数据库技术基础

1、第第1010章数据库技术基础章数据库技术基础 10.1 数据库的基本概念 10.2 数据模型 10.3 关系代数 10.4 数据库设计与管理 10.5 Access数据库及其应用 教学目的和基本要求：教学目的和基本要求：要求学生了解数据库的基本概念、数据库中使用的各种数据模型；了解关系模型及关系数据库；掌握Access的基本操作和应用。教学重点：教学重点：数据库的基本概念；关系模型；Access数据库的使用方法。10.1 10.1 数据库的基本概念数据库的基本概念v数据库是为实现一定的目的，按一定的组织方式存储在计算机中的相关数据的集合。v数据库技术所研究的问题就是如何科学地组织和存储数据、如

2、何高效地获取和处理数据。10.1.1 10.1.1 数据库管理技术数据库管理技术v数据和信息数据是人们用于描述客观事物的物理符号；信息是数据中所包含的意义。信息是经过加工的数据，是对决策者有影响的数据。数据是客观存在的，但信息有一定的主观性。长沙：明天阵长沙：明天阵雨，雨，10101414长沙的天气预报对长沙地区的人来说就是信息，长沙的天气预报对长沙地区的人来说就是信息，但对其它地方不关心长沙天气的人来说就是数据但对其它地方不关心长沙天气的人来说就是数据信息是经过加工的数据，是对决策者有影响的数据。数据：数据：未加工的资料未加工的资料信息：信息：加工后的结果加工后的结果 数据处理：数据处理：对

3、各种形式的数据进行收集、存储、对各种形式的数据进行收集、存储、 加工和传播的一系列活动的总和加工和传播的一系列活动的总和学生考试成绩学生考试成绩试卷难易度分析报告试卷难易度分析报告对成绩进行分班统计对成绩进行分班统计数据管理技术的发展数据管理技术的发展v人工管理阶段v文件系统阶段v数据库系统阶段 计算机对数据的管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护提供操作手段，随着计算机硬件、软件技术和计算机应用范围的发展而不断发展，多年来大致经历了如下三个阶段：各个数据管理阶段中应用程序和数据之间的对应关系人工管理阶段应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据1数据2数据n.程序

4、中要用到的数据直接写在程序代码里人工管理阶段特点：人工管理阶段特点：v数据不保存 v没有专用的软件对数据进行管理 v只有程序概念，没有文件概念 v程序中要用到的数据直接写在程序代码里，一组数据一个程序，即数据是面向程序的 文件系统阶段应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n文件文件系统系统物理文件1物理文件2物理文件n.各个数据管理阶段中应用程序和数据之间的对应关系应用程序是数据依赖的。即数据的物理表示方式和有关的存取技术都是在应用程序中要考虑和体现的文件系统阶段特点：文件系统阶段特点：v数据可以长期保存v数据的独立性低。文件系统进行数据管理，程序和数据之间由软件提供的存取方法进

5、行转换 v数据共享性差，数据冗余大 数据库系统阶段应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据库数据库管理系统管理系统+ OS数据库数据库.各个数据管理阶段中应用程序和数据之间的对应关系1.将相互关联的数据集成在一起2.统一管理，着眼全局，较少的数据冗余3.程序与数据相互独立4.数据可以共享并能保证数据的一致性数据库系统阶段的特点：数据库系统阶段的特点： v数据数据不再只针对某一特定应用，而是面向全组织，不再只针对某一特定应用，而是面向全组织，具有整体的结构性，具有整体的结构性，共享性高，冗余度小，共享性高，冗余度小，具有具有较高的程序与数据间的独立性，并且实现了对数较高的程序与

