第五章 数据库与数据库管理

1、数据库与数据库管理合肥工业大学2数据库基本知识与Visual FoxPro概述 目 录上一页下一页退 出目 录上一页下一页退 出3 本本 章章 要要 点点1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 1.2 1.2 数据库系统数据库系统 1.3 1.3 关系数据库系统关系数据库系统 1.4 Visual FoxPro 1.4 Visual FoxPro 系统简介系统简介 1.5 Visual FoxPro 6.01.5 Visual FoxPro 6.0系统的基本操作系统的基本操作 目 录上一页下一页退 出41.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 1.1.1 数据

2、与信息 人们通常使用各种各样的物理符号来表示客观事物的特性和特征，这些符号及其组合就是数据。数据的概念包括两个方面，即数据内容数据内容和数据形式。数据内容数据形式。数据内容是指所描述客观事物的具体特性，也就是通常所说数据的“值”；数据形式数据形式则是指数据内容存储在媒体上的具体形式，也就是通常所说数据的“类型”。数据主要有数字、文字、声音、图形和图像等多种形式。 信息信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识,是数据的内容。目 录上一页下一页退 出5 1.1.2 数据处理 数据处理数据处理就是将数据转换为信息的过程。数据处理的内容主要包括：数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和

3、传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律及其相互联系，通过分析、归纳、推理等科学方法，利用计算机技术、数据库技术等技术手段，提取有效的信息资源，为进一步分析、管理、决策提供依据。 数据处理数据处理也称信息处理信息处理。 例如，学生各门成绩为原始数据，经过计算得出平均成绩和总成绩等信息，计算处理的过程就是数据处理。目 录上一页下一页退 出6 1.1.3 数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展，数据处理及时地应用了这一先进的技术手段，使数据处理的效率和深度大大提高，也促使数据处理和数据管理的技术得到了很大的发展，其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管

4、理人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理及分布式数据库管理等几个阶段。 目 录上一页下一页退 出7 1 1人工管理阶段人工管理阶段 早期的计算机主要用于科学计算，计算处理的数据量很小，基本上不存在数据管理的问题。从50年代初开始，开始将计算机应用于数据处理。当时的计算机没有专门管理数据的软件，也没有像磁盘这样可随机存取的外部存储设备，对数据的管理没有一定的格式，数据依附于处理它的应用程序，使数据和应用程序一一对应，互为依赖。 人工管理阶段的特点人工管理阶段的特点： 这一时期的数据由于是面向应用程序的，应用程序与其处理的数据结合成一个整体。（1）数据不保存（2）应用程序管理数据（3）数

5、据不能共享（4）数据不具有独立性目 录上一页下一页退 出8 在人工管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-1所示。 应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组n 目 录上一页下一页退 出9 2文件管理阶段文件管理阶段 从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段。由于操作系统操作系统的出现，而操作系统操作系统的一项主要功能是文件管理，因此，数据处理应用程序利用操作系统操作系统的文件管理功能，将相关数据按一定的规则构成文件，通过文件系统对文件中的数据进行存取、管理，实现数据的文件管理方式。 文件系统阶段的特点：（1）数据可以长期保存（2）文件系统管理数据（3）数据独立性差 目 录上一

6、页下一页退 出10 在文件管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-2所示。 操作系统应用程序n应用程序2数据组2数据组n应用程序1数据组1 目 录上一页下一页退 出11 3数据库数据库(分布式数据库分布式数据库)管理阶段管理阶段 数据库管理阶段是60年代末在文件管理基础上发展起来的。随着计算机系统性价比的持续提高，软件技术的不断发展，人们克服了文件系统的不足，开发了一类新的数据管理软件数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS），运用数据库技术进行数据管理，将数据管理技术推向了数据库管理阶段。 数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据实行统一、集中、独

7、立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整性和安全性，提高了数据管理效率。数据库也是以文件方式存储数据的，但它是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，由数据库管理软件DBMS把所有应用程序中使用的相关数据汇集起来，按统一的数据模型，以记录为单位存储在数据库中，为各个应用程序提供方便、快捷的查询、使用。 目 录上一页下一页退 出12 在数据库管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-3所示。 数据库管理系统数据库应用程序2应用程序1应用程序n返回目录返回目录目 录上一页下一页退 出131.2 数据库系统 1.2.1 数据库系统的组成 数据库应用系统简称为数据库系统（DataBase S

