数据库基础与应用-Access2010年教学课件作者付兵第1章数据库基础

数据库基础与应用—Access2010年教学课件作者付兵第1章数据库基础第一页，共54页。第1章数据库基础第二页，共54页。教学内容

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数据库系统的基本概念31

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33这一章我们将学习到下面的知识数据管理技术的发展数据模型关系数据库基础

5数据库设计基础第三页，共54页。数据库与我们生活的联系校园里，在食堂用餐在图书馆借阅图书在机房上网等活动都可以通过校园卡实现身份识别、收费及管理等功能，这些给我们的生活提供便利服务的功能都是通过数据库系统实现的。第四页，共54页。数据库与我们生活的联系当我们在QQ上聊天在微博上留言网上购物ATM机上存取款在超市购物付款时都在享受着数据库系统的服务。第五页，共54页。1.1数据库系统的基本概念

1.1.1信息和数据信息是对事物的状态、运动方式和特征的描述，反映的是客观系统中某一事物的属性或表现形式。数据是一种物理符号的序列，用于记录事物的情况，是对客观事物及其属性进行的描述。第六页，共54页。1.1数据库系统的基本概念“一名女大学生”，这种描述是一般意义的信息。“一名女大学生”，为了在计算机中存储和处理这个对象，必须提取她的属性和特征，根据需要，往往只提取部分必要的特征，可以从“姓名、性别、出生日期、政治面貌、班级编号、照片”等属性来加以描述具体形式如：（史晓庆，女，1991-4-3，中共党员，201001，登记照）第七页，共54页。1.1数据库系统的基本概念 1.1.2数据库数据库(Database，简称DB)可以理解为“存放数据的仓库”，只不过这个仓库是计算机的存储设备。 1.1.3数据库管理系统数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，简称DBMS)是一种用于管理数据库的计算机系统软件。第八页，共54页。1.1数据库系统的基本概念 1.1.4数据库系统人员由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设计、维护、监视等需要有专人管理，数据库系统中的人员包括：1.数据库管理员（DatabaseAdministrator，简称DBA）2．应用程序员（ApplicationProgrammer,简称AP）3．最终用户(EndUser,简称EU)第九页，共54页。1.1数据库系统的基本概念1.1.5数据库系统数据库系统(DatabaseSystem，简称DBS)是指计算机系统中引进数据库技术后的整个系统构成，包括如下几部分：系统硬件平台(硬件)、系统软件平台(软件)、数据库管理系统(DBMS)、数据库(数据)、数据库系统用户。第十页，共54页。1.2数据管理技术的发展数据管理技术已经历了三个阶段：人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段第十一页，共54页。1.2数据管理技术的发展1.2.1数据处理数据处理是指对各种数据进行收集、存储、加工、变换、检索和传播的一系列活动的总和。数据处理的工作分为以下3个方面。1.数据收集。它的主要任务是收集信息，将信息用数据表示并按类别组织保存。数据管理的目的是快速、准确地提供必要的、可能被使用和处理的数据。2.数据加工。它的主要任务是对数据进行变换、抽取和运算。通过数据加工得到更加有用的数据，以指导或控制人的行为或事务的变化趋势。3.数据传播。通过数据传播，信息在空间或时间上以各种形式传递。在数据传播过程中，数据的结构性质和内容不发生改变。数据传播会使更多的人得到信息，并且更加理解信息的意义，从而使信息的作用充分发挥出来。第十二页，共54页。1.2数据管理技术的发展人工管理阶段早期的计算机缺乏软件支持，用户直接在裸机上作业。数据管理的任务，包括存储结构、存取方法、输入输出方式等都必须由用户编制程序来完成。特点如下所述。1.数据不保存2.应用程序管理数据3.数据不共享4.数据不具有独立性这一阶段用户负担过重，且灵活性与安全性较差，效率较低。第十三页，共54页。1.2数据管理技术的发展1.2.3文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期，硬件方面有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备,软件方面的操作系统中已经有了专门的管理软件，它提供了简单的数据共享与数据管理能力。1.数据长期保存2.文件系统管理数据3.数据共享性差4.数据独立性差第十四页，共54页。1.2数据管理技术的发展1.2.4数据库系统阶段1．