access 数据库基础知识

1、清华大学出版社 2013年8月1日 2 2 第1章 数据库基础知识 1.1 数据库技术概述 1.1.1 数据与数据管理技术 1.1.2 数据库系统 1.1.3 数据模型 1.2 关系数据库 1.2.1 关系数据结构 1.2.2 关系完整性约束 1.2.3 关系操作 1.2.4 关系规范化 1.3 数据库设计简介 本章小结 3 3 1.1 数据库技术概述 n 数据库技术是计算机数据处理与信息管理系统的核心。 n 数据库技术主要研究在计算机信息处理过程中，如何对大量 数据有效地组织和存储，在数据库系统中减少数据存储冗余、 实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据 等问题。 n 数据库

2、技术研究和管理的对象是数据，它所涉及的主要内容 包括：通过对数据的统一组织和管理，按照指定的结构建立相 应的数据库，利用数据库管理系统设计出满足应用需求的数据 库应用系统，实现对数据库中的数据进行添加、修改、删除、 查询和分析等功能。 4 4 1.1.1 数据与数据管理技术 n 数据 n 数据是描述事物的符号记录。 n 数据是数据库中存储的基本对象，数据与其语义是不可分的 n 数据管理技术 n 数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和 维护，是数据处理的中心问题。 n 数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。 n 数据管理技术经历了3个发展阶段 n 人工管理 n 文件系统 n 数

3、据库系统 5 5 数据管理技术的三个发展阶段 6 6 数据管理技术的三个发展阶段 7 7 1.1.2 数据库系统 n 数据库系统（Database System，DBS）一般由数据库、数据库管理 系统(及其开发工具)、数据库应用系统和数据库管理员构成。 (1)数据库（DataBase，DB） n 是长期存储在计算机内，有组织的、大量的、可共享的数据 集合。 n 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有 较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，为用户共享。 n 数据库中不仅包括描述事物的数据本身，而且包括事物之间 的联系。 8 8 数据库系统 (2)数据库管理系统（Database

4、 Management System，DBMS ） n DBMS 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，在 操作系统支持下工作，是数据库系统的核心组成部分。 n 对数据库中数据的增加、删除、修改和查询等操作，均由 DBMS 统一管理和控制。 n DBMS 的主要功能 n 数据模式定义与数据的物理存取构建。 n 数据操纵，包括数据更新（添加、修改、删除）和数据查询。 n 数据控制，包括完整性和安全性定义、数据库的并发控制与故障恢复。 n 数据服务，包括数据拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。 9 9 数据库系统 (3) 数据库应用系统（Database Application System

5、， DBAS） n 是利用数据库系统资源，为特定应用环境开发的应用软件。 (4) 数据库管理员（Database Administrator，DBA） n 是负责数据库的建立、使用和维护的专门人员。 图1-4 数据库系统各部分之间的关系示意图 1010 1.1.3 数据模型 n 数据模型是现实世界数据特征的抽象。 n 数据模型按不同的应用层次分成3种类型： n 概念数据模型，是一种面向客观世界、面向用户的模型，它 与具体的数据库管理系统无关，与具体的计算机平台无关。 n 逻辑数据模型，是一种面向数据库系统的模型。 n 物理数据模型，是一种面向计算机物理表示的模型。 1111 概念数据模型 n

6、概念数据模型简称为概念模型 n 常用的概念模型是E-R模型（Entity-Relationship，实体-联系） n E-R模型用E-R图来描述数据结构，其成分为 n 实体：客观存在并可相互区分的事物称为实体。 n 属性：实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若 干个属性来刻画。 n 实体名及实体属性的集合构成实体型。 n 同一类型的实体的集合构成实体集。 n 联系：现实世界的事物之间总是存在某种联系，包括实体内 部的联系和实体之间的联系。 n 两个实体之间的联系可分为3类：1:1，1:n，m:n 1212 E-R模型 n 例如， n 系部与系主任之间具有一对一联系，即一个系部只有一个系

