数据库及其应用

1、第1章 数据处理与数据库系统概述2014年1月 数据库及其应用主要知识点数据模型与初识Access关系数据理论（1）数据库应用模式与应用类别234第1章信息、数据、数据库技术、数据库系统11.1计算机数据处理n信息与数据 当今时代，信息是最重要的资源之一，与能源、物质并列为人类社会活动的三大要素。 计算机是信息处理最主要的工具。对于很多人来说，计算机和信息密不可分。1.1计算机数据处理 信息与数据 信息： 信息是对现实世界中事物的存在特征、运动形态以及不同事物间的相互联系等多种属性的描述，通过抽象形成概念；这些概念能被人们认识、理解，被表达、加工、推理和传播，以达到认识世界和改造世界的目的。因

2、此，信息是关于事物以及事物间联系的知识。三种类型的信息 事物静态属性信息。包括事物的形状、颜色、状态、数量等。 事物动态属性信息。包括事物的运动、变化、行为、操作、时空特性等。 事物之间的联系信息。包括事物之间的相互关系、制约和相互运动的规律。1.1计算机数据处理信息表达及其特性 目前使用的计算机信息表达方法，主要包括：数字、文字和语言、公式、图形和曲线、表格、多媒体（包含图像、声音、视频等）、超链接等。 信息具有可共享性、易存储性、可压缩性、易传播性等特性。信息的特性 可共享性。这是信息与其他资源的本质区别之一可共享性。这是信息与其他资源的本质区别之一。信息可以被无限复制，并可共享。一般来。

3、信息可以被无限复制，并可共享。一般来说说，生，生产信息的成本较高，而复制信息的成本极低产信息的成本较高，而复制信息的成本极低。信息信息共享的共享的与信息保护与信息保护需要同时。需要同时。 易存储性。在现代信息系统中，信息以数字形式易存储性。在现代信息系统中，信息以数字形式存储和传递存储和传递。目前。目前已经有非常多的存储介质和存储已经有非常多的存储介质和存储技术，存储成本越来越低。技术，存储成本越来越低。 可压缩性。通过一定算法对信息的表达空间进行可压缩性。通过一定算法对信息的表达空间进行压缩，减少表达空间而又不丢失信息内容。压缩，减少表达空间而又不丢失信息内容。 易传播性。网络技术的发展和普

4、及可以使信息在易传播性。网络技术的发展和普及可以使信息在瞬间传播到世界各个角落瞬间传播到世界各个角落。这种特性已经根本上改这种特性已经根本上改变了人们获得信息、交流信息的方式。变了人们获得信息、交流信息的方式。1.1计算机数据处理1.1计算机数据处理数据与数据处理 数据是表达信息的符号。数据是信息的载体，信息是数据的内涵。 计算机是处理数据的。各种数据符号在计算机中都转换成二进制符号“0”和“1”保存和处理。事实上，表达各种信息的数据在计算机中就是由“0”和“1” 组成的形形色色的各种编码。 所谓数据处理，是指对数据的收集、整理、组织、存储、维护、加工、查询、传输的过程。1.1计算机数据处理n

5、数据库系统1数据处理系统 为实现特定的数据处理目标所需要的所有各种资源的总和称为数据处理系统。一般情况下，主要指硬件设备、软件环境与开发工具、应用程序、数据集合、相关文档等。 数据处理系统的开发是指在确定的硬件、软件环境下，设计实现特定数据处理目标的软件系统的过程。1.1计算机数据处理2数据库技术与数据库系统 计算机数据管理经历三个阶段：手工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。 上世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。外存只有纸带、磁带等；没有操作系统。数据由手工管理。 50年代后期到60年代，有了磁盘等设备及操作系统等软件，计算机开始大量用于数据处理。数据可长期保存。数据由应用程

6、序定义，数据不独立，共享性差，冗余度大。 60年代中期，产生数据库技术，出现了数据库管理系统（DBMS，Data Base Management System）。1.1计算机数据处理2数据库技术与数据库系统 所谓数据库，简而言之，就是长期存储的相关联、可共享的数据集合。 数据库技术有以下一些特点。数据结构化。数据共享性好、冗余度低。数据独立性强。数据库采用三级模式、两级映射体系结构，具有很强物理数据独立性和逻辑数据独立性。DBMS统一管理。数据库的定义、创建、维护、运行操作等所有功能由DBMS统一管理和控制。1.1计算机数据处理2数据库技术与数据库系统 数据库系统：是运用数据库技术的数据处理系

7、统，由计算机软硬件、数据库、DBMS、应用程序以及数据库管理员（DBA，Data Base Administrator）和数据库用户构成。 典型的数据库系统构成如图1.1所示。 图图1.1 数据库系统构成数据库系统构成示意示意1.1计算机数据处理1.1计算机数据处理3数据库应用系统与管理信息系统 数据库系统的开发和建立，大多是为了满足企业或组织的应用需求，因此也称为数据库应用系统（DBAS，DB Application System）。 针对企业管理工作开发的信息处理系统，称为管理信息系统（MIS，Management Information System）。目前，大多数MIS都是数据库系统。

