本书为国家级优秀教材团队教材成果、国家级双语示范课程主教材。 本书全面介绍了数据库基本原理与设计技术，并以目前流行的SQL Server 2008为平台介绍了数据库管理系统的功能和重要技术。全书分为三部分：第一部分是基础知识部分（1～5章），主要介绍数据库的一般原理性知识；第二部分是数据库系统技术部分（6～9章），主要介绍数据库应用系统的开发步骤和提高数据库系统性能的技术；第三部分是数据库技术的应用和发展部分（10～13章），主要介绍数据库技术的发展新趋势和新应用。本书附录给出了一个“网上服装销售系统”的数据库应用系统设计的案例。 本书为教师将提供配套的实验指导书，可以作为高等院校数据库及相关课程的教材，也可供相关技术人员参考。     读者对象：高等学校计算机及相关专业学生

序 我国的计算机专业是国内所有专业中开设学校最多、招生规模最大、办学层次最丰富的专业，因此教材品种很多，市场呈现一片繁荣景象。但是本科生教材怎样才能算是一本优秀教材呢？评价角度很多，从内容上来看，我以为教材应该包含三方面：一是应该反映本课程的基础知识和基本理论，保持内容的连贯性和稳定性；二是因计算机科学与技术领域的发展可谓日新月异，学科内容更新迅速，因此即使是本科教材，也应该及时跟踪本领域的科技发展，把握学科发展的国际前沿，动态地调整和更新教材内容；三，相对而言对许多作者比较困难，就是要求作者亲身参加科学研究和教学改革实践，将其科研和教改成果融化到教材之中。这些材料往往能较好地激发学生的学习热情，但这又是只单纯地教书的作者感到吃力的地方。 本书的作者要我作序，由于先前对他们的工作有所了解，觉得可以写几句，便答应了。王国胤教授领导的国家级教学团队长期以来不仅扎扎实实地做了大量的计算机专业教学改革，而且科研工作也做得十分出色，因此他们编写专业教材，就很可能编出特色来。 正如我期待的那样，本书作者长期在第一线从事“数据库原理”课程教学的工作，他们不仅有丰富的教学经验，而且具备本领域的科研实践经验。“数据库原理”是重庆邮电大学第一门国家级双语教学示范课程，课程组进行了一系列包括教学方法、考核方式在内的改革，并且探索出了“课赛结合”等一系列行之有效的教学模式和教学手段，获得了国家级教学成果奖二等奖。作者在多年教学积累的基础上，经过一年多的努力，完成本书的撰写，可以说，本书是他们长期辛勤工作的结晶。 本书既坚持了传统《数据库原理》教材的内容稳定性，特别注重学生理论结合实际的实践能力培养，又融合了数据库领域的新知识，符合教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会“数据库原理”课程的教学规范。全书内容体系结构严谨，概念清晰，内容丰富，易学易懂，能让学生由浅入深地学习数据库的原理知识；并且，通过书中的教学案例可以快速掌握数据库应用系统的开发技术和方法。本书配备有作者们用于教学的多媒体电子教案，还将配备相关的实验教材，便于教师组织教学和学生学习。 希望作者在教学实践中不断总结经验，虚心吸取广大师生意见，把本书锤炼成一本精品教材，同时编写出更多、更好的反映科研和教学改革成果的优秀教材，为优秀人才培养做出更大的贡献。 冯博琴 西安交通大学 前 言 “数据库原理”是计算机对数据进行管理的重要基础理论技术，不仅是计算机学科的核心课程，而且已成为其他理工专业甚至管理和文科专业的热门选修课。重庆邮电大学“数据库原理”课程组经过20多年的教学实践，结合数据库和相关信息科学技术的发展，特别是国际化信息技术人才培养的需要，摸索出了一套有效的教学模式——“课赛结合”教学模式，将基础理论、技术开发和实践能力的培养有机结合，贯穿课程教学的始末，取得了很好的人才培养效果。课程组还联合重庆大学、西南大学、重庆交通大学、重庆理工大学、重庆工商大学和重庆师范大学等院校的“数据库原理”课程组，联合开展一年一度的重庆市数据库技术应用程序设计竞赛，将这一教学模式进行了有效的推广。 重庆邮电大学“数据库原理”课程先后被评选为重庆市精品课程、重庆市双语教学示范课程和国家级双语教学示范课程。