数据库原理及应用

本书基于“数据库原理 + SQL SERVER数据库2012 + ADO.NET数据库访问技术 + VB.NET主语言”架构及其内容体系，并通过案例式教学和“大学教学信息管理数据库应用系统”的完整设计过程，全面、系统地介绍了数据库系统的基本概念、基本原理、基本技术和基本设计方法。全书共分为10章，内容不仅覆盖了关系数据库原理、数据库应用系统设计方法和设计技术，而且给出了SQL Server2012数据库管理系统软件的基本运用方法，较全面地介绍了利用ADO.NET访问数据库的过程和方法，介绍了VB.NET程序设计基础和VB.NET绑定数据方法；给出了一个典型的数据库应用系统的设计案例及程序源码，与时俱进地引入了组合实体集及其设计方法和NOSQL非关系型数据库内容，理论与应用结合特色鲜明，教学参考及应用价值高。

本书可作为高等院校大学本科计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、物联网工程、数字媒体技术、信息工程、信息与计算科学、信息管理与信息系统、地理信息系统、电子商务等专业的数据库课程教材，也可作为电器类专业研究生的数据库课程教材。

本书基于“数据库原理 + SQL SERVER数据库2012 + ADO.NET数据库访问技术 + VB.NET主语言”架构及其内容体系，并通过案例式教学和“大学教学信息管理数据库应用系统”的完整设计过程，全面、系统地介绍了数据库系统的基本概念、基本原理、基本技术和基本设计方法。全书共分为10章，内容不仅覆盖了关系数据库原理、数据库应用系统设计方法和设计技术，而且给出了SQL Server2012数据库管理系统软件的基本运用方法。

李俊山，教授，博士生导师，中国计算机学会理事、中国图象图形学学会理事；原第二炮兵导弹专家，全军院校育才奖金奖获得者；曾任教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会委员。

获省部级科技进步奖22项。建设国j级精品课程和国j级精品资源共享课2门、省部级优质课程和精品网络课程2门。获省部级优秀教学成果奖和优秀教材一等奖5项。发表学术论文350余篇。第一作者出版专著3部、译著1部、教材15部。

第1章数据库系统概述

1.1数据与数据管理

1.1.1信息与数据

1.1.2数据管理技术的发展

1.2数据库系统组成

1.2.1数据库

1.2.2数据库管理系统

1.2.3数据库应用系统

1.3数据描述与数据模型

1.3.1现实世界的数据描述

1.3.2数据模型

1.3.3层次模型

1.3.4网状模型

1.4关系模型

1.4.1关系模型的基本概念

1.4.2关系的键与关系的属性

1.5数据库的内部体系结构

1.5.1数据库内部体系结构中的三级模式结构

1.5.2数据库内部体系结构中的两级映像与数据独立性

1.5.3数据库内部体系结构的概念

1.6SQL Server 2012关系数据库管理系统

1.6.1SQL Server 2012的组成

1.6.2SQL Server Management Studio

1.6.3SQL Server 2012的服务器管理

习题1

第2章关系运算

2.1关系的数学定义

2.1.1笛卡儿积的数学定义

2.1.2关系的数学定义

2.2关系代数

2.2.1基于传统集合理论的关系运算

2.2.2关系代数特有的关系运算

2.2.3关系运算综合示例

2.2.4关系代数运算在关系数据库查询操作中的应用

2.3关系演算

2.3.1元组关系演算

2.3.2域关系演算

2.43种关系运算表达能力的等价性

习题2

第3章数据库应用系统设计方法

3.1数据库应用系统设计概述

3.1.1数据库应用系统的生命周期

3.1.2数据库应用系统设计方法

3.1.3数据库应用系统研发、管理和使用人员视图级别

3.2用户需求分析

3.2.1数据流图

3.2.2数据字典

3.2.3用户需求分析过程

3.2.4数据库应用系统的功能需求

3.2.5数据库应用系统环境配置与安全性需求

3.3数据库概念结构设计

3.3.1实体与实体集

3.3.2实体集之间的联系及联系集

3.3.3ER图设计方法

3.3.4实体联系模型设计中的一些特殊情况

3.3.5基于ER图的概念结构设计步骤和方法

3.4数据库逻辑结构设计

3.4.1ER图表示的概念结构向关系模型的转换

3.4.2关系数据库模式的规范化设计及优化

3.5数据库物理结构设计

3.5.1SQL Server的数据文件和日志文件

3.5.2SQL Server 2012的数据库

3.5.3使用SQL Server Management Studio创建数据库的方法

3.5.4数据表及其创建与修改

3.5.5索引技术

3.5.6数据库物理结构评价

3.6数据库实现技术简介

3.7数据库应用系统运行与系统维护

3.7.1软件维护

3.7.2运行与维护时期的主要工作

习题3

第4章关系数据库语言SQL

4.1SQL的功能与特点

4.1.1SQL的功能

4.1.2SQL的特点

4.2表的基本操作

4.2.1表的创建、修改与撤销

4.2.2表中数据的插入、修改和删除

4.3SQL的数据查询

4.3.1投影查询

4.3.2选择查询

4.3.3分组查询

4.3.4结果的排序查询

4.3.5模糊查询(字符串匹配)

