第一章 数据库基础知识

Access2010数据库技术与应用赵腊梅课程目录第一章数据库基础知识4学时第二章数据库设计2学时第三章Access数据库2学时第四章SQL语言4学时第五章表操作8学时第六章SQL查询4学时第七章窗体设计2学时第八章VBA编程4学时第九章数据的传递与共享2学时第一章数据库基础知识1.1数据库系统概述1.1.1数据管理的发展1.1.2数据库系统1.2数据模型1.2.1数据模型的概念1.2.2E-R模型1.2.3常用数据模型1.3关系数据库1.3.1关系模型1.3.2关系代数1.3.3关系完整性1.3.4关系数据库的规范化理论1.1.1

数据管理的发展何谓“数据”呢？数据是指存储在某一种载体上能够被识别的物理符号。

在数据处理领域中不仅包括数字、字母、文字和其他特殊字符组成的文本形式的数据，而且包括图形、图像、动画、影像、声音等多媒体数据。数据的概念包括2个方面？描述事物特性的数据内容

存储在某一种媒体上的数据形式

通过对数据的处理可以产生我们需要的信息，通过分析和筛选信息可以产生决策。比如：一个人的出生日期的原始数据，经过与当前年份的相减可以得出年龄的二次数据，根据年龄和规定我们可以判断出此人的退休年份。1.1.1

数据管理的发展数据处理是指将数据转换成信息的过程。信息：被加工成为特定形式的数据。何谓数据处理呢？1.1.1

数据管理的发展计算机数据管理？

数据处理的中心问题是数据管理，是指人们对数据进行收集、组织、存储、加工、传播和利用等一系列活动的总和。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。计算机数据管理经历了以下几个阶段：人工管理文件系统数据库系统分布式数据库系统面向对象数据库系统人工管理阶段1、年代：50年代中期以前2、背景计算机主要用于科学计算；硬件上，外存只有磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件上，没有操作系统、没有管理数据的软件；数据处理方式是批处理3、特点数据不保存；无系统管理软件，数据与程序不具有独立性；数据的组织方式由程序员自行设计；应用程序与数据的关系：一一对应，数据面向应用程序应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组n文件系统阶段

1、年代：20世纪50年代后期到60年代中期2、背景计算机不仅用于科学计算，还大量用于管理；硬件上，外存储器有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备；软件上，操作系统中已经有了专门的管理数据软件（文件系统）；数据处理方式有文件批处理和联机实时处理3、特点数据需要长期保存在外存上反复处理；有软件对数据进行管理，使程序和数据有了一定的独立性；应用程序与数据的关系：出现交叉；数据的存取基本上以记录为单位，但记录不能共享，共享以文件为单位；缺点：数据冗余度大、数据和程序缺乏独立性、增删数据困难

应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文件n存取方法数据库系统阶段1、年代：从60年代后期开始。2、背景计算机更大规模的用于管理，数据量急剧增长，数据的共享要求越来越强；硬件上，外存储器有了大容量的磁盘；软件价格上升，硬件价格下降；数据处理方式上，联机实时处理要求更多了，并开始提出和考虑分布处理。3、特点面向全组织的复杂的数据结构（结构化、集成化）；数据冗余度小，易扩充；引进DBMS，实现了数据的：独立性、安全性、完整性、并发控制；数据的最小存取单位是数据项；实现数据共享的最小单位是数据项。

数据库系统阶段数据库系统应用一应用二应用n数据库管理员…数据库管理系统数据库分布式数据库系统 在20世纪70年代后期之前，数据库系统多是集中式的。网络技术的进步为数据库提供了分布式的运行环境，从主机-终端体系统结构发展到客户/服务器（client/server）系统结构。分布式数据库系统是数据库系统和计算机网络技术紧密结合的产物。面向对象数据库系统面向对象方法是一种认识、描述事物的方法论，它起源于程序设计语言。面向对象的方法就是按照人们认识世界和改造世界的习惯方法对现实世界的客观事物/对象进行最自然的、最有效的抽象和表达，同时又以各种严格高效的行为规范和机制实施客观事物的有效模拟和处理，而且把对客观事物的表达（对象属性结构）和对它的操作处理（对象行为特征）结合成为一个有机的整体。面向对象数据库是数据库技术与面向对象程序设计相结合的产物，它是面向对象方法在数据库领域中的实现和应用，它既是一个面向对象的系统，又是一个数据库系统。1.1.2数据库系统的基本概念1.数据库(DB)