通过重庆市高等教育教学改革研究重大项目“计算机类专业创新人才培养模式研究与实践”的实施，“课赛结合”教学模式成功推广到其他专业课程教学。为了进一步总结和推广课程组的教学改革方法和经验，特编写本教材，试图在书中既介绍原理又结合实际应用，并且较好地阐述数据库领域的新技术发展。 本书具有如下特点： ① 既注重介绍数据库基本理论与方法，又补充了数据库系统新的技术知识和发展趋势，力求做到理论知识的由浅入深，并训练初学者开发数据库系统的思路。 ② 本书采用重庆市数据库技术应用程序设计竞赛的一等奖作品“网上服装销售系统”作为教学案例，力求将案例贯穿每章教学内容，最后通过附录给出开发这个系统的整个设计过程及数据库相关的部分源代码。这一教材内容设计方案有利于学生结合实际应用，学习数据库系统的整体概念和开发技术。 ③ 本书参照教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会“数据库原理”课程的知识点，并从近年来软件设计师考试有关数据库原理的试题中遴选出部分试题作为习题，配以本课程组用于本科生教学的多媒体课件，便于不同学校的教师根据实际情况和教学要求组织教学内容。 全书内容分为三部分总计13章。 第一部分，基础知识部分。这一部分由第1～5章组成，主要介绍数据库系统的基本概念及数据管理技术的发展过程、数据模型的组成要素及建模过程，包括结构化模型和半结构化模型的概念，还介绍关系数据库概念和关系代数运算、关系数据库查询语言SQL、关系数据库设计理论等。本部分以数据库基础理论知识为主。 第二部分，数据库系统技术部分。这一部分由第6～9章组成，主要介绍数据库系统的开发步骤、自动数据库设计工具、关系数据库系统的查询优化、数据库的事务管理及数据库的备份与恢复、数据库的完整性与安全性，在相应章节还特别补充了SQL Server 2008中有关事务处理的并发、备份、恢复、触发器、安全性和完整性的相关技术。本部分讲述数据库系统开发过程中的设计步骤和提高数据库系统性能的技术。 第三部分，数据库技术的应用与发展部分。这一部分由10～13章组成，主要介绍数据库技术的应用，包括数据仓库、数据挖掘及SQL Server 2008的联机分析处理，还介绍近年来一些新数据模型，包括XML数据库和对象关系数据库等，最后结合应用需求，介绍几种数据库技术的发展趋势，如空间数据库、多媒体数据库、主存数据库及云存储、云数据库技术。本部分探讨数据库技术的应用和新发展趋势。 本书的第1、12和13章由刘群编写，第7、8章由胡军编写，第6、10章由熊安萍编写，第3～5章由王晓蓉编写，第2、9和11章由吴思远编写。全书架构由王国胤负责组织设计，并由王国胤、刘群和夏英统稿。 本书的编写得到了重庆邮电大学“数据库原理”课程组和计算机学院老师的大力支持和帮助，采用了重庆市数据库技术应用程序设计竞赛的部分成果，也得到了许多研究生的支持，他们帮助搜集并整理了大量资料，在此感谢他们对本书的形成所做出的各种贡献。 本书为教学老师提供实验指导书、“网上服装销售系统”案例数据库资料、教学课件，可从网站http://www.hxedu.com.cn下载，如需习题解答，请发邮件至unicode@phei.com.cn索取（请注明您所在的院校及院系）。 由于作者学识浅显，经验有限，书中难免会出现许多不足和遗漏，希望各位同行提出批评指正。 作 者

目 录 第一部分 基础知识 第1章 数据库系统概论 3 1.1 基本概念 3 1.1.1 数据库管理系统 3 1.1.2 数据库系统的组成及特点 4 1.2 数据管理技术的发展 6 1.3 数据库系统的体系结构 9 1.3.1 数据库系统的内部体系结构 9 1.3.2 数据库系统的应用体系结构 11 1.4 SQL Server 2008关系数据库概述 13 1.5 本书应用实例——网上服装销售系统简介 14 本章小结 14 习题1 14 第2章 数据模型 16 2.1 数据建模的过程 16 2.2 概念模型 16 2.2.1 基本概念 17 2.2.2 实体-联系模型 19 2.2.3 UML 