4.3.6SQL语言中的常用函数

4.3.7表的连接查询

4.3.8嵌套查询

4.3.9谓词演算查询

4.3.10并、交、差运算查询

4.4SQL的视图操作

4.4.1视图的创建

4.4.2在视图上进行查询操作

4.4.3用户视图对数据库应用系统设计及系统性能的影响

4.5SQL中带有子查询的数据更新操作

4.5.1带有子查询的数据插入操作

4.5.2带有子查询条件的数据更新操作

4.6嵌入式SQL与游标应用

4.6.1嵌入式SQL

4.6.2SQL Server 2012的游标及其使用

习题4

第5章关系数据库模式的规范化设计

5.1关系约束与关系模式的表示

5.2对关系模式进行规范化设计的必要性

5.3函数依赖

5.3.1函数依赖的定义

5.3.2具有函数依赖约束的关系模式

5.3.3函数依赖的逻辑蕴涵

5.4函数依赖的公理体系

5.4.1阿姆斯特朗公理

5.4.2阿姆斯特朗公理的推论

5.4.3X关于F的闭包及其计算

5.4.4最小函数依赖集

5.5关系模式的分解

5.5.1关系模式分解的概念

5.5.2保持无损的分解

5.5.3保持依赖的分解

5.6关系模式的规范化

5.6.1候选键的求解方法

5.6.2第一范式(1NF)

5.6.3第二范式(2NF)

5.6.4第三范式(3NF)