6、数据间的独立性，并且实现了对数据进行统一的控制。据进行统一的控制。v数据管理数据管理在数据库系统阶段，经历了层次数据库在数据库系统阶段，经历了层次数据库和网状数据库阶段，发展至和网状数据库阶段，发展至2020世纪世纪7070年代，出现年代，出现了了关系数据库系统关系数据库系统，并逐渐占据了数据库领域的，并逐渐占据了数据库领域的主导地位。主导地位。 10.1.2 10.1.2 数据库系统数据库系统v数据库系统（DataBase System）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，是由数据库、数据库管理系统、应用程序、数据库管理员和用户等构成的人-机系统。v数据库管理系统（DataBase M

7、anagement System,DBMS）是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、操纵、维护、控制、保护和数据服务等，是数据库系统的核心。数据库系统组成示意图数据库系统组成示意图DBMS的工作模式的工作模式数据库系统的基本功能数据库系统的基本功能1.数据定义功能数据定义功能 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象2.数据操纵功能数据操纵功能 提供数据操纵语言提供数据操纵语言(DML) 操纵数据实现对数据库的基本操操纵数据实现对数据库的基本操作作(检索检索)和更新和更新(插入、删除和修插入、删除和修改改)3.数据库的运行控制功能数据库的运行控制

8、功能 提供数据控制语言提供数据控制语言(DCL) 保证数据的安全性、完整性、保证数据的安全性、完整性、 多用户对数据的并发使用多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复4.数据库的维护功能数据库的维护功能 数据库数据批量装载数据库数据批量装载 数据库转储数据库转储 介质故障恢复介质故障恢复 数据库的重组织数据库的重组织 性能监视等性能监视等 (这些功能由各个实用程序完成这些功能由各个实用程序完成)功能示意图功能示意图数据库系统的基本特点：数据库系统的基本特点：v数据的结构化数据的结构化 v数据的高共享性与低冗余性数据的高共享性与低冗余性 v数据的独立性数据的独立性v数据的

9、统一管理与控制数据的统一管理与控制数据库不仅描述数数据库不仅描述数据本身，而且还描据本身，而且还描述数据之间的联系述数据之间的联系数据库系统从整个系统的角数据库系统从整个系统的角度描述数据，使得同一组记度描述数据，使得同一组记录可以被多个应用程序共享录可以被多个应用程序共享使用，从而降低冗余使用，从而降低冗余指数据和应用程序之指数据和应用程序之间彼此独立，不存在间彼此独立，不存在相互依赖的关系相互依赖的关系 包括数据的完整包括数据的完整性检查、安全性性检查、安全性检查和并发控制检查和并发控制 10.2 10.2 数据模型数据模型 数据模型是数据特征的抽象，它是对数据库如何组织数据的一种模型化表

10、示。计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，人们必须把具体事物转换成计算机能够处理的数据，因此人们用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。数据库系统在实现的时候，先把现实的事物抽象成概念模型，再把概念模型转换为计算机上某一数据库管理系统支持的数据模型。v实体：实体：现实世界客观存在并且可以相互区分的事物。如一个学生；一张桌子v属性与域：属性与域：描述实体某一方面的特性，其取值范围叫域。如姓名、性别；长、宽、高v关键字：关键字：唯一标识实体的属性集称为关键字（码）v实体型：实体型：由实体名与其属性名的集合共同构成。如学生（姓名，性别）；桌子（长，宽高）v实体间的联系：实体间

11、的联系：实体之间的相互关系10.2.1 10.2.1 概念模型概念模型实体间的相互联系实体间的相互联系v一对一联系（1:1）v一对多联系（1:n）v多对多联系（m:n）E-R E-R 模型（实体联系模型）模型（实体联系模型） 亦称E-R图。 E-R图将现实世界的的要求，转化为实体、联系、属性等几个基本概念以及它们之间的基本连接关系，并且用图非常直观地表现出来。一对一联系ABAB(1:1)11则称实体集则称实体集A A与实体集与实体集B B具有具有一对一联系一对一联系E-RE-R图图一对多联系ABAB(1:N)1n则称实体集则称实体集A A与实与实体集体集B B有一对多联系有一对多联系 E-RE

