第1章数据库基础

1、Access数据库技术与应用数据库技术与应用任课教师：张学哲任课教师：张学哲 教授教授第第1章章 数据库基础数据库基础本章目标本章目标1. 数据、数据、数据库、数据库、数据库管理系统、数据库管理系统、数数据库系统的相关概念据库系统的相关概念2. 数数据库系统分类据库系统分类3. 数据模型分类数据模型分类4. 三三级模式概念和两级映象级模式概念和两级映象5. 关系的规范化关系的规范化6. 关系的完整性关系的完整性 数据库技术是计算机科学的一个重要数据库技术是计算机科学的一个重要分支分支 。 数据库管理系统作为数据管理最有数据库管理系统作为数据管理最有效的效的 手段之一广泛应用于各行各业手段之一广

2、泛应用于各行各业 ，成为，成为存储存储 、使用、处理信息资源的主要手段、使用、处理信息资源的主要手段 ，是任何一个行是任何一个行 业信息化运作的基石业信息化运作的基石 。 本本章介绍了数据库管理系统章介绍了数据库管理系统 、数据库系统、数据库系统 、数据模型数据模型 、关系数据库及其基本运算等知、关系数据库及其基本运算等知识识 。1.1 数据库管理系统数据库管理系统 （P1）1.1.1 信息信息 、数据、数据库（、数据、数据库（P1）数据库数据库（Database）DB、的特点：的特点：（1） 数据的共享性数据的共享性 数据库中的数据能为多个用户服务数据库中的数据能为多个用户服务 。（2） 数

3、据的独立性数据的独立性 用户的应用程序与数据的逻辑组织和用户的应用程序与数据的逻辑组织和物理存储方式无关物理存储方式无关 。（3） 数据的完整性数据的完整性 数据库中的数据在操作和维护过程中数据库中的数据在操作和维护过程中可以保证正确无误可以保证正确无误 。（4） 数据的简洁性数据的简洁性 数据库中的冗余数据少数据库中的冗余数据少 ，尽可能避免，尽可能避免数据的重复数据的重复 。信息信息 、数据、数据 、数据库的概念、数据库的概念1.1.2 数据管理技术的发展（数据管理技术的发展（P2）1.人工管理阶段人工管理阶段2.文件管理阶段文件管理阶段3.数据库管理阶段数据库管理阶段时间时间20世纪世纪

4、50年代中期以前年代中期以前20世纪世纪50年代后期年代后期20世纪世纪60年代后期年代后期应用程序和应用程序和数据之间的数据之间的关系示意图关系示意图应用程序应用程序1数据组数据组1应用程序应用程序2数据组数据组2应用程序应用程序N数据组数据组N应用程序应用程序1 数据组数据组1应用程序应用程序2 数据组数据组2 应用程序应用程序N 数据组数据组N应用程序应用程序1 应用程序应用程序2 应用程序应用程序N特点特点（1） 数据不保存数据不保存（ 2） 数据与程序不数据与程序不可分割可分割（ 3） 数据冗余数据冗余（1） 程序和数据分开程序和数据分开存储存储（2） 通过文件名访问通过文件名访问数

5、据文件数据文件（3） 数据共享数据共享（1） 以数据库的形式以数据库的形式保存数据保存数据 （2） 数据和程序之间数据和程序之间彼此独立彼此独立（3） 按一定的数据模按一定的数据模型组织数据型组织数据（4） 使用数据库管理使用数据库管理系统系统文件系统数据库管理系统数据库1.1.3 数据库管理系统（数据库管理系统（P5） “数据库管理系统数据库管理系统”（database management system，DBMS） 。 数据库管理系统是位于用户与数据库管理系统是位于用户与 操作系统之间的一层数据管操作系统之间的一层数据管理软件理软件 ，它建立在操作系统的基础上，它建立在操作系统的基础上 ，

6、对数据库进行统一的管，对数据库进行统一的管 理。理。1、数据库管理系统应该具有下列功能、数据库管理系统应该具有下列功能 ：（1） 数据定义数据定义(DDL)功能功能（2） 数据操作数据操作(DML)功能功能（3） 控制和管理功能控制和管理功能(数据控制数据控制_DCL)(事务控制事务控制_TCL)（4） 数据字典数据字典 2、几种常用的数据库管理系统、几种常用的数据库管理系统1.Microsoft Access 4.Oracle2.Visual FoxPro 5.DB23.Microsoft SQL Server1.2 数据库系统数据库系统 （P7）1.2 .1 数据库系统的组成数据库系统的组