7、主任，一个 系主任只在一个系部任职。 n 系部与学生之间具有一对多联系，即一个系部有多个学生，一个学生只 属于一个系部。 n 学生与课程之间具有多对多联系，即一个学生可以选修多门课程，一门 课程可以有多个学生选修。 1313 E-R模型 n E-R模型的表示 n 矩形：表示实体型，矩形框内为实体名。 n 椭圆：表示属性，椭圆框内为属性名。 n 菱形：表示联系，菱形框内为联系名。 n 无向边：用来连接实体型与联系，边上注明联系类型(1:1， 1:n或m:n)；属性与对应的实体型或联系也用无向边连接。 【例】用E-R模型描述某高校的教学组织情况：学校有若干系 部，每个系有若干学生，每个学生可选修多

8、门课程。 1414 E-R模型 1515 逻辑数据模型 n 逻辑数据模型即通常所说的数据模型 n 它由数据结构、数据约束和数据操作三部分内容来描述。 n 任何一个DBMS都是基于某种逻辑数据模型的。 n 根据数据的组织形式，常见的数据模型有 n 层次模型：用树型结构表示实体及实体间的联系。 n 网状模型：用网状结构表示实体及实体间的联系。 n 关系模型：用二维表结构来表示实体及实体间的联系。 n 关系模型以关系数学理论为基础，一个关系对应一个二维表。 n 关系模型的概念单一，无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示。 n 关系模型是目前最常用也是最重要的一种数据模型，Access就是基于关 系

9、模型的关系数据库管理系统。 1616 逻辑数据模型 1717 1.2 关系数据库 n 关系数据库是采用关系模型作为数据组织方式的数据库。 n 在关系数据库中，现实世界的实体及实体间的联系均用关系 来表示。 n 关系模型用关系数据结构、关系完整性约束和关系操作3部分 来描述。 1818 1.2.1 关系数据结构 1.关系术语 （1）关系 n 一个关系对应一张二维表，每个关系有一个关系名。 （2）元组 n 表中的一行称为一个元组（或记录）。 （3）属性 n 表中的一列称为一个属性（或字段）。 （4）域 n 属性的取值范围。 （5）分量 n 元组中的一个属性值。 1919 关系数据结构 （6）关系模

10、式 n 对关系结构的描述，表示为： 关系名（属性1,属性2,属性n） 例如，“系部”关系的关系模式可表示为： 系部(系号,系名,系主任) n 在关系模型中实体以及实体间的联系都是用关系来表示的。 例如，学生、课程、学生与课程之间的多对多的选课联系，在 关系模型中都表示为关系，其关系模式为： 学生(学号,姓名,性别,出生日期,系号） 课程(课程号,课程名,学分) 选课(学号,课程号,成绩) 2020 关系数据结构 （7）键 n 在表中能够惟一标识一个元组的属性或属性组，称为键。 n 键具有标识元组、建立元组间联系等重要作用。 n 一个表中可以有多个键，称为候选键。 （8）主键 n 从候选键中选择

11、一个要使用的键，称为主键。 （9）外键 n 如果表A和表B中有公共字段f，且f在表B中是主键，则f在 表A中就称为外键。 n 在关系数据库中，主键和外键表示了2个表之间的联系。 2121 关系数据结构 2.关系的基本性质 （1）关系中的每个属性是不可分割的数据项（即，表中不能再 包含表）。 n 如果不满足这个条件，就不能称为关系数据库。 （2）关系中同一个属性的取值必须是同一类型的数据，来自同 一个域。 （3）关系中不允许出现相同的属性。 （4）关系中不允许出现相同的元组。 （5）关系中的行、列次序可以任意交换，不影响其信息内容。 2222 1.2.2 关系完整性约束 1.实体完整性约束 n