数据结构化数据结构化是数据库系统与文件系统的根本区别。数据结构不仅描述数据本身的特点，而且描述数据之间的联系。这样数据不再面向特定的某个或多个应用，而是面向整个应用系统。数据冗余明显减少，实现了数据共享。2.数据共享性高数据可以被多个用户、多个应用共享使用。使得数据系统弹性大，易于扩充，可以适应各种用户的要求。可以取整体数据的各种子集用于不同的应用系统。3.数据独立性高在物理结构改变时，尽量不影响整体逻辑结构、用户的逻辑结构以及应用程序，这就是物理数据独立性。在整体逻辑结构改变时，尽量不影响用户的逻辑以及应用程序，这是逻辑数据独立性。而应用程序发生变化，也无需修改数据的物理结构。第十五页，共54页。1.2数据管理技术的发展1.2.5分布式数据库系统分布式数据库系统是一个逻辑上统一、地域上分散的数据集合，是计算机网络环境中各个局部数据库的逻辑集合，同时受分布式数据库管理系统的控制和管理。5.易于扩展性1.数据独立性与位置透明性2.集中和节点自治相结合3.一致性和和可恢复性4.复制透明性分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的，是计算机技术和网络技术结合的产物。分布式数据库系统适合于单位分散的部门，允许各个部门将其常用的数据存储在本地，实施就地存放本地使用，从而提高响应速度，如银行业务、飞机订票、火车订票等，分布式数据库具有以下几个特点第十六页，共54页。1.2数据管理技术的发展1.2.6并行数据库系统并行数据库系统（ParallelDatabaseSystem）是新一代高性能的数据库系统，从90年代至今，随着处理器、存储、网络等相关基础技术的发展，并行数据库技术的研究重点在数据操作的时间并行性和空间并行性上。并行数据库系统具有如下特点：1.高性能2.高可用性3.可扩充性第十七页，共54页。1.3数据模型1.3.1数据模型的基本概念数据库中的数据模型可以将复杂的现实世界要求反映到计算机数据库中的物理世界。数据是现实世界符号的抽象，而数据模型(datamodel)则是数据特征的抽象。数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构数据操作数据约束第十八页，共54页。1.3数据模型1.3.2信息世界中的基本概念1.实体实体是具有相同属性描述的对象(人、地点、事物)的集合。实体是现实世界中客观存在的、能相互区别的任何事物，实体可以是实际的事物，也可以是实际的事件。例如学生、教师、课本等是实际事物，而授课、借阅图书等则是实际的事件。第十九页，共54页。1.3数据模型2.属性与域一个实体往往可以有若干个属性。每个属性可以有值，如梁西川出生日期取值为“1990-12-1”，史晓庆的政治面貌是“中共党员”，一个属性的取值范围称为该属性的值域。在学生表表1-2中，每一行表示一个实体，这个实体可以用一组属性值表示。比如：(20100102,梁西川,男,1990-12-1,群众,201001)第二十页，共54页。1.3数据模型3.实体型与实体集实体型(EntityType)与)实体集(EntitySet)具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生(学号，姓名，性别，出生日期，政治面貌，班级编号)就是一个实体型。同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。第二十一页，共54页。1.3数据模型4.实体之间的联系（实体之间的联系可归结为三种）（1）一对一(onetoone)（2）一对多(onetomany)或多对一(manytoone)（3）多对多(manytomany)联系第二十二页，共54页。1.3数据模型1.3.3E-R模型P．P．s．Chen提出的实体-联系方法(Entity-RelationshipApproach)，也称为E-R模型。E-R图的基本图素包括实体、属性、联系和连线四种基本图素第二十三页，共54页。1.3数据模型【例1-1】学生实体具有学号、姓名、性别、出生日期、政治面貌和班级编号属性，用E-R图元素表示学生实体及属性。第二十四页，共54页。1.3数据模型【例1-2】用E-R图表示学生成绩管理系统中学生与课程的联系。第二十五页，共54页。1.3数据模型【例1-3】用E-R图表示网上购物系统中顾客与商品的联系。第二十六页，共54页。1.3数据模型1.3.4层次模型层次模型（HierarchicalModel）是数据库系统中最早采用的数据模型，它是通过从属关系结构表示数据间的联系，层次模型是有向“树”结构。第二十七页，共54页。1.3数据模型1.3.5网状模型网状模型（NetworkModel）是层次模型的扩展，是一种更具有普遍性的结构，它表示多个从属关系的层次结构，呈现一种交叉关系的网络结构，网状模型是有向“图”结构。