7、成（P7） （database system，DBS） （1）计算机硬件（硬件平台）计算机硬件（硬件平台）（2）数据库集合（数据库）数据库集合（数据库）（3）数据库管理糸统（数据库）数据库管理糸统（数据库糸统的核心）糸统的核心）（4）相关软件）相关软件（5）人员（数据库管理员）人员（数据库管理员DBA）用户用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库数据库管理员 数据库系统（DBS）1.2.2数据库系统的特点（数据库系统的特点（P8） 1.数据结构化数据结构化2.数据共享数据共享3.最低的冗余度最低的冗余度4.数据独立性数据独立性5.统一的数据控制统一的数据控制(1)安全性控制安全

8、性控制(2)完整性控制完整性控制(3)并发操作控制并发操作控制(4)故障发现和恢复控制故障发现和恢复控制1.2.3 数据库的体糸结构数据库的体糸结构(P10)1.三级数据视图（数据抽象的三个级别）三级数据视图（数据抽象的三个级别）（第（第1层）外部视图：数据的逻辑结构、面向应用、可以有多个、用户数据视图层）外部视图：数据的逻辑结构、面向应用、可以有多个、用户数据视图（第（第2层）全局视图：面向全局应用、全局数据、仅有一个、数据库管理人员层）全局视图：面向全局应用、全局数据、仅有一个、数据库管理人员（第（第3层）存储视图：面向存储、仅有一个、糸统维护人员层）存储视图：面向存储、仅有一个、糸统维护

9、人员2.三级模式结构三级模式结构（1）外模式（子模式）：一个子模式可由多个用户共享，但）外模式（子模式）：一个子模式可由多个用户共享，但一个用户只能使用一个子模式。数据库中可以有多个外模式。一个用户只能使用一个子模式。数据库中可以有多个外模式。（2）模式（逻辑模式、概念模式）：数据库中全体数据的全）模式（逻辑模式、概念模式）：数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的描述。数据库中只有一个模式。局逻辑结构和特征的描述。数据库中只有一个模式。（3）内模式（存储模式、物理模式）：数据在数据库中的内）内模式（存储模式、物理模式）：数据在数据库中的内部表示。数据库中只有一个内模式。部表示。数据库中只有一个

10、内模式。（5）模式内模式映象：模式内模式映象是唯一的。）模式内模式映象：模式内模式映象是唯一的。（4）外模式模式映象：对于每一个外模式，数据库糸统都）外模式模式映象：对于每一个外模式，数据库糸统都有一个外模式模式映象。有一个外模式模式映象。1.2.4 新型数据库糸统新型数据库糸统(P12)1.分布式数据库分布式数据库2.面向对象数据库面向对象数据库3.多媒体数据库多媒体数据库4. 数据仓库数据仓库5.工程式数据库工程式数据库6.空间数据库空间数据库7.嵌入式数据库和移动数据库嵌入式数据库和移动数据库1.3数据模型数据模型(P13)1.3.1 数据模型的组成要素数据模型的组成要素(P14)1.数

11、据结构数据结构（1）数据本身：类型、内容、性质。）数据本身：类型、内容、性质。（2）数据之间的联系：数据之间的相互关联。）数据之间的联系：数据之间的相互关联。2.数据操作数据操作 检索和更新（插入、删除、修改）检索和更新（插入、删除、修改）3.数据完整性约束数据完整性约束 保证数据的正确性、有效性和相容性。保证数据的正确性、有效性和相容性。1.3.2 概念模型概念模型(P15)1. 实体的描述实体的描述（1）实体（）实体（Entity）（2）属性（）属性（Attribute）（3）键（）键（Primary key）（4）域（）域（Attribute）（5）实体型和实体值（）实体型和实体值（En

