联系，为我们工作和决策提供必要的信息基础和依据，输出有价 值、有意义的信息。
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④数据字典DD（Data Dictionary）——提供了对数据库数据描 述的集中管理规则，对数据库的使用和操作可以通过查阅数据字典 来进行。 1.3.3 数据库系统 数据库系统是指计算机系统引入数据库后的系统构成，是一个具 有管理数据库功能的计算机软硬件综合系统。具体地说，它主要包 括计算机硬件、操作系统、数据库、数据库管理系统和建立在该数 据库之上的相关软件、数据库管理员和用户等组成部分。数据库系 统具有数据的结构化、共享性、独立性、可控冗余度以及数据的安 全性、完整性和并发控制等特点。 ①硬件系统：是数据库系统的物理支持，包括主机、键盘、显示 器、外存储器、输入输出设备等。
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2．信息 信息是指数据经过加工处理后所得到的有价值的知识。信息无时 不有，无处不在，客观存在于人类社会的各个领域，而且不断地变 化着。我们需要不断地获取信息、加工信息和运用信息为社会的各 个领域服务。从计算机应用的角度，我们通常将信息看成是人们进 行各种活动所需要获取的知识。 信息与数据既有联系又有区别，数据反映了信息，而信息又依靠 数据来表达。用不同的数据形式可以表示同样的信息，信息不随它 的数据形式不同而改变。例如：某个部门要召开会议，这个事件形 成了“开会”这样一个信息。把这个信息通知有关单位时，可以使 用广播，即通过“声音”这个具体形式；也可以通过文件，以文字 形式向有关单位传递。“开会”这一信息就从两种不同数据得到。 尽管数据形式不同，但“开会”这个信息的内容没有变，因此可以 说信息是数据的内涵，而数据是信息的具体表示形式。在许多地方 ，信息和数据并不是截然分开的，
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第一章 数据库基本理论
1.1 数据、信息和数据处理 1.2 数据管理技术的发展 1.3 数据库系统基本概念 1.4 数据模型 1.5 关系数据库基础知识
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（2）分布式数据库系统 分布式数据库系统是将多个集中式的数据库通过网络联接起来， 使各个结点的计算机可以利用网络通信功能访问其他结点上的数据 库资源，使各个数据库系统的数据实现高度的共享。分布式数据库 系统是在20世纪70年代后期开始使用的，由于网络技术的发展为数 据库提供了良好的运行环境，使数据库系统从集中式发展到分布式， 从主机/终端系统发展到客户机/服务器系统结构。在网络环境中， 分布式数据库在逻辑上是一个集中式数据库系统，实际上数据是存 储在计算机网络的各个结点上。每个结点的用户并不需要了解他所 访问的数据究竟在什么地方，就如同在使用集中式数据库一样，因 为在网络上的每个结点都有自己的数据库管理系统，都具有独立处 理本地事务的能力，而且这些物理上分布的数据库又是共享资源。 分布式数据库特别适合地理位置分散的部门和组织机构，如铁路、 民航订票系统，银行业务系统等。分布式数据库系统的主要特点： 系统具有更高的透明度；可靠性更高、效率更高；局部与集中控制 相结合；系统易于扩展。
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数据库管理系统是在操作系统的支持下进行工作的，它实现了对 数据库资源进行统一管理和控制，使数据结构和数据存储具有一定 的规范性，提高数据库应用的简明性和方便性。DBMS为用户管理数 据提供了一整套命令，利用这些命令可以实现对数据库的各种操作， 如数据结构的定义，数据的输入、输出、编辑、删除、更新、统计、 浏览等。 数据库管理系统通常由以下几个部分组成： ①提供了数据定义语言DDL（Data Definition Language）及其 编译和解释程序——主要是用于定义数据库的结构。 ②数据操纵语言DML(Data Manipulation Language)或查询语言 ——提供了对数据库中的数据存取、检索、统计、修改、删除、输 入、输出等基本操作。 ③数据库运行管理和控制例行程序，是数据库管理系统的核心部 分——用于数据的安全性控制、完整性控制、并发控制、通信控制 、数据存取、数据库转储、数据库初始装入、数据库恢复、数据库 的内部维护等，这些操作都是在该程序控制和统一管理下进行的。
