《數(shù)據(jù)庫SQL ServeSQLite教程》 教案 第1章 概論

數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程教案課程名稱：數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程號：課程學(xué)分：2參考學(xué)時(shí)：32課程性質(zhì)：專業(yè)必修課適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)類專業(yè)上課時(shí)間：授課教師：負(fù)責(zé)人：審核單位：年月日-1-一、課程基本信息課程名稱數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程號課程性質(zhì)專業(yè)必修課開課部門課程負(fù)責(zé)人課程團(tuán)隊(duì)授課學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2/32授課語言漢語先修課程數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程簡介從理論實(shí)踐一體化角度出發(fā)，介紹了數(shù)據(jù)庫的基本概念、理論、模型和方法，同時(shí)從知識技能的邏輯順序出發(fā)，深入淺出地介紹了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生可以快速掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理，應(yīng)用有關(guān)工具學(xué)習(xí)SQL，并在C#、Python等相關(guān)課程中應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中解決實(shí)際問題。授課班級

二、課程授課教案第1章，共11章講課主題概論學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)從理論實(shí)踐一體化角度出發(fā)，介紹了數(shù)據(jù)庫的基本概念、理論、模型和方法，同時(shí)從知識技能的邏輯順序出發(fā)，深入淺出地介紹了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生可以快速掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理，應(yīng)用有關(guān)工具學(xué)習(xí)SQL，并在C#、Python等相關(guān)課程中應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中解決實(shí)際問題。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，主要研究和解決計(jì)算機(jī)信息處理過程中數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)問題。本章從數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷史、基本概念，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、分類，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域等內(nèi)容入手了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。教學(xué)設(shè)計(jì)授課提綱及重難點(diǎn)分析教學(xué)方法及課程思政設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)間1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究和開發(fā)從20世紀(jì)60年代中期開始到現(xiàn)在，取得了十分輝煌的成就，造就了C.W.Bachman、E.F.Codd和J.Gray三位圖靈獎(jiǎng)得主，發(fā)展了以數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)為核心技術(shù)且內(nèi)容豐富的一門學(xué)科，帶動(dòng)了數(shù)百億美元的軟件產(chǎn)業(yè)。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)出現(xiàn)之前，人們普遍采用文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷增長以及數(shù)據(jù)共享需求的提出，文件系統(tǒng)方式越來越難以適應(yīng)數(shù)據(jù)管理的要求。數(shù)據(jù)庫技術(shù)自誕生以來，形成了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)、成熟的商業(yè)產(chǎn)品和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)歷了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫等發(fā)展階段。即使到了今天，DDBS、XML數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫、NewSQL數(shù)據(jù)庫等仍在不斷發(fā)展之中。1.1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)開始廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理，對數(shù)據(jù)的共享提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需要，能夠統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)得到了用戶的認(rèn)可。了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷程，首先應(yīng)對整個(gè)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程有所認(rèn)識。⒈人工管理階段人工管理階段主要集中在20世紀(jì)50年代以前。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)剛剛面世，人們把計(jì)算機(jī)當(dāng)作一種工具，用于科學(xué)計(jì)算，將程序和相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后輸出結(jié)果。人工管理階段的數(shù)據(jù)管理具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)并不保存在計(jì)算機(jī)中。此時(shí)還沒有出現(xiàn)二級存儲(chǔ)的概念，數(shù)據(jù)都是純二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并且以打孔紙帶的形式表示。(2)應(yīng)用程序自己管理數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序根據(jù)自己的需求準(zhǔn)備打孔紙帶形式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)只能被自己使用。不同的應(yīng)用程序根據(jù)求解問題準(zhǔn)備各自需要的數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)無法共享。數(shù)據(jù)由程序自行攜帶，一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)程序。(4)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間不具有獨(dú)立性。如果應(yīng)用程序發(fā)生修改，則原先的數(shù)據(jù)一般不能繼續(xù)使用。同理，如果數(shù)據(jù)修改了，則應(yīng)用程序一般也無法處理。(5)只有程序，沒有文件。此時(shí)還沒有文件存儲(chǔ)的概念。⒉文件系統(tǒng)階段20世紀(jì)50年代中期到60年代中期，出現(xiàn)了文件系統(tǒng)形式的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。它主要是隨著磁盤、磁鼓等存儲(chǔ)設(shè)備的出現(xiàn)及操作系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展而提出的。