12、该约束要求关系的主键不能取空值或重复的值。 n 空值(Null)就是“不知道”或“无意义”的值。 2.参照完整性约束 n 该约束是关系之间相关联的约束，它规定了外键和主键之间 的引用规则，即外键或者取空值，或者等于相关联的关系中主 键的某个值。 3.用户定义的完整性约束 n 该约束是针对某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要 求而定义的完整性约束。 n 实体完整性约束和参照完整性约束是关系模型必须遵守的规 则，由关系数据库系统自动支持。 2323 1.2.3 关系操作 1传统的集合运算 n 并()、交()、差()、笛卡尔积() 2424 关系操作 2专门的关系运算 n 选择（）、投影（）、连

13、接（）、除（） （1）选择 n 从关系中选出满足给定条件的元组。 n 是从行的角度进行的运算，结果是原关系的一个子集。 （2）投影 n 从关系中选出若干属性列组成新的关系。 n 是从列的角度进行的运算，相当于对关系进行垂直分解。 2525 关系操作 2专门的关系运算 （3）连接 n 从2个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。 n 以属性值相等为条件的连接称为等值连接。 n 去掉重复属性的等值连接称为自然联接，自然联接是最常 用的连接运算。 （4）除 n 适合于包含“所有的”或“全部的”之类条件的查询操作。 2626 关系运算示例 (a)条件为“C=5”的选择运算 (c)以R.B=S.

14、B为条件的等值连接 (a)条件为“C=5”的选择运算 (b) 选取A、C列的投影运算(d) 自然连接 2727 关系运算示例 (b) 除运算 R表示选课关系(S#为学号，C#为课程号)， S表示课程关系（C#为课程号）， RS表示找出选修了所有课程的学生学号。 2828 1.2.4 关系规范化 n 范式（Normal Form，NF） n 满足一定条件的关系模式称为范式。 n 根据规范化理论，共有6个级别的范式。常用的是第一范式 （1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。 n 级别越高，满足的要求越高，规范化程度也越高。 n 在关系数据库中，任何一个关系模式都必须满足第一范式， 即表

15、中的每个字段必须是不可分割的数据项。 n 规范化 n将一个低级范式的关系模式分解为多个高一级范式的关系模 式的过程，称为规范化。 n通过关系的规范化，可以将不同的概念分散到不同的关系中， 达到概念的单一化，从而减少数据冗余，保持数据的一致性。 2929 1.3 数据库设计简介 n 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据 库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据， 满足不同用户的应用需求。 n 数据库设计 通常分为以下6个阶段： （1）需求分析 n 收集和分析用户的各项信息需求和处理需求。 n 形成需求分析说明书。 （2）概念结构设计 n 根据需求分析说明书，对现实世

16、界进行数据抽象，建立概 念模型，常用的是E-R模型。 3030 数据库设计简介 （3）逻辑结构设计 n将概念模型(如E-R模型)转换为某个DBMS所支持的数据模型。 n 应用关系规范化理论对关系模式进行优化。 （4）物理结构设计 n 对给定的数据库的逻辑模型，选取一个最适合应用环境的物 理结构（包括存储结构和存取方法）。 （5）数据库实施 n 用DBMS提供的数据定义语言定义数据库结构，装入初始数据， 编制与调试应用程序，并进行试运行。 （6）数据库运行和维护 n 数据库投入运行后，对数据库系统进行评价、调整和修改。 3131 本章小结 n 数据管理技术经历了人工管理、文件系统和数据库系统3个阶 段。数据库技术是数据管理的最新技术。 n 数据库系统一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工 具）、数据库应用系统和数据库管理员构成。 n 数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的核心组成部分。 n 概念数据模型（如E-R模型）是一种面向客观世界、面向用户 的模型，与具体的计算机平台无关，与具体的数据库管理系统 无关。 n 逻辑数据模型（即通常所说的数据模型，包括层次模型、网 状模型、关系模型等）是一种面向数据库系统的模型，即任何 一个DBMS都是基于某种数据模型建立的。 3232 本章小结 n