19 2.3 数据模型的组成要素 20 2.4 结构化数据模型 20 2.5 非结构化数据模型 24 本章小结 24 习题2 24 第3章 关系数据库 26 3.1 关系数据库的概念 26 3.2 关系模型的基础 28 3.3 关系代数 29 3.4 关系代数的应用 32 本章小结 33 习题3 33 第4章 关系数据库查询语言SQL 35 4.1 SQL的基本概念 35 4.2 数据定义语句 36 4.3 数据查询语句 38 4.3.1 查询语句的基本结构 38 4.3.2 SQL中的简单查询 39 4.3.3 多个关系上的查询 41 4.3.4 子查询 43 4.3.5 集合查询 44 4.4 数据操纵语句 45 4.5 视图 47 4.6 嵌入式SQL 49 4.7 存储过程与函数 53 4.7.1 PL/SQL的块结构和变量常量的定义 53 4.7.2 控制结构 54 4.7.3 存储过程 55 4.7.4 SQL Server 2008存储过程 56 本章小结 60 习题4 60 第5章 关系数据库的设计理论 62 5.1 函数依赖 62 5.1.1 函数依赖的定义 62 5.1.2 候选码的定义 63 5.1.3 Armstrong公理 63 5.1.4 闭包及其计算 64 5.2 关系模式的规范化 66 5.2.1 基本概念 66 5.2.2 第一范式（1NF） 68 5.2.3 第二范式（2NF） 68 5.2.4 第三范式（3NF） 69 5.2.5 BC范式（BCNF） 69 5.2.6 多值依赖和第四范式 70 5.3 模式分解 71 5.3.1 模式分解的定义 71 5.3.2 无损连接性与函数依赖保持性 72 5.3.3 模式分解的算法 74 本章小结 75 习题5 75 第二部分 数据库系统技术 第6章 数据库设计 79 6.1 软件开发过程简介 79 6.2 数据库设计 81 6.2.1 数据库设计的特点 81 6.2.2 数据库设计的基本步骤 82 6.3 需求分析 83 6.3.1 需求分析的任务和方法 83 6.3.2 数据流图 86 6.3.3 数据字典 87 6.4 概念结构设计 88 6.4.1 概念结构设计的方法与步骤 88 6.4.2 局部E-R模型设计 90 6.4.3 全局E-R模型设计 92 6.4.4 UML模型的设计 95 6.5 逻辑结构设计 103 6.5.1 逻辑结构设计的方法和步骤 103 6.5.2 E-R模型向关系模型的转换 104 6.5.3 关系模型的优化 105 6.5.4 用户子模式的设计 105 6.6 数据库的物理设计 106 6.6.1 物理设计的内容与方法 106 6.6.2 存取方法的选择与存储结构的确定 107 6.6.3 物理设计性能的评价 109 6.7 数据库的实施和维护 109 6.8 自动数据库设计工具介绍 111 本章小结 113 习题6 113 第7章 关系数据库系统及其查询优化 116 7.1 关系数据库系统 116 7.1.1 关系数据库系统的定义与分类 116 7.1.2 全关系系统的基本准则 116 7.1.3 关系数据库管理系统 118 7.2 关系数据库的查询优化 120 7.2.1 概述 120 7.2.2 关系代数表达式的变换 121 7.2.3 查询优化的一般准则 122 7.2.4 查询优化的构建和算法 123 7.2.5 优化器的处理过程 123 7.2.6 物理优化 123 本章小结 124 习题7 125 第8章 数据库管理 126 8.1 事务处理 126 8.1.1 事务的状态与特性 126 8.1.2 事务的并发与可串行化 127 8.1.3 SQL中的事务处理模型 129 8.2 事务的并发控制 130 8.2.1 封锁与封锁协议 130 8.2.2 活锁与死锁 131 8.2.3 两阶段锁 132 8.2.4 多粒度锁 133 8.2.5 基于时间戳的协议 134 8.2.6 SQL Server 2008的并发控制 135 8.3 数据库的备份与恢复 