12、tity Type And Entity Value） （6）实体集实体型（）实体集实体型（Entity Set ） 2. 实体间的联系及联系方式实体间的联系及联系方式（1）一对一联系（）一对一联系（11）（2）一对多联系（）一对多联系（1n）（3）多对多联系（）多对多联系（mn）3.概念模型的表示方法（概念模型的表示方法（E-R图）图）（1） （2） （3）实体集实体集属性属性联系联系基本基本- -图要点图要点例：学生选修课程例：学生选修课程学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名选修选修课课学分学分成绩成绩mn1.3.3 数据模型数据模型(P20)1.层次模型：用树型结

13、构表示实体类型以及实体之间联系的模型是层次层次模型：用树型结构表示实体类型以及实体之间联系的模型是层次模型。模型。系教研室学生教员1 : N联系地址地址系名系名系号系号教研室名教研室名教研室号教研室号年级年级姓名姓名学号学号职称职称姓名姓名职工号职工号2.网状模型：用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网网状模型：用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网状模型。状模型。 专业 课程 学生 教师 教室 教材 3.关系模型：关系模型： 用关系（二维表格形式结构）来表示实体类型以及实体间联用关系（二维表格形式结构）来表示实体类型以及实体间联系的模型称为关系模型。系的模型称为关

14、系模型。关系模型示例学生登记表3.面向面向对象模型：对象模型： 使用面向对象技术（使用面向对象技术（Object-Oriented，简称，简称OO)来来表示信息世界的实体类型及实体之间联系的模型称为对象模型。表示信息世界的实体类型及实体之间联系的模型称为对象模型。状态： 属性属性集合 行为： 操作方法集合 对象对象封装封装消息消息对象示意图1.4 关系数据库糸统关系数据库糸统(P22)1.4.1关系模型中常用的术语关系模型中常用的术语(P22)一张一张“二维表二维表”就是一个关系，例如：教师表就是一个关系，例如：教师表关系模型中常用的术语关系模型中常用的术语（1）关系（）关系（Relation

15、）:二维表。二维表。（2）元组（）元组（Tuple） :二维表中的一行（记录）。二维表中的一行（记录）。（3）属性（）属性（Attribute） :二维表中的一列（字段）。二维表中的一列（字段）。（4）域域（Domain）：属性的取值范围。属性的取值范围。（5）表结构）表结构(structure)：二维表中的第一行。二维表中的第一行。（6）关系模型）关系模型 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） 例如：选课（学号，课程号，成绩）例如：选课（学号，课程号，成绩）（7）候选键（）候选键（candidate key）:也称为也称为候选关键字，可有多个候选键。候选关键字

16、，可有多个候选键。（8）主键（）主键（Primary Key）；从）；从候选键中指定的一个，也称为主关键字。候选键中指定的一个，也称为主关键字。（9）外键（）外键（Foreign Key）；）；表中的属性不是本表的主键或候选键，而与另外表中的属性不是本表的主键或候选键，而与另外一个相关联表的主键相对应，也也称为外部关键字。一个相关联表的主键相对应，也也称为外部关键字。（10）主表和从表）主表和从表（11）关系数据库管理糸统（）关系数据库管理糸统（RDBMS）：）：管理关系数据库的计算机软件。管理关系数据库的计算机软件。1.4.2E-R图向关系模型的转换图向关系模型的转换(P24)1.实体到关系

17、模式的转换：学生（姓名，学号，糸别）、课程（课程名，选修课，学分）实体到关系模式的转换：学生（姓名，学号，糸别）、课程（课程名，选修课，学分）2.联系到关系模式的转换：选修（成绩）联系到关系模式的转换：选修（成绩）学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名选修选修课课学分学分成绩成绩mn1.4.3关系数据模型的特点关系数据模型的特点(P26)(1)关系中的每一列不可再分；关系中的每一列不可再分；(2)在同一个关系中不能出现相同的属性；在同一个关系中不能出现相同的属性；(3)关系中不允许有完全相同的元组；关系中不允许有完全相同的元组；(4)关系中元组的次序无关紧要；关系中元组的

18、次序无关紧要；(5)关系中列的次序无关紧要。关系中列的次序无关紧要。1.4.4关系运算（关系运算（P27）1.学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男02 李四李四男男学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男06 赵艳赵艳女女学号学号姓名姓名性别性别01张三张三男男02李四李四男男06赵艳赵艳女女学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男02 李四李四男男学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男06 赵艳赵艳女女学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男(2)(3)学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男02 李四李四男男学号学号 姓名姓名 性别性别02 李四李