8、ystem，DBS），是一个计算机应用系统。它由计算机硬件、OS 、数据库管理系统、数据库、应用程序和用户等部分组成。 应用程序硬件语言编译 DBMSOS数据库系统组成相互有关联关系的数据数据的集合DBDBMS管理数据库的系统软件系统软件DBA完成某一功能的应用程序1应用程序2应用程序nDBAP 1DBAP 2DBAP nComputer Database System主讲人：刘俊数据库与数据库管理本科教学目 录上一页下一页退 出15 1计算机硬件计算机硬件 计算机硬件（Hardware）是数据库系统赖以存在的物质基础，是存储数据库及运行数据库管理系统DBMS的硬件资源，主要包括主机、存储设备

9、、I/O通道等。大型数据库系统一般都建立在计算机网络环境下。 为使数据库系统获得较满意的运行效果，应对计算机的CPU、内存、磁盘、I/O通道等技术性能指标，采用较高的配置。 2数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是指负责数据库存取、维护、管理的系统软件。DBMS提供对数据库中数据资源进行统一管理和控制的功能，将用户应用程序与数据库数据相互隔离。它是数据库系统的核心，其功能的强弱是衡量数据库系统性能优劣的主要指标。 DBMS必须运行在相应的系统平台上，在操作系统和相关的系统软件支持下，才能有效地运行。目 录上一页下一页退

10、出16 3数据库数据库 数据库(DataBase，DB )是指数据库系统中以一定组织方式将相关数据组织在一起，存储在外部存储设备上所形成的、能为多个用户共享的、与应用程序相互独立的相关数据集合。数据库中的数据也是以文件的形式存储在存储介质上的，它是数据库系统操作的对象和结果。数据库中的数据具有集中性和共享性。所谓集中性是指把数据库看成性质不同的数据文件的集合，其中的数据冗余很小。所谓共享性是指多个不同用户使用不同应用软件，为了不同应用目的可同时存取数据库中的数据。 数据库中的数据由DBMS进行统一管理和控制，用户对数据库进行的各种数据操作都是通过DBMS实现的。目 录上一页下一页退 出17 4

11、应用程序应用程序 应用程序（Application）是在DBMS的基础上，由用户根据应用的实际需要所开发的、处理特定业务的应用程序。应用程序的操作范围通常仅是数据库的一个子集，也即用户所需的那部分数据。 5数据库用户数据库用户 用户（User）是指管理、开发、使用数据库系统的所有人员，通常包括数据库管理员、应用程序员和终端用户。数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）负责管理、监督、维护数据库系统的正常运行；应用程序员（Application Programmer）负责分析、设计、开发、维护数据库系统中运行的各类应用程序；终端用户（End-User）是在DBMS与应

12、用程序支持下，操作使用数据库系统的普通使用者。不同规模的数据库系统，用户的人员配置可以根据实际情况有所不同，大多数用户都属于终端用户，在小型数据库系统中，特别是在微机上运行的数据库系统中，通常DBA就由终端用户担任。 目 录上一页下一页退 出18 1.2.2 数据库系统体系结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，包括3个模式（外模式、模式和内模式外模式、模式和内模式）和2个映射（外模式外模式-模式映射和模式模式映射和模式-内模式映射内模式映射）。 将数据库结构分为3级：面向用户或应用程序员的用户级用户级；面向建立和维护数据库人员

13、的概念级概念级；面向系统程序员的物理级物理级。用户级用户级对应外模式外模式，概念级概念级对应模式模式，物理物理级级对应内模式内模式，使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图，就是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，简而言之，视图就是数据库在用户“眼中”的反映，很显然，不同层次（级别）用户所“看到”的数据库是不相同的。数据库系统的体系结构如图1-5所示。目 录上一页下一页退 出19 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 3 外模式 1 外模式 2 模 式 内模式 物物理理数数据据外模式/模式映射 模式/内模式映射 外模式（用户级数据库） 模 式（概念级数据库） 内模式（物理级数据库

14、） 操作系统 DBMS 目 录上一页下一页退 出20 1模式模式模式也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库系统模式结构的中间层。一个数据库只有一个模式。它既区别于外模式，与具体的应用程序无关，也不同于内模式，不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，它反映记录内部以及记录之间的逻辑关系。目 录上一页下一页退 出21 2外模式外模式外模式也称为子模式或用户模式，它是用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是用户的数据视图，是用户存取数据的窗户。外模式一般是模式的子集。一个模式可以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。外模式是保证数据库安全性的