12、-R图图多对多联系ABAB(M:N)mn如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:nE-RE-R图图v为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一具体的DBMS支持的数据模型，通常要先将现实世界抽象为信息世界，然后再将信息世界转换为机器世界。即：将现实世界中的客观对象抽象为将现实世界中的客观对象抽象为概念模型概念模型；把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的（支持的（逻辑）数据逻辑）数据模型模型。v 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间

13、层次。v概念模型必须转化为数据模型才能在数据库中实现 10.2.2 10.2.2 数据模型数据模型 数据模型的主要任务一是指出数据的构造；二是确定数据间的联系，主要是实体间的联系。数据模型数据模型层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型1. 层次模型层次模型 层次模型层次模型将现实世界的实体彼此之间抽象成一种自上而下的层次关系，是使用树型结构表示实体与实体间联系的模型。2. 网状模型网状模型 现实世界中的有些问题，可能不符合层次模型的要求，可以使用网状模型来描述。 3. 关系模型关系模型 关系模型是将数据组织成二维表的形式，通过一张二维表来描述实体的属性，描述实体间联系的数据模型。在数

14、据库系统中，满足下列条件的二维表称为关系模型：v每一列中的分量是类型相同的数据 v列的顺序可以是任意的 v行的顺序可以是任意的 v表中的分量是不可再分割的最小数据项 v表中的任意两行不能完全相同 10.3 10.3 关系代数关系代数关系数据库系统是支持关系数据模型的数据库系统，关系模型是目前十分流行的一种数据模型典型的关系数据库管理系统产品有DB2、Oracle、Sybase、SQL Server、Informix，微机型产品有Dbase、Access、Visual FoxPro等关系代数是关系模型和关系数据库的理论基础 10.3.1 10.3.1 关系模型及关系数据库关系模型及关系数据库v关

15、系模型关系模型(Relational Model)(Relational Model)用表格结构表示实体以及实体之间联系的模型。它的数据结构是二维表，即由行和列组成，这个表就叫作关系。v关系数据库（关系数据库（Relational DatabaseRelational Database， RDBRDB）以关系模型建立的数据库。10.3.2 10.3.2 关系代数关系代数关系代数是一种抽象的查询语言，它是用对关系的运算来表达查询的 关系代数的运算主要分为两类：传统的集合运算和专门的关系运算关系代数的运算符关系代数的运算符v传统的集合运算：将关系看成元组的集合，其运算是从关系的“水平”方向即行的角

16、度来进行的并运算(Union)差运算(Difference)交运算(Intersection)广义笛卡儿积v专门的关系运算 运算不仅涉及行而且涉及列 选择(Selection)投影(Projection)连接(Join)ABCa1a1a2b1b2b2c1c2c1ABCa1a1a2b2b3b2c2c2c1（a a） 关系关系R R（b b） 关系关系S SABCa1a1a2a1b1b2b2b3c1c2c1c2（c c） RSRS ABCa1b1c1（d d） R - SR - SABCa1a2b2b2c2c1（e e） RSRS并（并（UnionUnion） 关系R和关系S的并记做RS,由属于R

17、或属于S的元组（记录）组成，结果仍为n目（列）关系。交交(Intersection)(Intersection)关系R和关系S的交记做RS，由属于R且属于S的元组（记录）组成，结果仍为n目（列）关系差（差（DifferenceDifference）关系R和关系S的差记做R-S，由属于R而不属于S的元组（记录）组成，结果仍为n目（列）关系举例：传统的关系运算举例：传统的关系运算(a) 学生关系学生关系S(b) 课程关系课程关系C学号学号S1S2S3S4姓名姓名性别性别女男男女年龄年龄20192118班级班级99881046510426302471李燕吴迪贝宁赵冰课 程号C1C2C3课程名课程名系