数据库是存储在计算机存储设备上，结构化的相关数据集合。简言之，它是有结构的数据的集合。数据库中的数据必须满足结构化、共享性、独立性、完整性、安全性等特性。结构化是指数据应有一定的组织结构，而不是杂乱无章的。共享性是指数据能够为多个用户同时使用。独立性是指数据记录和数据管理软件之间的独立完整性是指保证数据库中的数据的正确性。安全性是指不同级别的用户对数据的处理有不同的权限数据库中的数据可是文字、图像、声音等。1.1.2数据库系统的基本概念2.数据库应用系统(DBAS)数据库应用系统是指系统开发人员利用数据库系统资源开发出来的，面向某一类实际应用的应用软件系统。例如：财务管理系统，人事管理系统，图书管理系统等等。1.1.2数据库系统的基本概念3.数据库管理系统（DBMS:DataBaseManagementSystem）概念:位于用户与操作系统之间的数据管理软件,如MySQL，ACCESS，SQLServer等。DBMS功能:数据定义:对数据库，表，视图，查询等定义数据操纵：插入，删除，更新数据库运行管理数据组织、存储和管理数据库的建立和维护数据通讯接口1.1.2数据库系统的基本概念4.数据库系统(DBS)它是指引进数据库技术后的计算机系统。它可以有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和信息资源共享的便利手段。数据库系统由五部分组成：硬件系统、数据库集合、数据库管理系统及相关软件、数据库管理员（DBA）和用户。

硬件操作系统DBMS数据库应用系统数据库系统层次关系1.1.2数据库系统的基本概念数据库系统特点1.实现数据共享，减少数据冗余3.具有较高的数据独立性2.采用特定的数据模型4.有统一的数据控制功能应用程序1应用程序2…应用程序n数据库管理系统DBMS数据库1.1.3数据库系统的内部结构体系

数据库系统在其内容采用了三级模式和二级映射的抽象结构体系，如图所示：

外模式定义：也称子模式(Subschema)或用户模式，是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。理解：①一个数据库可以有多个外模式;②外模式就是用户视图;③外模式是保证数据安全性的一个有力措施。概念模式定义：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。理解：①一个数据库只有一个模式;②是数据库数据在逻辑级上的视图;③数据库模式以某一种数据模型为基础;④定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等)，而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。内模式定义：也称存储模式(StorageSchema)，它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式(例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储，是否加密;数据的存储记录结构有何规定)。

理解：①一个数据库只有一个内模式;②一个表可能由多个文件组成，如：数据文件、索引文件。它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法

目的：①为了减少数据冗余，实现数据共享;②为了提高存取效率，改善性能。

数据模式给出了数据库的数据框架结构，而数据库中的数据才是真正的实体，但这些数据必须按框架所描述的结构组织，以概念模式为框架所组成的数据库叫概念数据库(ConceptualDatabase)，以外模式为框架所组成的数据库叫用户数据库(user’sDatabase)，以内模式为框架所组成的数据库叫物理数据库(PhysicalDatabase)，这三种数据库中只有物理数据库是真实存在于计算机外存中，其它两种数据库并不真正存在于计算机中，而是通过两种映射由物理数据库映射而成。1.2数据模型基本概念数据模型是现实世界数据特征的抽象。表示实体类型及实体之间联系的模型称为数据模型。数据模型所描述的内容包括数据结构，数据操作和数据约束三部分。

数据模型分类

1.独立于计算机系统的数据模型,它完全不涉及信息在计算机系统中的表示,只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构,这类模型称为“概念数据模型”。

概念模型用于建立信息世界的数据模型,强调其语义表达能力,概念应该简单,清晰,易于用户理解,它是现实世界的第一层抽象,是用户和数据库人员之间进行交流的工具。最著名的是“实体联系模型”。数据模型分类2.直接面向数据库的逻辑结构的数据模型,它是现实世界的第二层抽象。这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统,又称为“基本数据模型”或“结构数据模型”。例如,层次、网状、关系、面向对象数据模型”。这类模型有严格的形式化定义,以便在计算机系统中实现。层次模型1.层次数据模型:反映客观事物之间一对多（1:n)的关系校部教务处科研处人事处各系师资科学籍科教务科。。。。。。。。。网状模型2.网状数据模型:反映客观事物之间多对多（m:n)的关系民生南方银河电冰箱洗衣机彩电商店：商品：关系模型3.关系数据模型:把事物之间（内部）关系用二维表表示二维表的列称为字段二维表的行称为记录行列交叉处成为值行和列的排列次序不重要E-R概念模型1976年由P.Chen提出：建立一种统一的数据模型来概括层次、网状和关系三种传统数据模型；作为3种数据模型间相互转换的中间模型；E-R模型提供不受任何DBMS约束的面向用户的表达方法，在数据库设计中被广泛用作数据建模的工具。E-R数据模型用的最成功和最广泛的是作为数据库概念设计的数据模型。E-R数据模型不是面向实现，而是面向现实世界。其设计的出发点是有效自然的模拟现实世界，而不是首先考虑它在机器中的实现问题。E-R数据模型是一种有代表性的非传统数据模型。基本概念