文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)管理的主要特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)以文件形式存在，由文件系統(tǒng)管理。(2)數(shù)據(jù)可以較長時(shí)間地保存在磁盤上。(3)數(shù)據(jù)共享性差、冗余大，必須建立不同的文件以滿足不同的應(yīng)用。例如，在一個(gè)教學(xué)信息管理系統(tǒng)中，教師數(shù)據(jù)同時(shí)被教學(xué)、財(cái)務(wù)、人事管理等應(yīng)用模塊使用，在文件系統(tǒng)階段只能將教師數(shù)據(jù)文件復(fù)制到這些不同的應(yīng)用中。這樣一方面帶來了數(shù)據(jù)的冗余存儲(chǔ)，另一方面如果某些教師數(shù)據(jù)發(fā)生了修改，則很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。(4)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間具有一定的獨(dú)立性，但非常有限。應(yīng)用程序通過文件名即可訪問數(shù)據(jù)，按記錄進(jìn)行存取，但文件結(jié)構(gòu)改變時(shí)必須修改程序。⒊數(shù)據(jù)庫管理階段20世紀(jì)60年代末開始，數(shù)據(jù)管理進(jìn)入數(shù)據(jù)庫管理階段。數(shù)據(jù)庫管理階段的數(shù)據(jù)管理的主要特點(diǎn)如下：(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。DBMS采用了數(shù)據(jù)模型來組織數(shù)據(jù)，不僅可以表示數(shù)據(jù)，還可以表示數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。(2)高共享、低冗余，且易于擴(kuò)充。數(shù)據(jù)不僅可以被多個(gè)應(yīng)用程序高度共享，而且可以保證數(shù)據(jù)之間的最小冗余。(3)數(shù)據(jù)獨(dú)立性高。數(shù)據(jù)具有物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性，對它的修改也不會(huì)影響到應(yīng)用程序的運(yùn)行。(4)數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制，應(yīng)用系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)都由DBMS負(fù)責(zé)存取。1.1.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)據(jù)庫技術(shù)從20世紀(jì)60年代末開始發(fā)展，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，應(yīng)用也越來越廣泛。30min1.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本概念應(yīng)用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSystem，DBS)，其中涉及一些基本的概念，這些概念在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中很容易混淆，也是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)必須首先了解和區(qū)分的對象。1.2.1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)和管理的基本對象。數(shù)據(jù)是事實(shí)或觀察的結(jié)果，是對客觀事物的邏輯歸納，是用于表示客觀事物的未經(jīng)加工的原始素材，可以是字符、文字、聲音、圖像、視頻等。通常對數(shù)據(jù)的定義是：數(shù)據(jù)(Data)是人們用來反映客觀世界而記錄下來的可以鑒別的物理符號。1.2.2數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫模式1.數(shù)據(jù)庫的概念和特點(diǎn)簡單地講，數(shù)據(jù)庫是一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的倉庫。但是，這種定義肯定是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并不是隨意存放的，而是有一定的組織和類型特征。嚴(yán)格的數(shù)據(jù)庫定義為：數(shù)據(jù)庫(DataBase，DB)是長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。這個(gè)定義指出了數(shù)據(jù)庫具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)的集合，因此數(shù)據(jù)庫只是一個(gè)符號的集合，本身是沒有語義的。(2)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是雜亂無章的，而是有組織的。確切地說，它是按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)的。(3)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通常是海量的。如果是少量的數(shù)據(jù)，通常不需要使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理，借助文件系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越大，越能體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)相對于文件系統(tǒng)的優(yōu)勢。(4)數(shù)據(jù)庫通常是持久存儲(chǔ)的，即存儲(chǔ)在磁盤等持久存儲(chǔ)的介質(zhì)上。(5)數(shù)據(jù)庫一般是被多用戶共享的。換句話說，最早期的數(shù)據(jù)庫一臺(tái)電腦一個(gè)用戶，數(shù)據(jù)集只為單用戶服務(wù)，而在多用戶共享的環(huán)境中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)得到了充分發(fā)揮。目前，除了少數(shù)專用的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品外，絕大多數(shù)商用數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都是面向多用戶應(yīng)用的。(6)數(shù)據(jù)庫一般服務(wù)于某個(gè)特定的應(yīng)用，因此數(shù)據(jù)間聯(lián)系密切，具有最小冗余度和較高的獨(dú)立性。2.數(shù)據(jù)庫模式數(shù)據(jù)庫本身是沒有語義的，因此引入另一個(gè)概念即數(shù)據(jù)庫模式(DatabaseSchema)來表達(dá)數(shù)據(jù)庫的語義。最常見的數(shù)據(jù)庫模式定義為：數(shù)據(jù)庫模式是數(shù)據(jù)庫語義的表達(dá)，它是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。1.2.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的豐富和發(fā)展，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。其定義為：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)是一個(gè)用于創(chuàng)建、管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的大型計(jì)算機(jī)軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)從軟件的分類角度來說，屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件一般是管理計(jì)算機(jī)資源的軟件。通常情況下，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，用于管理計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)資源。也就是說，當(dāng)涉及底層的磁盤操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常利用操作系統(tǒng)提供的磁盤存取服務(wù)來實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)存取。