8、MIS的主要功能 数据的采集与输入（事务处理数据、多维数据）数据的采集与输入（事务处理数据、多维数据）。 数据的存储（集中、分布）。数据的存储（集中、分布）。 数据的管理（安全、并发控制、过滤）。数据的管理（安全、并发控制、过滤）。 数据的处理（筛选、概括、数据挖掘、决策）。数据的处理（筛选、概括、数据挖掘、决策）。 数据的检索（个性化、不同的信息）。数据的检索（个性化、不同的信息）。 数据的传输（内部、外部、代理）。数据的传输（内部、外部、代理）。 数据的应用（用户界面、信息属性、表达方式）数据的应用（用户界面、信息属性、表达方式）。 系统及数据的维护处理（及时更新、安全可靠）系统及数据的维

9、护处理（及时更新、安全可靠）。1.1计算机数据处理1.2 数据库示例与数据模型nDBMS、Access 数据库系统的核心是DBMS，通过DBMS建立和应用数据库。 Access是Microsoft公司推出的基于桌面应用的小型数据库系统软件，是Office套装软件的一员，目前有广泛的应用。本课程采用的DBMS是Access 2010。1.Access数据库示例 分析教学管理数据库的有关概念。数据库中用表对象来组织各种数据并进行存储和管理。表对象是Access中最重要的对象。 每个表由行列组成，所有表的结构特征完全相同。表的行称为记录（Record），表的列称为字段（Field）。字段表示表的构成

10、，记录是相同结构的数据。教学管理包括：学院、专业、学生、课程和成绩表。1.2 数据库示例与数据模型 作为数据库的表，必须满足一些相应的规定。 例如，表中不应有重复行。表的每行数据都可相互区分。在表中标识每行的字段，称为表的主键。主键值一定唯一。 原则上每个表都可指定主键。 1.2 数据库示例与数据模型 作为数据库的表，必须满足一些相应的规定。 数据库的数据不应有冗余，原则上同一个数据只出现一次。在不同表中都要用到同一个数据，采用引用方式。在一个表中用于引用其他表主键的字段，称为外键。 这种表之间的引用和被引用，称为“关系”。被引用的表，称为父表或主表，引用其他表的表，称为子表或外键表。1.2

11、数据库示例与数据模型课程表课程表1.2 数据库示例与数据模型教学管理数据库关系图教学管理数据库关系图1.2 数据库示例与数据模型2.数据模型每个DBMS都基于某种数据模型设计。 所谓数据模型（Data Model），是对客观世界的事物以及事物之间联系的形式化描述。 每一种数据模型，都提供了一套完整的概念、符号、格式和方法作为建立该数据模型的工具。数据库技术出现以来，将主要的数据模型分为三代。 第一代：层次模型、网状模型； 第二代：关系模型； 第三代：面向对象数据模型等。1.2 数据库示例与数据模型1.3 关系数据模型基本理论n关系数据理论 关系数据理论于1970年由IBM公司E.F.Codd首

12、先提出，核心是关系数据模型（Relation Data Model），非常简洁、易于理解，有严格的数学基础。发展成为过去数十年、现在和将来相当长时期内占主导地位的数据库技术。 Access即是关系型的数据库管理系统。1.3 关系数据模型基本理论 1. 关系数据模型三要素 完整描述关系数据模型，包括三个要素，即：数据结构、数据操作和数据约束。数据结构：表明该模型中数据的组织和表示方式。数据操作：指对通过该模型表达的数据的运算和操作。数据约束：指对通过该模型表达的数据的限制和约束，以保证存储的数据正确性和一致性。 关系模型的数据结构只有一种：关系，即二维表。 关系模型的数据操作运算体系：关系代数、

13、关系谓词。 关系模型的数据约束包括四种：实体完整性规则、参照完整性规则、域完整性规则和用户定义的完整性规则。1.3 关系数据模型基本理论 2. 关系及相关概念 关系关系模型中最重要的概念就是关系。 直观的看，关系是由行和列组成的二维表。关系都有名称。 关系中的一列称为关系的一个属性（Attribute），一行称为关系的一个元组（Tuple）。 一个元组是由相关联的属性值组成的一组数据。关系是元组的集合。元组的个数称为该关系的基数。 每个属性都有一个属性名。属性的个数称为关系的度数。 每个属性都从一个域（Domain）中取值。域是值的集合。 有些元组的某些属性值如果事先不知道或没有，根据情况可以

14、取空值（Null）。1.3 关系数据模型基本理论 2. 关系及相关概念 在一个关系中，可以唯一确定每个元组的属性或属性组称为候选键（Candidate Key）。 从候选键中指定一个作为该关系的主键（Primary Key）。原则上每个关系都有主键。 一个关系中存放的另一个关系的主键称为外键（Foreign Key）。 如专业关系中的“学院编号”，是学院关系的主键，在专业关系中是外键。关系的特点关系的特点关系中的每一列属性都是原子属性，即属性不可再分。关系中的每一列属性都是同质的，即每个元组的该属性取值都来自同一个域。关系中的属性没有先后顺序。关系中元组没有先后顺序。关系中不应有相同元组。1.