E-R（实体联系数据模型）与传统数据模型的区别在于：E-R不是面向实现，而是面向现实世界的，因此，它能比较自然地描述现实世界。E-R中有三个重要的抽象概念：实体：可以相互区别，且可被人们识别的事、物、概念等统统抽象为实体。比如：一个学生，一个部门，一次订货等。例如，学生的全体，就是一个实体集。其中的每一个学生是实体集的一个实例或值。因此，实体集通常作为型来定义（E-R中有型与值之分）。学生1(学号、姓名、性别、出生日期、系别、籍贯)实体属性实体集实体型学生2(学号、姓名、性别、出生日期、系别、籍贯)学生n(学号、姓名、性别、出生日期、系别、籍贯)属性：反映实体特征的称之为实体的属性，每个属性都有其取值的范围，称值集。同一实体集中，每个实体的属性及其域是相同的，但值可不同，属性可以是单域的简单属性，也可以是多域的组合属性（如通信地址是个组合属性，由省、市、区、街道等组成）。1.2数据模型实体间联系1.一对一联系：2.一对多联系：3.多对多联系：实体之间的对应关系称为联系，反映现实世界各种事物之间的相互关联，一般有以下三种联系。部门经理部门职工部门职工工作项目

实体参与度：表示实体参与联系的最小次数和最大次数，通常用（m:n）表示。例如，规定每个学生最少应选三门课，最多可选六门课。则学生在选课联系中的参与度可表示为（3:6）.

注：m＝0，表示非强制性，即实体不一定参与联系。如果一门课可以无人选，但最多只能允许100人选则课程在选课联系中的参与度为（0,100）。

m>0,表示强制性的，即实体一定要参与联系。在E-R模型中，实体和联系均可有属性，如选课联系的属性可有成绩、选课时间等。

现实世界中还有一种特殊的实体，称为弱实体，这种实体不能单独存在，总是依附某个实体，如亲戚是依赖于职工这个实体，家属是依赖于某一职工。这一类实体通常取其所依附的实体的Key作为本身的Key的一部分。E-R图用E-R数据模型对学生选修课程的模拟：E-R模型提供了实体、属性和联系三个抽象概念。这三个概念简单、明了、直观易懂，用以模拟现实世界比较自然，且可方便地转换关系、层次、网状数据模式。

用E-R表示数据模式时，我们只关心有哪些数据（即有哪些实体以及属性）以及数据间的关系（实体关系），而不必关心这些数据在计算机内如何表示和用什么DBMS。问题1画E-R图设某汽车运输公司数据库中有三个实体集。一是“车队”实体集，属性有车队号、车队名等；二是“车辆”实体集，属性有牌照号、厂家、出厂日期等；三是“司机”实体集，属性有司机编号、姓名、电话等。设车队与司机之间存在“聘用”联系，每个车队可聘用若干司机，但每个司机只能应聘于一个车队，车队聘用司机有个聘期；车队与车辆之间存在“拥有”联系，每个车队可拥有若干车辆，但每辆车只能属于一个车队；司机与车辆之间存在着“使用”联系，司机使用车辆有使用日期和公里数两个属性，每个司机可使用多辆汽车，每辆汽车可被多个司机(1)试画出ER图，并在图上注明属性、联系类型、实体标识符；问题1：答案问题2：画E-R图及模型转换学生运动会模型(1)有若干班级,每个班级包括:班级号,班级名,专业,人数(2)每个班级有若干运动员,运动员只能属于一个班,包括:运动员号,姓名,性别,年龄(3)有若干比赛项目,包括:项目号,名称,比赛地点(4)每名运动员可参加多项比赛,每个项目可有多人参加(5)要求能够公布每个比赛项目的运动员名次与成绩(6)要求能够公布各个班级团体总分的名次和成绩解题要求：1．画出每个实体及其属性关系、实体间实体联系的E-R图.