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文件管理阶段可以把有关的数据组织成一个文件，这种数据 文件可以脱离程序而独立存储在外存储器上，由一个专门的文件 管理系统对其进行管理。与早期人工管理阶段相比，文件管理的 效率和数量都有很大提高，但仍存在以下问题： ①数据没有完全独立：虽然数据和程序分开，但所设计的数 据是针对某一特定程序，所以无论是修改数据文件或程序文件都 要相互影响。 ②存在数据冗余：文件系统中的数据没有合理、规范的结构 ，使得数据的共享性极差，哪怕是不同程序使用部分相同的数据 ，数据结构也有一点不同，都要创建各自的数据文件，造成数据 的重复存储。 ③数据不能集中管理：文件系统中的数据文件没有集中的管 理机制，数据的安全性和完整性都不能保障。各数据之间、数据 文件之间缺乏联系，给数据处理造成不便。
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②实现了数据的共享：数据库中的数据能为多个用户服务。 ③实现了数据的独立：用户的应用程序与数据的逻辑结构及数据 的物理存储方式无关。 ④实现了数据的统一控制：数据库系统提供了各种控制功能，保 证了数据的并发控制、安全性和完整性。数据库作为多个用户和应 用程序的共享资源，允许多个用户同时访问。并发控制可以防止多 用户并发访问数据时而产生的数据不一致性。安全性可以防止非法 用户存取数据，完整性可以保证数据的正确性和有效性。 在数据库系统阶段，应用程序和数据完全独立，应用程序对数据 管理和访问更加灵活，一个数据库可以为多个应用程序共享，使得 程序的编制和效率大大提高，减少了数据的冗余度，实现数据资源 共享，提高了数据的完整性、一致性以及数据的管理效率。
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1.3 数据库系统基本概念 1.3.1 数据库 数据库是按一定的组织形式存储在一起的相互关联的数据集合。 实际上，数据库就是一个存放大量业务数据的场所，其中的数据具 有特定的组织结构。所谓“组织结构”，是指数据库中的数据不是 分散的、孤立的，而是按照某种数据模型组织起来的，不仅数据记 录内的数据之间是彼此相关的，数据记录之间在结构上也是有机地 联系在一起的。数据库具有数据的结构化、独立性、共享性、冗余 量小、安全性、完整性和并发控制等基本特点。 1.3.2 数据库管理系统 数据库管理系统是一种负责数据库的定义、建立、操纵、管理、 维护的软件系统，是数据库系统的核心部分。
本章主要介绍信息、数据、数据处理、数据模型的基本概念，着 重介绍数据库，数据库管理系统，数据库系统的功能、组成和相互 关系，以及关系数据库的三种关系运算和关系表中的记录、字段、 关键字段、关系模型等概念。 1.1 数据、信息和数据处理 数据与信息 1．数据 数据是对客观事物记录下来的事实，是描述或表达信息的物理形式。 在计算机领域，凡能为计算机所接受和处理的物理形式，例如字符、 数字、图形、图像、声音等都可称之为数据。因此，数据泛指一切 可被计算机接受和处理的符号。数据可分为数值型数据(如产量、 价格、成绩等)和非数值型数据(如人名、日期、文章、声音、图形、 图像等)。数据可以被收集、存储、处理(加工、分类、计算等)、 传播和使用。
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1.2 数据管理技术的发展 数据库（Data Base，简写为DB）技术是20世纪60年代末出现的 以计算机技术为基础的数据处理技术。数据处理的核心问题是数据 管理。数据管理指的是对数据进行组织、编码、分类、存储、检索 与维护等操作。随着计算机硬件技术和软件技术的发展和进步，计 算机数据管理的水平不断提高，管理方式也发生了很大的变化。发 展到现在，数据管理经历了人工管理、文件管理和数据库系统（ Data Base System，简写为DBS）三个阶段。 .2.1 人工管理阶段 人工管理阶段起始于20世纪50年代。当时计算机的存储设备没有 磁盘，数据只能存放于卡片、纸带上。在软件方面，也没有专门的 管理数据的文件，数据由计算数据的程序携带。
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2．数据库系统的分类 数据库系统的分类有多种形式，按数据的存放地点，数据库系统 分为集中式数据库系统和分布式数据库系统。 （1）集中式数据库系统 集中式数据库系统是将数据集中在一个数据库中。数据在逻辑上 和物理上都是集中存放的。所有的用户在存取和访问数据时，都要 访问这个数据库。例如，一个银行储蓄系统，如果系统的数据存放 在一个集中式数据库中，所有的储户在存款和取款时都要访问这个 数据库。这种方式访问方便，但通信量大，速度慢。