15、3 关系数据模型基本理论 关系模式 关系的属性结构确定了一个关系的结构，也就是关系的框架。关系框架反映了关系的结构特征，称为关系模式（Relation Schema）。在实用时，关系模式可以表示为： R（A1，A2，An） 同一个关系模式下可以有很多关系。关系模式有时也简称关系。 关系模型与关系数据库 关系模型，是对一个系统内所有数据对象的形式化描述。将一个系统中所有不同的关系模式描述出来，就建立了该系统的关系模型。 关系模型与具体计算机和软件无关。依照关系数据理论设计的DBMS，称为关系型DBMS。通过关系型DBMS，可建立关系数据库（Relation DataBase）。教学管理数据库的关

16、系模型 学院（学院编号，学院名称，院长，办公电话） 专业（专业编号，专业名称，专业类别，学院编号） 课程（课程编号，课程名称，课程类别，学分，学院编号） 学生（学号，姓名，性别，生日，民族，籍贯，专业编号，简历，登记照） 成绩（学号，课程编号，成绩）0z1.3 关系数据模型基本理论1.3 关系数据模型基本理论 3. 关系数据库的数据完整性约束 数据是信息系统最为重要的资源。关系系统通过数据的完整性约束保证输入和存放的数据的正确。 数据的完整性指数据的正确性和一致性。数据正确性是指存储在数据库中的所有数据都应符合用户对数据的语义要求；数据的一致性也叫相容性，是指存放在不同关系中的同一个数据必须是

17、一致的。 关系模型通过四类完整性约束规则保证数据完整性。1.3 关系数据模型基本理论实体完整性规则 实体完整性规则：定义了主键的关系中，不允许任何元组的主键属性值为空值。 关系中，主键取空值意味着存在不可识别的元组（实体），而这是不允许的。 实体完整性规则保证关系中的每个元组都是可识别和可区分的。1.3 关系数据模型基本理论参照完整性规则 关系模型中，一种数据只需出现一次，凡是需要该数据的地方都采用外键引用的方式。这样，可以最大程度降低数据冗余存储，保障数据一致性。 被外键引用的属性只能是关系的主键或候选键。通常将被引用关系称为主键关系或父关系，将外键所在的关系称为外键关系或子关系。 参照完整

18、性规则：子关系中外键属性的取值只能符合两种情形之一：在父关系的被引用属性（主键或候选键）中存在对应的值；或者取空值（Null）。 这一规则也叫引用完整性规则，用来防止对不存在的数据的引用。 父子关系可以是同一个关系。1.3 关系数据模型基本理论 域完整性规则 关系中每一列的属性都有一个确定的取值范围即域。 域完整性规则：对关系中单个属性取值范围定义的约束。 对属性实现域约束的方法包括：指定域（即数据类型），指定是否允许取空值、是否允许重复取值、是否有默认值等。 用户定义的完整性规则 在实际数据库应用中，用户会对很多数据有实际的限制。 用户定义的完整性规则：用户根据实际需要对数据库中的数据或者数

19、据间的相互关系定义约束条件，所有这些约束构成了用户定义的完整性约束。 用户定义的约束规则，一般是通过定义反映用户语义的逻辑运算表达式来表达的。1.4 数据库系统工作模式与应用类别n数据库应用模式 随着技术发展，先后产生了“主机终端”模式、“文件服务器”模式、“客户机服务器”模式、“浏览器服务器”模式等不同工作模式。n数据库技术的应用领域 由以处理日常管理业务的事务处理为主，扩展到辅助决策的数据分析领域。1.4 数据库系统工作模式与应用类别l1.数据库系统应用模式主机终端模式 采用宿主机与多个（仿真）终端连网形式，是集中式体系结构。数据集中管理。文件服务器模式 文件服务器是在网络中，数据以文件形

20、式保存在服务器上。当用户需要数据时，通过网络向服务器发送数据请求，服务器将整个数据文件传送给用户，由用户在客户端再对数据进行处理。1.4 数据库系统工作模式与应用类别客户机/服务器（C/S，Client/Server）模式 C/S模式分为两层结构和多层结构。 两层C/S结构将应用系统分为两个部分：客户机部分和服务器部分。客户机（前台）指安装在用户计算机上、包括用户操作界面和处理业务的应用程序，负责响应客户请求；服务器端（后台）有存储企业数据的数据库，负责数据管理。 客户端应用程序需要数据时，通过网络向服务器提出数据请求。服务器处理请求，执行相关操作，然后将满足用户要求的数据集合传回客户端。客户端再将数据进行计算并将结果呈现给用户。1.4 数据库系统工作模式与应用类别客户机/服务器（C/S，Client/Server）模式 三层（或多层）C/S结构将用户界面与企业逻辑分离，将应用分割为三部分：表示部分、应用逻辑部分、数据访问部分，使其在逻辑上各自独立，并单独加以实现，分别为客户、应用服务器、数据库服务器。 如图所示。1.4 数据库系统工作模式与应用类别浏览器/服务器（B/S，Browser/Server）模式 B/S模式是基于Web技术的网络信息系统模式，是三层C/S结构的一种特殊形式。客户端是浏览