136 8.3.1 数据库故障与恢复的基本概念 136 8.3.2 数据库恢复的技术 137 8.3.3 数据库恢复的策略 139 8.3.4 数据库的备份策略 140 8.3.5 SQL Server 2008的备份与恢复技术 141 本章小结 142 习题8 143 第9章 数据库的完整性和安全性 144 9.1 数据库的完整性控制 144 9.2 断言 147 9.3 触发器 148 9.4 数据库的安全性控制 151 9.5 数据库安全性的控制策略 154 9.6 角色与权限 157 9.7 SQL Server 2008的安全机制 159 本章小结 163 习题9 163 第三部分 数据库技术的应用与发展 第10章 数据库技术的应用 167 10.1 数据仓库 167 10.1.1 数据仓库概述 167 10.1.2 数据仓库的体系结构 168 10.1.3 数据仓库的数据存储与处理 169 10.1.4 数据仓库的开发步骤 170 10.2 联机分析处理 171 10.2.1 联机分析处理概述 171 10.2.2 联机分析处理的实现方法 172 10.2.3 联机分析处理的实施 173 10.2.4 联机分析处理的新发展 174 10.3 数据挖掘 175 10.3.1 数据挖掘概述 175 10.3.2 关联规则 176 10.3.3 数据分类 178 10.3.4 数据聚类 178 10.4 决策支持系统 180 10.4.1 传统决策支持系统 180 10.4.2 基于数据仓库、OLAP和数据挖掘的新决策支持系统 181 10.4.3 传统决策支持系统与新的决策支持系统的比较 182 10.4.4 综合决策支持系统 183 10.5 信息检索系统 184 10.6 SQL Server 2008联机分析服务 186 10.6.2 OLAP模型设计和应用开发 189 10.6.3 多维数据库设计 189 本章小结 191 习题10 191 第11章 XML与关系数据库 192 11.1 XML的基础知识 192 11.1.1 XML简介 193 11.1.2 XML应用程序接口 198 11.2 XML与关系数据库 200 11.3 SQL Server 2008对XML的支持 201 本章小结 205 习题 205 第12章 对象－关系数据库 206 12.1 面向对象的基本概念 206 12.1.1 类 206 12.1.2 对象 206 12.1.3 继承 207 12.1.4 多重继承 208 12.1.5 对象标识 208 12.1.6 对象包含 208 12.2 面向对象语言 209 12.3 对象关系模型 209 12.3.1 嵌套关系 210 12.3.2 复杂类型 210 12.3.3 引用类型 212 12.3.4 继承类型 212 12.4 面向对象设计和关系设计 214 12.4.1 从面向对象属性到关系属性 212 12.4.2 面向对象中联系的标识 215 12.4.3 关系模型与对象关系模型的区别 215 12.5 与复杂类型有关的查询 217 本章小结 218 习题 219 第13章 数据库发展趋势 220 13.1 数据库技术的发展趋势 220 13.1.1 数据库技术的发展趋势 220 13.1.2 数据库技术面临的挑战 221 13.2 多种主流数据库系统简介 221 13.2.1 分布式数据库 222 13.2.2 空间数据库 224 13.2.3 主存数据库 225 13.2.4 多媒体数据库 227 13.3 云存储技术及云数据库 229 本章小结 234 习题13 235 附录A 数据库发展趋势 236 A.1 需求分析 236 A.2 概念结构设计 241 A.3 逻辑结构设计 243 A.4 物理设计与实施 247 A.5 数据库运行与维护 250 A.5 系统中与数据库相关的部分代码 251 参考文献 256

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