18、别系别物理物理计算机计算机数学数学电路基础电路基础数据结构数据结构概率统计概率统计学号学号S1S1S2S2S2S3S3S4课程号课程号等级等级ABBABCACC1C3C1C2C3C1C2C3(c) 学生选课关系学生选课关系SC学生选课数据库学生选课数据库举例：专门的关系运算举例：专门的关系运算学号学号S1S1S2S2S2S3S3S4姓名姓名性别性别女女女女男男男男男男男男男男女女年龄年龄2020191919212118班级班级9988199881046510465104651042630426302471李燕李燕李燕李燕吴迪吴迪吴迪吴迪吴迪吴迪贝宁贝宁贝宁贝宁赵冰赵冰课程号课程号等级等级ABB

19、ABCACC1C3C1C2C3C1C2C3S S与与SCSC的连接运算的连接运算学号学号S1S4姓名姓名性别性别女女女女年龄年龄2018班级班级9988102471李燕李燕赵冰赵冰从从S S中选择所有女生中选择所有女生姓名姓名李燕李燕吴迪吴迪贝宁贝宁赵冰赵冰班级班级9988104651042630247110.3.3 10.3.3 关系的完整性约束关系的完整性约束v 实体完整性实体完整性v 参照完整性参照完整性v 用户定义完整性用户定义完整性关系完整性是为保证数据库中数据的正确性关系完整性是为保证数据库中数据的正确性和相容性，对关系模型提出的某种约束条件和相容性，对关系模型提出的某种约束条件或

20、规则。或规则。 1、记录关键字的字段不能为空 2、关键字字段值唯一不引用不存在的实体 10.4 10.4 数据库设计与管理数据库设计与管理 数据库设计要与整个数据库应用系统的设计开发结合起来进行，它包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护6个阶段。1. 1. 需求分析需求分析 需求分析的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等)，充分了解原系统(手工系统或计算机系统)的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。2. 2. 概念结构设计概念结构设计 将需求分析阶段得到的用户需求抽象为反映现实世界信息需求的数据库概念

21、结构(概念模式)就是概念结构设计。能真实、充分地反映现实世界 易于理解，因而可以以此为基础和不熟悉数据库专业知识的用户交换意见 当应用环境和用户需求发生变化时，很容易实现对概念结构的修改和完善 易于转换成关系、层次、网状等各种数据模型 3. 3. 逻辑结构设计逻辑结构设计 逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段的ER图转换成与具体的数据库管理系统产品所支持的数据模型相一致的逻辑结构。4. 4. 物理结构设计物理结构设计 数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法称为数据库的物理结构。5. 5. 数据库实施数据库实施 数据库实施阶段的工作就是根据逻辑结构设计和物理结构设计的结果，在选用的DBMS上

22、建立起数据库。建立数据库的结构 载入实验数据并测试应用程序 载入全部实际数据并试运行应用程序，发现问题则做相应处理 6. 6. 数据库运行和维护数据库运行和维护 在数据库运行阶段，对数据库经常性的维护工作主要由数据库管理员完成，主要工作包括数据库的转储和恢复、数据库的安全性和完整性控制的监督和分析、数据库的重组织和重构造等。10.5 Access10.5 Access数据库及其应用数据库及其应用 作为Microsoft Office套件之一的Access是一种运行于Windows平台上的关系数据库管理系统，它直观、易用且功能强大，是目前最受欢迎的PC数据库软件。 10.5.1 Access10

23、.5.1 Access数据库概述数据库概述Access 数据库是数据库对象的集合。数据库对象包括：表、查询、窗体、报表、数据访问页、宏和模块。除数据访问页以外，除数据访问页以外，AccessAccess的其它数据库对象的其它数据库对象都存储在同一个以都存储在同一个以.mdb.mdb为扩展名的数据库文件为扩展名的数据库文件中中 图图8-18 主窗口及数据库窗口主窗口及数据库窗口对象创建方法和已有对象列表数据库窗口数据库对象栏主窗口表是数据库的核心与基础，表是数据库的核心与基础，存放着数据库中的全部数存放着数据库中的全部数据信息据信息 报表、查询和窗体都是从数报表、查询和窗体都是从数据表中获得数据