用戶還可以在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上創(chuàng)建直接服務(wù)于應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)(即數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件)，從而構(gòu)建基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用軟件，滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。1.2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)更加寬廣的概念，類似于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其定義為：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入了數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，即采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包含了軟件、硬件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理人員、終端用戶等要素，電子政務(wù)系統(tǒng)、銀行信息系統(tǒng)等都可以稱為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶可分為數(shù)據(jù)庫管理員和終端用戶兩類，其中數(shù)據(jù)庫管理員直接與DBMS打交道，終端用戶直接與應(yīng)用程序交互。一個(gè)系統(tǒng)可分為前臺(tái)和后臺(tái)，前臺(tái)是終端用戶，是應(yīng)用，后臺(tái)是管理、開發(fā)和維護(hù)。30min1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)1.3.1ANSI/SPARC體系結(jié)構(gòu)從軟件架構(gòu)上看，引入DBMS之后的系統(tǒng)中開始出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)(或模式結(jié)構(gòu))目前廣泛采用的是ANSI/SPARC體系結(jié)構(gòu)的架構(gòu)。ANSI/SPARC體系結(jié)構(gòu)是1975年由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)與信息處理委員會(huì)中的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃與需求委員會(huì)提出的數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)。它不僅可以用來解釋已有的商用DBMS的數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)，也可以作為研發(fā)新型DBMS時(shí)的數(shù)據(jù)庫模式組織標(biāo)準(zhǔn)。目前，Oracle、MicrosoftSQLServer等商用DBMS都遵循和支持ANSI/SPARC體系結(jié)構(gòu)。ANSI/SPARC體系結(jié)構(gòu)的三級模式結(jié)構(gòu)為：（1）概念模式：定義了邏輯層的模式結(jié)構(gòu)，表示整個(gè)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，如數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱、類型、取值范圍，數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、數(shù)據(jù)的完整性等。（2）外模式：也稱用戶模式(UserSchema)或子模式，它定義了視圖層(ViewLevel)的模式結(jié)構(gòu)。（3）內(nèi)模式：定義了物理層的模式結(jié)構(gòu)，它描述了數(shù)據(jù)庫的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式。與概念模式類似，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。1.3.2客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)從終端用戶的角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)也可以說是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。目前，最常見的是客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。1.客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Client/ServerArchitecture，C/S結(jié)構(gòu))是20世紀(jì)90年代產(chǎn)生的一種數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。客戶機(jī)主要運(yùn)行應(yīng)用程序及一些前端的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具；服務(wù)器主要提供DBMS的功能。在Web技術(shù)出現(xiàn)之前，客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)是最流行的架構(gòu)。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著Web開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)開始流行，越來越多的Web開發(fā)平臺(tái)開始出現(xiàn)。2.瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Browser/ServerArchitecture，B/S結(jié)構(gòu))可以看成是Web時(shí)代的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。與客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)比較，瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)統(tǒng)一的客戶機(jī)界面，維護(hù)和升級相對簡單。(2)基于Web技術(shù)，支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，服務(wù)器操作系統(tǒng)選擇更多。但是，B/S結(jié)構(gòu)也存在以下缺點(diǎn)：(1)安全性問題，用戶訪問無地域限制。相比之下，由于C/S結(jié)構(gòu)只運(yùn)行在由局域網(wǎng)連接的系統(tǒng)內(nèi)部，通常是一個(gè)部門或一棟大樓，其用戶類型、訪問來源、訪問數(shù)量等都很容易控制，因此安全性要高很多。(2)開發(fā)工具的能力相對較弱，應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷較重，存儲(chǔ)服務(wù)更加重要。30min1.4DBMS的功能DBMS作為系統(tǒng)軟件，承擔(dān)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)資源管理的任務(wù)，其最基本的功能是創(chuàng)建、管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，此外還提供其他一些功能。DBMS的功能大致可歸納為以下幾點(diǎn)。1.數(shù)據(jù)庫定義DBMS提供DDL翻譯處理程序、保密定義處理程序、完整性約束定義處理程序等，接收相應(yīng)的定義，進(jìn)行語法、語義檢查，把它們翻譯為內(nèi)部格式。由于數(shù)據(jù)庫是由若干對象構(gòu)成的一個(gè)集合，因此DBMS需要提供對不同數(shù)據(jù)庫對象的創(chuàng)建、管理和維護(hù)能力，包括表、視圖、索引、約束、用戶等。2.數(shù)據(jù)庫操縱DBMS提供DML處理程序、終端查詢語言解釋程序、數(shù)據(jù)存取程序、數(shù)據(jù)更新程序等，對用戶數(shù)據(jù)操縱請求進(jìn)行語法、語義檢查，有數(shù)據(jù)存取更新則執(zhí)行存取更新操作。數(shù)據(jù)庫為前端應(yīng)用程序服務(wù)提供數(shù)據(jù)庫存取能力，主要是對基本表的操縱，包括增加、刪除、修改、查詢