19、四男男06 赵艳赵艳女女学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男2.学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男02 李四李四男男05 王红王红女女06 赵艳赵艳女女姓名姓名张三张三学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男学号学号 姓名姓名 性别性别01 张三张三男男02 李四李四男男05 王红王红女女06 赵艳赵艳女女姓名，性别姓名，性别姓名姓名 性别性别张三张三男男李四李四男男王红王红女女赵艳赵艳女女（3）联接：内联接、自然联接、左外联接、右外联接、全外联接）联接：内联接、自然联接、左外联接、右外联接、全外联接内联接：按照公共属性值相等的条件连接，并不消除重复属内联接：按照公

20、共属性值相等的条件连接，并不消除重复属性。性。自然联接；在内联接的基础上，再消除重复属性。自然联接；在内联接的基础上，再消除重复属性。左外联接：在内联接的基础上，保留左关系中不能匹配条件左外联接：在内联接的基础上，保留左关系中不能匹配条件的元组，并将右关系的属性填空值的元组，并将右关系的属性填空值Null。右外联接：在内联接的基础上，保留右关系中不能匹配条件右外联接：在内联接的基础上，保留右关系中不能匹配条件的元组，并将左关系的属性填空值的元组，并将左关系的属性填空值Null。全外联接：左外联接和右外联接的组合。全外联接：左外联接和右外联接的组合。例：通过学生、选课和课程关系查询所有同学的数学

21、成绩，组例：通过学生、选课和课程关系查询所有同学的数学成绩，组成新的关系成新的关系XS3。学号学号姓名姓名性别性别专业专业入学成绩入学成绩070101刘晓明刘晓明男男管理管理568070102林利利林利利女女法学法学552070103王中华王中华男男英语英语549学生表：学生表：学号学号课程号课程号成绩成绩070101A0184070101B0279070102A0192选课表：选课表：课程号课程号课程名课程名学分学分A01数学数学5B02英语英语4C01体育体育2课程表：课程表：学号学号姓名姓名课程名课程名成绩成绩070101刘晓明刘晓明数学数学84070102林利利林利利数学数学92XS3

22、：1.4.5关系的规范化关系的规范化(P29)1.第一范式（第一范式（1NF）如果关系）如果关系R的每个属性值都是不可分的原子值，则称的每个属性值都是不可分的原子值，则称R满足第一范式（满足第一范式（First Normal Form，可简写成，可简写成1NF。学号学号姓名姓名性别性别专业专业课程号课程号成绩成绩学分学分070101刘晓明刘晓明男男工商工商A01845.0A02913.5C01852.0070102林利利林利利女女工商工商B01874.0A02823.5C01732.0070103王中华王中华男男法学法学A01685.0B01894.0学号学号姓名姓名性别性别专业专业课程号课程

23、号成绩成绩学分学分070101刘晓明刘晓明男男工商工商A01845.0070101刘晓明刘晓明男男工商工商A02913.5070101刘晓明刘晓明男男工商工商C01852.0070102林利利林利利女女工商工商B01874.0070102林利利林利利女女工商工商A02823.5070102林利利林利利女女工商工商C01732.0070103王中华王中华男男法学法学A01685.0070103王中华王中华男男法学法学B01894.0(1)数据冗余数据冗余 （2）更新异常）更新异常 （3）插入异常）插入异常 （4）删除异常）删除异常2.如果关系如果关系R的每个非主属性完全依赖于任意一个候选关键的每

24、个非主属性完全依赖于任意一个候选关键字，则称关系字，则称关系R满足第二范式（可简写成满足第二范式（可简写成2NF）。）。学号学号课程号课程号成绩成绩070101A0184070101A0291070101C0185070102B0187070102A0282070102C0173070103A0168070103B0189课程号课程号课程名课程名学分学分A01A015.0A02A024.0C01C013.5B01B012.0学号学号姓名姓名性别性别专业专业课程号课程号成绩成绩学分学分070101刘晓明刘晓明男男工商工商A01845.0070101刘晓明刘晓明男男工商工商A02913.5070101刘晓明刘晓明男男工商工商C01852.0070102林利利林利利女女工商工商B01874.0070102林利利林利利女女工商工商A02823.5070102林利利林利利女女工商工商C01732.0070103王中华王中华男男法学法学A01685.00