第二十八页，共54页。1.3数据模型1.3.6关系模型关系模型（RelationalModel）是用一组二维表来表示数据和数据之间的联系。每一张二维表组成一个关系，一个关系有一个关系名。关系结构简单、直观，在数据库技术中，将支持关系模型的数据库管理系统称为关系型数据库，目前关系型数据库在数据库管理领域占主导地位。第二十九页，共54页。1.4关系数据库基础1.4.1关系性质与特点1．基本概念关系(Relation)一个关系就是一张二维表。格式为：关系名(属性名1,属性名2，…，属性名n)元组(Tuple)二维表中水平方向的行称为元组。属性(Attribute)二维表中垂直方向的列称为属性。域(Domain)

属性的取值范围。主键(PrimaryKey)表中的某个属性或某些属性的集合，能唯一确定一个元组。外键(ForeignKey)外键是一个表中的一个属性或属性组，它们在其他表中作为主键而存在。一个表中的外键被认为是对另外一个表中主键的引用。第三十页，共54页。1.4关系数据库基础2．关系的特点（关系必须符合以下特点：）1)关系中的每个属性都必须是不可分解的，是最基本的数据单元，即数据表中不能再包含表。2)一个关系中不允许有相同的属性名，即在定义表结构时，一张表中不能出现重复的字段名。3)关系中不允许出现相同的元组，即数据表中任意两行不能完全相同。4)关系中同一列的数据类型必须相同5)关系中行、列的次序任意，任意交换两行或两列的位置并不影响数据的实际含义。第三十一页，共54页。1.4关系数据库基础3．关系模型的数据操作（1)数据插入。（2)数据删除。（3)数据修改。（4)数据查询。以上四种操作的对象都是关系(表),而操作的结果也是关系(表)。第三十二页，共54页。1.4关系数据库基础1.4.2关系代数1.传统的集合运算（1）并（Union）关系R与S的并记为R∪S。其结果是把两个关系的所有元组合并在一起,消去重复元组所得到的集合。【例1-4】给定两个关系R和S，如表1-5和表1-6所示，求R∪S。第三十三页，共54页。1.4关系数据库基础（2）差（Difference）关系R与S的差记作R－S。其结果是属于R而不属于S的所有元组的集合。【例1-5】给定两个关系R和S，如表1-5和表1-6所示，求R-S。第三十四页，共54页。1.4关系数据库基础3）交（Intersection）关系R与S的交记作R∩S。其结果是同时属于R和S的元组组成的集合。【例1-6】给定两个关系R和S，如表1-5和表1-6所示，求R∩S。第三十五页，共54页。1.4关系数据库基础(4)广义笛卡尔积（Extendedcartesianproduct）关系R与S的广义笛卡尔积记作R×S。其结果是由属于R的每个元组和S的每个元组组成的集合。若关系R有m个元组，关系S有n个元组，则关系R×S有m×n个元组。【例1-7】给定两个关系R和S，如表1-10和表1-11所示，求R×S。第三十六页，共54页。1.4关系数据库基础2.专门的关系运算专门的关系运算包括选择、投影、连接、除等。(1)选择（Selection）【例1-8】设有一个学生关系如表1-13所示，利用选择运算把性别为女，专业为会计学的学生信息提取出来。结果形成一个新关系。第三十七页，共54页。1.4关系数据库基础(2)投影（Projection）【例1-9】给定表1-13所示的关系，利用投影运算提取学生学号、姓名和专业，建立新的关系。第三十八页，共54页。1.4关系数据库基础(3)连接（Join）【例1-10】给定两个关系R和S，如表1-16和表1-17,则RS(连接条件为R1≤S1)的结果如表1-18所示。第三十九页，共54页。1.4关系数据库基础自然连接是连接的一个特例，在实际应用中较常用。自然连接满足的条件是：两关系间有公共属性；通过公共属性的相等值进行连接。【例1-11】给定两个关系R和S，如表1-19和表1-20所示，求R、S的自然连接结果。第四十页，共54页。1.4关系数据库基础1.4.3关系的完整性约束1.实体完整性约束(EntityIntegrityConstraint)该约束要求关系的主键中属性值不能为空值，这是数据库完整性的最基本要求，因为主键是惟一决定元组的，如为空值则其唯一性就成为不可能的了。2.