24、信息，以实据表中获得数据信息，以实现用户某一特定的需要现用户某一特定的需要10.5.2 10.5.2 创建创建AccessAccess数据库数据库v Access提供2种途径来建立数据库 利用数据库向导建立数据库 自行创建一个空数据库 v数据库中数据的组织关系数据库中数据的组织关系 数据的组织层次 表的特点 表的结构字段、记录、值、主关键字 表之间的关系数据库数据库表表1 1表表2 2表表n n记录记录1 1记录记录2 2记录记录n n字段字段1 1字段字段2 2字段字段n n数据表：数据表：studentstudentstudentstudent表结构表结构学生管理数据库各表之间的关系学生管

25、理数据库各表之间的关系v数据库的设计数据库的设计确定新建数据库所要完成的目的确定新建数据库所要完成的目的确定新建数据库所需要的表确定新建数据库所需要的表确定各个表中所需要的字段确定各个表中所需要的字段定义有唯一值的主关键字字段定义有唯一值的主关键字字段确定表之间的关系确定表之间的关系优化设计优化设计10.5.3 10.5.3 在在AccessAccess数据库中创建表数据库中创建表分两步：分两步：v创建表结构v向表中输入数据举例举例AccessAccess支持的数据类型支持的数据类型文本文本 不超过255个字符 备注备注 不超过64000个字符 数字数字 不能存储字母日期日期/ /时间时间(8

26、B)(8B) 可设置为不同形式货币货币(8B)(8B) 带4位小数是是/ /否否(1B)(1B) 只有两种选择OLEOLE对象对象 可存储图片、声音等，最大1G1. 创建表结构创建表结构使用表结构设计器创建表结构使用表结构设计器创建表结构 AccessAccess提供了3 3种方法用于创建表结构：设计器、表向导和通过输入数据创建表 2. 向表中输入数据向表中输入数据打开表 输入数据 保存数据表 3.3.建立数据表之间的关系建立数据表之间的关系v当数据库中有多个表时，把其中的相关表用关联字段联系起来，可以为创建查询、窗体、报表对象和输出用户所需要的信息打下基础创建表关系的步骤：创建表关系的步骤：

27、v打开“关系”视图窗口 v建立表关系 v保存关系设置 v编辑表关系 10.5.4 10.5.4 数据表的维护与操作数据表的维护与操作v 维护表维护表维护表结构维护表结构1)插入新的字段2)修改字段名称和字段属性3)删除字段维护表内容维护表内容1)向表中添加记录2)删除表中记录3)修改数据美化表外观美化表外观v 在表中查找/替换数据通过记录定位器查找记录通过“查找与替换”对话框查找/替换指定内容 查询对象查询对象是用来对表中数据进行加工并输出信息的数据库对象 创建查询对象在设计视图中创建查询使用向导创建查询10.5.5 10.5.5 创建查询对象创建查询对象-查询-表n-表1-表2-表3-查询-

28、数据库数据库打开查询设计器窗口打开查询设计器窗口双击图中双击图中“在设计视图中创建查询在设计视图中创建查询”，然后依，然后依次进行随后的操作次进行随后的操作在在“显示表显示表”列表框中选择相应的表或查询列表框中选择相应的表或查询选择用于查询的字段选择用于查询的字段设定选择记录的准则设定选择记录的准则保存查询对象保存查询对象10.5.6 Excel10.5.6 Excel与与AccessAccess的数据交换的数据交换v导入导入ExcelExcel表中的数据表中的数据 启动启动AccessAccess，打开数据库窗口，打开数据库窗口 在主窗口中执行在主窗口中执行“文件文件| |获取外部数据获取外部数据| |导导入入”命令，如下图所示：命令，如下图所示： 指定导入文指定导入文件，打开件，打开“导入导入”对对话框如右图：话框如右图： 按图示依次按图示依次完成数据的完成数据的导入导入v 导出导出AccessAccess表中的数据到表中的数据到ExcelExcel表中表中1. 启动Access