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在人工管理阶段对数据的管理存在的主要问题是：①数据不能独立， 编写的程序是针对程序中携带的数据，当数据修改时程序也得修改。 而程序修改后，数据的格式、类型也得变化以适应处理它的程序。 ②数据不能长期保存，数据被包含在程序中。程序运行结束后，数 据和程序一起从内存中释放。③没有对数据管理的软件，即当时还 没有开发专门进行数据管理的软件。人工管理阶段不仅要设计数据 的处理方法， 而且还要说明数据在存储器的存储地址。应用程序 和数据是一一对应的，各程序之间的数据不能相互传递，数据不能 重复使用。 1.2.2 文件管理阶段 在20世纪60年代，计算机软、硬件技术得到快速发展，硬件 有了磁盘、磁鼓等大容量且能长期保存数据的存储设备，软件有了 操作系统。操作系统中有专门的文件系统用于管理外部存储器上的 数据文件，数据与程序分开，数据能长期保存。
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由于文件系统管理数据的缺陷，迫切需要新的数据管理方式，把 数据组成合理结构，能集中、统一地进行管理。数据库技术开始于 20世纪60年代末，在美国产生了具有商业价值的数据库系统，20世 纪80年代随着微型机的普遍应用和数据库系统的不断完善，数据库 系统在世界范围内得到了广泛的应用。 数据库系统是将所有的数据集中到一个数据库中，形成一个数据 中心，实行统一规划，集中管理，用户通过数据库管理系统（ DataBase Management System，简写为DBMS）来使用数据库中的数 据。 1．数据库系统的主要特点 ①实现了数据的结构化：在数据库中采用了特定的数据模型组织 数据。数据库系统把数据存储于有一定结构的数据库文件中，实现 了数据的独立和集中管理，克服了人工管理和文件系统管理的缺陷 ，大大方便了用户的使用，提高了数据管理的效率。
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因为有些信息本身就是数据化的，数据本身又是一种信息。因此， 在多数情况下不对它们进行区分，计算机进行数据交换也可以说是 信息交换，数据处理也意指信息处理。总之，信息是反映客观现实 世界的知识，数据是信息的具体表现形式，数据经过加工处理后使 其具有知识性并对人类活动产生有意义的决策作用。 1.1.2 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。数据处理主要包括对 数据的收集、分类、排序、存储、计算、加工、检索、传输和制表 等处理过程，经过处理提炼的数据能够反映事物或过程的本质和内 在联系，为我们工作和决策提供必要的信息基础和依据，输出有价 值、有意义的信息。
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④数据字典DD（Data Dictionary）——提供了对数据库数据描 述的集中管理规则，对数据库的使用和操作可以通过查阅数据字典 来进行。 1.3.3 数据库系统 数据库系统是指计算机系统引入数据库后的系统构成，是一个具 有管理数据库功能的计算机软硬件综合系统。具体地说，它主要包 括计算机硬件、操作系统、数据库、数据库管理系统和建立在该数 据库之上的相关软件、数据库管理员和用户等组成部分。数据库系 统具有数据的结构化、共享性、独立性、可控冗余度以及数据的安 全性、完整性和并发控制等特点。 ①硬件系统：是数据库系统的物理支持，包括主机、键盘、显示 器、外存储器、输入输出设备等。
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2．信息 信息是指数据经过加工处理后所得到的有价值的知识。信息无时 不有，无处不在，客观存在于人类社会的各个领域，而且不断地变 化着。我们需要不断地获取信息、加工信息和运用信息为社会的各 个领域服务。从计算机应用的角度，我们通常将信息看成是人们进 行各种活动所需要获取的知识。 信息与数据既有联系又有区别，数据反映了信息，而信息又依靠 数据来表达。用不同的数据形式可以表示同样的信息，信息不随它 的数据形式不同而改变。例如：某个部门要召开会议，这个事件形 成了“开会”这样一个信息。把这个信息通知有关单位时，可以使 用广播，即通过“声音”这个具体形式；也可以通过文件，以文字 形式向有关单位传递。“开会”这一信息就从两种不同数据得到。 尽管数据形式不同，但“开会”这个信息的内容没有变，因此可以 说信息是数据的内涵，而数据是信息的具体表示形式。在许多地方 ，信息和数据并不是截然分开的，