15、一个有力措施。 目 录上一页下一页退 出22 3内模式内模式内模式也称为存储模式，是对实际物理设备上数据存储结构的描述，它具有真正的物理存在，而概念模式和外模式是以它为基础逐级抽象出的逻辑结构。一个数据库只有一个内模式。目 录上一页下一页退 出23 4. 三级模式间的映射三级模式间的映射（1）“外模式/模式”之间的映射 这种映射将用户数据库与概念数据库联系起来；实现了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。 (当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变 )（2）“模式/内模式”之间的映射 这种映射把概念数据库与物理数据库联系起来。模式与内模式的映

16、射使全局逻辑数据独立于物理数据，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。 (当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式一内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变)目 录上一页下一页退 出24 1.2.3 数据模型数据模型 数据模型是指数据库中数据与数据之间的关系。数据模型是指数据库中数据与数据之间的关系。 数据模型是数据库系统中一个关键概念，数据模型不同，相应的数据库系统就完全不同，任何一个数据库管理系统都是基于某种数据模型的。数据库管理系统常用的数据模型有下列三种： 层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型目 录上一页下一页退 出25层次模型层次模型目

17、录上一页下一页退 出26层次模型实例目 录上一页下一页退 出27网状模型网状模型目 录上一页下一页退 出28网状模型实例目 录上一页下一页退 出29 关系模型关系模型（Relational Model） 人们习惯用表格形式表示一组相关的数据，既简单又直观，如表1-1就是一张学生基本情况表。这种由行与这种由行与列构成的二维表，在数据库理论中称为关系，用关系表示列构成的二维表，在数据库理论中称为关系，用关系表示的数据模型称为关系模型。的数据模型称为关系模型。 关系模型与层次模型和网状模型相比，具有数据结构单一、理论严密、使用方便、易学易用的特点，因此，目前绝大多数数据库系统的数据模型，都是采用关系

18、数据模型，成为数据库应用的主流。 Visual FoxPro是一种典型的关系型数据库管理系统。 返回目录返回目录目 录上一页下一页退 出30 表1-1 学生基本情况表 学号姓名性别班级名系别代号地址出生日期是否团员备注011110李建国男计012101湖北武汉1984-9-28是 011103李宁女电013402江西九江1985-5-6否 011202赵娜女英011203广西南宁1984-2-21否 021204孙亮男电013402湖南长沙1986-9-8是 011111赵琳女计012101江苏南京1985-11-18是 021405罗宇波男英011203江苏南通1985-12-12否 目 录

19、上一页下一页退 出311.3 关系数据库系统关系数据库系统 1.3.1 关系的基本概念及其特点 1关系的基本概念关系的基本概念 （1）关系 一个关系就是一张二维表，通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名。例如，表1-2考生简况和表1-3考生考试成绩就代表两个关系，“考生简况”及“考生考试成绩”则为各自的关系名。 在Visual FoxPro中，一个关系对应于一个表文件，简称为表，关系名则对应于表文件名或表名。 目 录上一页下一页退 出32 （2）元组 二维表的每一行在关系中称为元组。 在Visual FoxPro中，一个元组对应表中一个记录。 （3）属性 二维

20、表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，属性值则是各个元组属性的取值。 在Visual FoxPro中，一个属性对应表中一个字段，属性名对应字段名，属性值对应于各个记录的字段值。 （4）域 属性的取值范围称为域。域作为属性值的集合，其类型与范围具体由属性的性质及其所表示的意义确定。同一属性只能在相同域中取值。 目 录上一页下一页退 出33 （5）关键字 关系中能唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，称为该关系的一个关键字。单个属性组成的关键字称为单关键字，多个属性组合的关键字称为组合关键字。需要强调的是，关键字的属性值不能取“空值”，所谓空值就是“不知道”或“不确定”的值，因而无

21、法唯一地区分、确定元组。 表1-2中“准考证号”及“身份证号”属性可以作为单关键字，因为准考证号和身份证号不允许相同。而“姓名”及“出生日期”则不能作为关键字，因为考生中可能出现重名或相同出生日期。如果所有同名考生的出生日期不同，则可将“姓名”和“出生日期”组合成为组合关键字。目 录上一页下一页退 出34 （6）候选关键字 关系中能够成为关键字的属性或属性组合可能不是惟一的。凡在关系中能够唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，称为候选关键字。如表1-2中“准考证号”和“身份证号”属性都是候选关键字。 （7）主关键字 在候选关键字中选定一个作为关键字，称为该关系的主关键字。关系中主关键字是唯一