参照完整性约束(ReferenceInteZdtyConstraint)该约束是关系之间相关联的基本约束，它不允许关系引用不存在的元组，即在关系中的外键要么是所关联关系中实际存在的元组，要么就为空值。3.用户定义的完整性约束(UserdefinedIntegrityConstraint)用户定义的完整性约束条件是某一具体数据库的约束条件，是用户自己定义的某一具体数据必须满足的语义要求。关系模型的DBMS应提供给用户定义它的手段和自动检验它的机制，以确保整个数据库始终符合用户所定义的完整性约束条件。第四十一页，共54页。1.4关系数据库基础1.4.4关系数据库规范化为了建立冗余较小、结构合理的数据库，将关系数据库中关系应满足的规范划分为若干等级，每一等级称为一个“范式”(NormalForms，NF)。目前关系数据库有六种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、Boyce—Codd范式（简称BC）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。一般说来，数据库只需满足第三范式（3NF）就行了。第四十二页，共54页。1.4关系数据库基础1.第一范式（1NF）所谓第一范式（1NF）是指数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。2.第二范式（2NF）属性第二范式（2NF）要求数据库表中的每个实例或行必须可以被唯一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的唯一标识。3.第三范式（3NF）属性第三范式（3NF）要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。第四十三页，共54页。1.4关系数据库基础例如，存在一个系信息表，其中每个系有系编号、系名称、系简介等信息。那么在教师信息表中列出系编号后就不能再将系名称、系简介等与系有关的信息再加入教师信息表中。如果不存在系信息表，则根据第三范式（3NF）也应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。简而言之，第三范式就是属性不依赖于其它非主属性。范式设计的目的是规范化，规范化的目的是为了保证数据结构更合理，能消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于数据的插入、删除和更新。第四十四页，共54页。1.5数据库设计基础1.5.1数据库设计概述数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构并应用的过程。数据库设计应该与应用系统设计相结合,也就是说要把行为设计和结构设计密切结合起来,是一种“反复探寻，逐步求精的过程”。这也正是数据库设计的特点。按照规范化的设计方法，以及数据库应用系统开发过程，数据库的设计过程可分为以下六个设计阶段：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的实施数据库运行和维护第四十五页，共54页。1.5数据库设计基础1.5.2数据库设计的需求分析需求分析是指准确了解和分析用户的需求，这一阶段费时复杂，但决定了以后各阶段的质量。需求分析大致可分成三步来完成。(1)需求信息的收集(2)需求信息的分析整理(3)需求信息的评审第四十六页，共54页。1.5数据库设计基础需求分析阶段的工作要求完成一整套详尽的数据流图和数据字典，写出一份切合实际的需求说明书。数据流图(DataFlowDiagram，DFD)是业务流程及业务中数据联系的形式描述。数据字典是各类数据描述的集合，它通常包括数据项：是数据的最小单位；数据结构：是若干数据项有意义的集合；数据流：表示某一数据处理过程的输入输出；数据存储：处理过程中存取的数据，常常是手工凭证、手工文档或计算机文件；处理过程：数据加工过程的描述包括数据加工过程名、说明、输入、输出、加工处理工作摘要、加工处理频度、加工处理的数据量、响应时间要求等。第四十七页，共54页。1.5数据库设计基础1.5.3数据库概念设计概念结构设计是指对用户的需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DB