5.6.5鲍依斯柯德范式

5.6.6范式之间的关系和关系模式的规范化

5.6.7向3NF的保持无损和保持依赖分解算法

5.7关系模式的规范化方法小结

习题5

第6章TSQL与存储过程

6.1TSQL基础

6.2TSQL的语言要素

6.2.1常量

6.2.2变量

6.2.3表达式与运算符

6.2.4TSQL函数

6.3TSQL流程控制语句

6.3.1BEGIN…END语句

6.3.2IF…ELSE语句

6.3.3CASE语句

6.3.4WHILE语句

6.3.5WAITFOR语句

6.3.6其他语句

6.4基于TSQL的数据库创建与管理应用

6.4.1利用TSQL语句创建数据库

6.4.2利用TSQL语句管理数据库

6.5存储过程

6.5.1存储过程基础

6.5.2创建存储过程

6.5.3执行存储过程

6.5.4管理存储过程

习题6

第7章数据库应用系统体系结构与访问技术

7.1数据库应用系统的体系结构

7.1.1集中式计算模式的数据库应用系统

7.1.2CS结构的数据库应用系统

7.1.3BS结构的数据库应用系统

7.2ADO.NET数据库访问接口

7.2.1ADO.NET的工作机理

7.2.2ADO.NET访问数据库的方法

7.3VB.NET程序设计基础

7.3.1窗体

7.3.2控件

7.3.3属性

7.3.4事件

7.3.5方法

7.4用VB.NET绑定数据

7.4.1VB.NET数据绑定概念

7.4.2DataGridView控件绑定数据源

7.4.3用代码方式绑定数据源

习题7

第8章数据库应用系统设计与实现

8.1系统功能分析

8.2数据库与数据表创建

8.3新建项目

8.4数据库应用系统设计与实现

8.4.1登录模块

8.4.2学生信息添加功能模块

8.4.3学生信息查询功能模块

8.4.4成绩信息查询功能模块

8.4.5成绩信息维护功能模块

8.4.6主界面模块

8.5系统调试运行

习题8

第9章数据库保护技术

9.1事务机制

9.1.1事务的概念

9.1.2事务的特性

9.1.3事务的类型

9.2数据库的安全性

9.2.1数据库安全的威胁

9.2.2数据库安全控制

9.2.3视图机制

9.2.4审计

9.2.5SQL Server 2012的安全机制

9.3数据库的完整性

9.3.1域完整性约束

9.3.2实体完整性约束

9.3.3参照完整性约束

9.3.4用户定义完整性约束

9.3.5SQL Server 2012的完整性约束

9.4数据库恢复

9.4.1数据库的故障分类

9.4.2数据库故障的基本恢复方式

9.4.3恢复策略

9.4.4具有检查点的恢复技术

9.4.5数据库镜像

9.4.6SQL Server数据库的备份和还原

9.5并发控制

9.5.1数据库并发操作带来的数据不一致性问题

9.5.2锁

9.5.3锁协议

9.5.4封锁带来的问题——活锁与死锁

9.5.5并发调度的可串行性

9.5.6两段锁协议

9.5.7锁的粒度

习题9

第10章数据库新技术

10.1数据库新技术发展的动因

10.1.1新应用领域对数据库存储、检索和管理技术的需求

10.1.2关系数据库系统的局限性

10.1.3数据库技术新发展

10.2嵌入式数据库

10.2.1嵌入式数据库的基本架构

10.2.2嵌入式数据库的主要特点

10.2.3嵌入式数据库的应用

10.3非关系型数据库NoSQL

10.3.1Web 2.0动态网站对数据库性能的需求

10.3.2NoSQL数据库的概念

10.3.3NoSQL数据库的特征

10.3.4NoSQL数据库的分类

10.3.5NoSQL数据库发展展望

10.4面向特定应用领域的数据库新技术

10.4.1工程数据库

10.4.2统计数据库

10.4.3空间数据库

习题10

附录A安装SQL Server 2012

附录B安装Visual Studio 2010

附录C大学教学信息管理数据库应用系统案例程序代码

参考文献

随着信息技术的迅猛发展和社会信息化水平的进一步提升，数据库技术已经成为国家信息基础设施和信息化社会中最重要的支撑技术之一； 基于数据库技术和数据库管理系统（DBMS）的应用软件和装备制造系统中的控制软件的研发，已经成为计算机及其相关专业领域技术和管理人员的必备知识和基本技能。数据库技术已在国民经济的各个领域得到了十分广泛的应用，并在推动科技发展和社会进步方面起着越来越重要的作用。

本书第1版（2009年）、第2版（2012）和第3版（2017年）出版以来，在几十所院校的计算机类专业、电子信息类专业、管理类专业、电子商务类专业和其他相关专业的教学中得到了应用，许多学生、老师和读者对本书的进一步改版都特别关心，提出了许多宝贵的建议。

出版第4版的原因主要包括：

(1) 将前几版中集中在第4章中介绍SQL Server 2012平台软件环境及其使用方法，改为从第1章就开始引入SQL Server 2012的相关内容，并根据教学内容将SQL Server 2012平台软件环境及其使用方法分布在不同的章节中介绍，这样不仅有利于理论与实际的结合及对相关概念的理解，而且便于与数据库应用系统的设计方法内容结合起来，提升培养学生设计与创新能力的力度。

(2) 完善和优化第3版中的部分内容和实例，与时俱进地引入了组合实体集及其设计方法，进一步完善和优化了基于ER图的数据库概念结构设计和基于SQL Server 2012的数据库应用系统设计案例的设计过程，进一步突出了面向综合设计能力培养的主题，提高了对学生学习和设计过程的指导性。

(3) 删除了一些不属于基本理论和基础知识的内容，使全书各章内容更加精练协调。

(4) 在各章的练习题中增加了单选题和设计性习题，优化了各章的习题。

本书在内容选取上兼顾了应用型人才和工程型人才培养的要求，构建了以“数据库原理+SQL Server 2012数据库+ADO.NET数据库访问技术+VB.NET语言”为架构的数据库课程内容体系，给出了“大学教学信息管理数据库应用系统”的完整设计过程和程序代码，采用案例式教学，具有鲜明的理论与应用结合特色，参考及应用价值高。

本书第4版共10章，第1章是数据库系统概述； 第2章介绍关系运算； 第3章是数据库应用系统设计方法； 第4章介绍关系数据库语言SQL； 第5章是关系数据库模式的规范化设计； 第6章介绍TSQL与存储过程； 第7章是数据库应用系统体系结构与访问技术； 第8章介绍数据库应用系统设计与实现； 第9章是数据库保护技术； 第10章介绍数据库新技术。本书内容覆盖了关系数据库原理、数据库应用系统设计方法和设计技术。

本书配套资源丰富，提供教学大纲、教学课件、电子教案、部分习题答案、程序源码、教学进度表，扫描封底的课件二维码可以下载。每章章未的单选题(第8章除外)及其答案可以扫描习题部分的二维码在线练习。

本书是“数据库系统原理及应用”国家级精品课程和国家级精品资源共享课主讲教材，可作为高等院校大学本科计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、物联网工程、数字媒体技术、信息工程、信息与计算科学、信息管理与信息系统、地理信息系统、电子商务等专业的数据库课程教材，也可作为相关专业研究生的数据库课程教材，还可供相关领域专业的高等院校师生、从事计算机软件研究和信息系统设计的科技人员和工程技术人员参考。

本书的第1章~第5章、第9章、第10章内容由李俊山编写，第6章~第8章内容由李俊山和叶霞共同编写，附录A~附录C内容由叶霞编写。另外，罗蓉、李建华、赵方舟、杨威、张娇、杨亚威、刘东等参与了早期版本数据库应用系统案例程序编写需要的部分资料的整理。

由于作者水平有限，书中难免有不当之处，敬请广大读者和专家批评指正。

李俊山

2020年3月