22、的。 目 录上一页下一页退 出35 （8）关系模式 对关系的描述称为关系模式，其格式为： 关系名（属性名关系名（属性名1, 属性名属性名2, , 属性名属性名n） 关系既可以用二维表格描述，也可以用数学形式的关系模式来描述。一个关系模式对应一个关系的数据结构，也就是表的数据结构。 如表1-2对应的关系，其关系模式可以表示为： 考生简况（准考证号，身份证号，姓名，性别，出生考生简况（准考证号，身份证号，姓名，性别，出生日期，工作单位，电话号码）日期，工作单位，电话号码） 其中，“考生简况”为关系名，括号中各项为该关系所有的属性名。 主讲人：刘俊数据库与数据库管理本科教学学 号姓 名专 业选修课程

23、任课教师9003105张 鹏计算机应用计算机系统结构唐 飞9003212吴俊武计算机软件数据结构王小栋9003223廖 凯计算机软件程序设计语言陆 非9003214李 娜计算机软件形式语言蒋 涛学生选课登记表值域：列数据的取值范围如，十个汉字以内的文字串列、字段、属性、数据项：列有名称(属性名),有值/数据(属性值)如，属性名为“专业”，属性值为“计算机应用”，“计算机软件”表名：学生选课登记表表、关系：由属性和元组构成关系模式：由表名和属性名构成如，学生选课登记表(学号,姓名,专业,选修课程,任课教师)行、元组、记录：由数据构成如，(9003212,吴俊武,计算机软件,数据结构,王小栋) (

24、9003223,廖凯,计算机软件,程序设计语言,陆非)目 录上一页下一页退 出37 2关系的基本特点关系的基本特点 在关系模型中，关系具有以下基本特点： （1）关系必须规范化，属性不可再分割 规范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足一定的要求，最基本的要求是关系必须是一张二维表，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，即表中不能再包含表。 （2）在同一关系中不允许出现相同的属性名 （3）在同一关系中元组及属性的顺序可以任意 （4）任意交换两个元组（或属性）的位置，不会改变关系模式。 以上是关系的基本性质，也是衡量一个二维表格是否构成关系的基本要素。在这些基本要素中，有一点是关键，即属性不可再

25、分割，也即表中不能套表。 目 录上一页下一页退 出38 3关系模型的主要优点关系模型的主要优点 （1）数据结构单一 关系模型中，所有的研究对象都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。 （2）关系规范化，并建立在严格的理论基础上 关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本规范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上，具有坚实的理论基础。 （3）概念简单，操作方便 关系模型最大的优点就是简单，用户容易理解和掌握，一个关系就是一张二维表格，用户只需用简单的查询语言就能对数据库进行操作。目 录上一页下一页退 出39 1.3.2 关系数据库 以关系模型建立的数据库就是关系数据库（Re

26、lational Data Base，RDB），关系数据库系统的DBMS是关系型数据库管理系统（Relational DataBase Management System，RDBMS）。 关系数据库中包含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关系模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定义关系数据库就是逐一定义关系模式，对每一关系模式逐一定义属性及其对应的域。 一个关系就是一张二维表格，表格由表格结构与数据构成，表格的结构对应关系模式，表格每一列对应关系模式的一个属性，该列的数据类型和取值范围就是该属性的域。因此，定义了表格就定义了对应的关系。 在Visual FoxPro系统中，与关系数

27、据库对应的是数据库文件，一个数据库文件包含若干个表，表由表结构与若干个数据记录组成，表结构对应关系模式；每个记录由若干个字段构成，字段对应关系模式的属性，字段的数据类型和取值范围对应属性的域。返回目录返回目录目 录上一页下一页退 出401.4 Visual FoxPro 系统简介系统简介 Visual FoxPro 6.0系统是一个关系型DBMS，是微软公司1998年推出的可视化开发套件Visual Studio 6.0系统中的一个产品。XBASE（dBASE、FoxBASE、FoxPro、Visual FoxPro）系列数据库管理系统在我国具有广泛的应用基础，随着版本的更新，增加、完善了许多

