1.1 數據庫

為了讓讀者了解數據庫，需要先介紹數據庫系統、數據庫模型和數據庫語言。

1.1.1 數據庫系統

1. 數據庫

數據庫（DB）是存放數據的倉庫。這些數據存在一定的關聯，并按一定的格式存放在計算機上。從廣義上講，數據不僅包含數字，還包括文本、圖像、音頻、視頻等。

例如，把一個學校的學生、課程、學生成績等數據有序地組織并存放在計算機內，就可以構成一個數據庫。因此，數據庫是由一些持久的相互關聯的數據的集合組成，并以一定的組織形式存放在計算機的存儲介質中。數據庫是事務處理、信息管理等應用系統的基礎。

2. 數據庫系統

數據庫管理系統（DBMS）按一定的數據模型組織數據、管理數據庫。數據庫應用系統通過DBMS提供的接口操作數據庫，數據庫管理員（DBA）通過DBMS提供的界面管理操作數據庫。

數據、數據庫、數據庫管理系統與操作數據庫的應用程序，加上支撐它們的硬件平臺、軟件平臺和與數據庫有關的人員一起構成了一個完整的數據庫系統。圖1.1描述了數據庫系統的構成。

1.1.2 數據模型

數據模型是指數據庫管理系統中數據的存儲結構。數據庫管理系統根據數據模型對數據進行存儲和管理。

1. 常見的數據模型

常見的數據模型有：層次模型、網狀模型和關系模型。

（1）層次模型

層次模型是最早用于商品數據庫管理系統的數據模型。它以樹狀層次結構組織數據。樹形結構的每個節點表示一個記錄類型，記錄之間的聯系是一對多的。位于樹形結構頂部的節點稱為根節點，層次模型有且僅有一個根節點。根節點以外的其他節點有且僅有一個父節點。圖1.2所示為某學校按層次模型組織的數據示例。

層次模型結構簡單，容易實現，對于某些特定的應用系統效率很高，但如果需要動態訪問數據（如增加或修改記錄類型）時，效率并不高。另外，對于一些非層次性結構（如多對多聯系），層次模型表達起來比較煩瑣和不直觀。

（2）網狀模型

網狀模型可以看作是層次模型的一種擴展。它采用網狀結構組織數據，每個節點表示一個記錄類型，記錄之間的聯系是一對多的。一個節點可以有一個或多個父節點和子節點，這樣，數據庫中的所有數據節點就構成了一個復雜的網絡。圖1.3所示為按網狀模型組織的數據示例。

與層次模型相比，網狀模型具有更大的靈活性，更直接地描述現實世界，性能和效率也較好。網狀模型的缺點是結構復雜，用戶不易掌握。

（3）關系模型

關系模型是目前應用最多、最為重要的一種數據模型。關系模型建立在嚴格的數學概念基礎上，以二維表格（關系表）的形式組織數據庫中的數據，二維表由行和列組成。從用戶觀點看，關系模型是由一組關系組成的，關系之間通過公共屬性產生聯系。每個關系的數據結構是一個規范化的二維表，所以一個關系數據庫就是由若干個表組成的。圖1.4所示為按關系模型組織的數據示例。

在圖中顯示的關系模型中，描述學生信息時使用的“學生”表涉及的主要信息有：學號、姓名、性別、出生時間、專業、總學分及備注。

表格中的一行稱為一個記錄，一列又稱為一個字段，每列的標題稱為字段名。如果給關系表取一個名字，則有n個字段的關系表的結構可表示為：關系表名（字段名1，……，字段名n），通常把關系表的結構稱為關系模式。

在關系表中，如果一個字段或幾個字段組合的值可唯一標識其對應記錄，則稱該字段或字段組合為碼。例如，學生的“學號”可唯一標識每一個學生，則“學號”字段為“學生”表的碼。有時一個表可能有多個碼，對于每一個關系表通常可指定一個碼為“主碼”，在關系模式中，一般用下畫線標出主碼。

設“學生”表的名字為XSB，關系模式可表示為：XSB（學號，姓名，性別，出生時間，專業，總學分，備注）。

從圖1.4可以看出，按關系模型組織數據表達方式簡潔、直觀，插入、刪除、修改操作方便，而按層次、網狀模型組織數據表達方式，操作比較復雜。因此，關系模型得到廣泛應用，關系型數據庫管理系統（RDBMS）成為主流。目前，比較流行的關系型數據庫管理系統包括SQL Server、Access、Oracle、Sybase、MySQL、DB2等。

SQL Server是由Microsoft公司開發的Windows平臺大中型關系數據庫管理系統。SQL Server版本從SQL Server 6.5、SQL Server 7.0、SQL Server 2000、SQL Server 2005、SQL Server 2008到SQL Server 2012、SQL Server 2014，SQL Server 2016也已經上市。本書主要介紹SQL Server 2016。

2. 其他數據模型

隨著信息管理內容的不斷擴展和新技術的層出不窮，數據庫技術面臨著前所未有的挑戰。面對新的數據形式，除了層次模型、網狀模型、關系模型，人們提出了豐富多樣的數據模型，例如面向對象模型、半結構化模型等。同時也提出了眾多新的數據庫技術（XML數據管理、數據流管理、Web數據集成、數據挖掘等）。

3. 流行關系數據庫產品

關系數據庫分為兩類：一類是桌面數據庫，另一類是客戶/服務器數據庫。

一般而言，桌面數據庫用于小型的、單機的應用程序，它不需要網絡和服務器，實現起來比較方便，但它只提供數據的存取功能。例如Access、FoxPro、Excel和dBase等。

客戶/服務器數據庫主要適用于大型的、多用戶的數據庫管理系統，包括兩部分：一部分駐留在客戶機上，用于向用戶顯示信息及實現與用戶的交互；另一部分駐留在服務器中，主要用來實現對數據庫的操作和對數據的計算處理。

例如，大型關系型數據庫管理系統一般為Oracle，SQL Server、DB2、Ingers、Informix和Sybase等。小型關系型數據庫管理系統一般為MySQL、PostgreSQL和SQLite。其中SQLite是一個強大的嵌入式關系型數據庫管理系統；MySQL是最流行的RDBMS；PostgreSQL是最先進SQL型開源objective-RDBMS。

在開發數據庫應用程序時，也可以將它們放在一臺計算機上進行調試，調試完成后再把數據庫放到服務器上。

1.1.3 關系型數據庫語言

關系型數據庫除了通過DBMS操作外，還可用關系型數據庫的標準語言——SQL（Structured Query Language，結構化查詢語言）操作。SQL語言是用于關系數據庫查詢的結構化語言，功能包括數據查詢、數據操縱、數據定義和數據控制4部分。

一般來說，關系型數據庫管理系統均支持SQL語言，但每家關系型數據庫管理系統都對SQL語言的功能進行了擴展。例如，SQL Server數據庫系統支持的是Transact-SQL（簡稱T-SQL），而Oracle數據庫所使用的SQL語言則是PL-SQL。所以，不同數據庫管理系統之間的SQL語言不能完全通用。