28、功能，开发、应用能力不断提升。目前，Visual FoxPro 6.0系统是一种比较普及的小型关系型DBMS，本课程以Visual FoxPro 6.0系统为对象，系统地介绍数据库操作、应用的基本方法。目 录上一页下一页退 出41 1.4.1 Visual FoxPro 6.0的基本组成 1Visual FoxPro 6.0的主窗口的主窗口 Visual FoxPro 6.0启动后，打开主窗口，如图1-8所示。主窗口包括：标题栏、菜单栏、常用工具栏、状态栏、命令窗口和主窗口工作区几个组成部分。 标题栏 菜单栏常用工具栏命令窗口状态栏工作区目 录上一页下一页退 出42 2Visual FoxPr

29、o 6.0的向导的向导 Visual FoxPro 6.0系统为用户提供了许多功能强大的向导（Wizards）。用户可以在向导程序的引导、帮助下，不用编程就能快速地建立良好的应用程序，完成许多数据库操作、管理功能，为非专业用户提供了一种较为简便的操作使用方式。 Visual FoxPro 6.0系统提供的向导及其功能，见表1-8。表向导 报表向导 一对多报表向导 标签向导 分组/总计报表向导 表单向导 一对多表单向导 查询向导 交叉表向导 本地视图向导 远程视图向导 导入向导 文档向导 图表向导 应用程序向导 SQL升迁向导 数据透视表向导 安装向导 目 录上一页下一页退 出43 3Visua

30、l FoxPro 6.0的设计器的设计器 Visual FoxPro 6.0提供的一系列设计器（Designers），为用户提供了一个友好的图形界面操作环境，用以创建、定制、编辑数据库结构、表结构、报表格式、应用程序组件等。 Visual FoxPro 6.0提供的设计器及其功能，见表1-10。 表设计器 查询设计器 视图设计器 表单设计器 报表设计器 标签设计器 数据库设计器 数据库设计器 连接设计器 菜单设计器 数据环境设计器 目 录上一页下一页退 出44 1.4.2 Visual FoxPro 6.0的文件类型的文件类型 Visual FoxPro 6.0系统中常见文件类型包括：项目、数

31、据库、表、视图、查询、表单、报表、标签、程序、菜单、类等，各自以不同的文件类型存储、管理，以不同的系统默认扩展名（类型名）相互区分、识别。 图1-11为Visual FoxPro 6.0中常用的文件扩展名及其所代表的文件类型。 返回目录返回目录目 录上一页下一页退 出45建立工程文件(*.prj)建立数据库文件(*.dbc)建立数据表文件(*.dbf)字段(field)记录(record)建立视图(*.vue)、查询(*.dbr)文件建立表单(*.scx)、菜单(*.mnx)文件建立报表(*.frm)、标签(*.lbl)文件目 录上一页下一页退 出46 1.5 Visual FoxPro 6.

32、0系统基本操作系统基本操作 1.5.1 Visual FoxPro 6.0的操作方式 Visual FoxPro 6.0系统为用户提供了几种各具特点的操作方式，用户可根据情况以及应用的需要，选择合适的操作方式，实现数据库的操作、应用。 Visual FoxPro 6.0系统的操作方式主要有： （1）命令操作方式 （2）菜单操作方式 （3）程序操作方式目 录上一页下一页退 出47 1命令操作方式命令操作方式 命令操作是在命令窗口中逐条输入命令，直接操作指定对象的操作方式。命令操作为用户提供了一个直接操作的手段，其优点是能够直接使用系统的各种命令和函数，有效操纵数据库，但要求熟练掌握各种命令和函数

33、的格式、功能、用法等细节；目 录上一页下一页退 出48 2菜单操作方式菜单操作方式 Visual FoxPro 6.0系统将许多命令做成菜单命令选项，用户通过选择菜单项来使用数据库的操作方式。在菜单方式中，很多操作是通过调用相关的向导、生成器、设计器工具，以直观、简便、可视化方式完成对系统的操作，用户不必熟悉命令的细节和相应的语法规则，通过对话来完成操作。有了这种方式，一般用户无需编程就可完成数据库的操作与管理； 目 录上一页下一页退 出49 3程序操作方式程序操作方式 程序操作就是预先将实现某种操作处理的命令序列编成程序，通过运行程序来实现操作、管理数据库的操作方式。根据实际应用需要编写的应用程序，能够为用户提供界面更简洁直观、操作步骤更符合业务处理流程和规范要求的操作应用环境。但程序的编制，需要经过专门训练，只有具备一定设计能力的专业人员方能胜任，普通用户很难编写大