2．将ER图转换成关系模式，并指出每个表的主键和外键；问题2：答案1.E-R模型问题2：答案2.转换成的关系模型：

班级(班级号,班级名,专业,人数)

主键：班级号

运动员(运动员号,姓名,性别,年龄,班级号)

主键：运动员号

外键：班级号

项目(项目号,项目名,比赛地点)

主键：项目号

比赛(运动员号,项目号,成绩,名次,得分)

主键:运动员号,项目号

外键:运动员号；项目号【本章小节】

数据管理的发展数据库的相关概念:数据库﹑数据库管理系统﹑数据库应用系统数据库系统的三级模式结构概念模型:E-R模型数据模型：层次模型；网状模型；关系模型1.3关系数据库

1.3.1关系数据模型1.3.2关系运算1.3.3关系完整性1.3.4规范化理论1.3.1关系数据模型1.关系模型的组成：关系数据结构：用单一的二维表结构来表示实体及实体间的联系。关系操作结合：选择，投影，连接，并，交，差等，及查询和插入，更新等。关系的完整性约束：完整性规则是对关系的某种约束，以保证数据库中数据的完整性。完整性是指数据库中数据的正确性，相容性和一致性。1.3.1关系数据模型2.基本术语1.关系：二维表2.元组：记录3.属性：字段4.域：属性取值范围1.3.1关系数据模型5.码：实体间相互区别的唯一标识。一个实体中至少存在一个码，也可以存在两个或多个码。如：实体中能作为码的属性可能是一个属性，也可能是一组属性。（超码）7.候选码：关系中能唯一标识每个原子的最少属性或属性组被称为候选码。6.主属性：在关系中，包含在任何候选码中的属性都称为该关系的主属性，除主属性外都是非主属性。8.主码：一个关系中往往有多个候选码，若选定其中一个用来唯一标识该关系的元组，则称这个被指定的候选码为主码。6.外码：在本表不是关键字，但是在另外表中是关键字或者候选关键字。1.3.1关系数据模型3.关系中不能有完全相同的元组2.同一个关系不能有相同的属性名4.关系中元组和属性的排列次序无关紧要

职称教师编号教师信息表教师工资表津贴奖金基本工资教师编号1.关系必须规范化二.关系的特点1.3.2关系运算传统的集合运算并（Union）交（Intersection）差（Difference）广义笛卡尔积（ExtendedCartesianProduct）专门的关系运算选择（Select）投影（Project）连接（Join）除（Divide）有关的数据操作查询（Query）插入（Insert）删除（Delete）修改（Update）1.3.2关系运算一.传统的集合运算进行并、差、交集合运算的两个关系必须具有相同的关系模式，即相同结构RSR∪S

1.并集：1.3.2关系运算RS2.差集：1.3.2关系运算R-S

RS3.交集：1.3.2关系运算R∩S

1.3.2关系运算笛卡儿积定义：设D1，D2，…，Dn为任意集合，定义D1，D2，…，Dn的笛卡儿积为：其中每一个元素（d1，d2，…，dn）叫作一个n元组，简称元组，元组中每一个di叫作元组的一个分量。关系的形式定义：笛卡儿积D1×D2…×Dn的任意一个子集称为D1,D2,…,Dn上的一个n元关系。4.笛卡尔积集合的广义笛卡尔积运算

设R和S是两个关系，如果R是m元关系、有k个元组，S是n元关系、有l个元组，则广义笛卡尔积R×S是一个m+n元关系、有k×l个元组。广义笛卡儿积可以记作：例如：假设集合R={a,b}，集合S={0,1,2}，则两个集合的笛卡尔积为：{(a,0),(a,1),(a,2),(b,0),(b,1),(b,2)}。1.3.2关系运算二.专门的关系运算1.选择：从一个关系中找出满足给定条件的元组(记录)的操作成为选择2.投影：从一个关系中指定若干属性(字段)组成新的关系称为投影3.联接：将两个关系拼接成一个更宽的关系，生成的新关系中包含满足联接条件的元组。4.自然联接：去掉重复属性的等值联接。按照字段值对应相等为条件进行的联接操作称为等值联接。1.3.2关系运算选择运算是从行的角度进行的运算，即从指定的关系R中选取满足某个逻辑条件F的元组，这些元组再组成一个新的关系。

选择运算表示为：

其中R是关系名，σ是选择运算符，F是逻辑表达式。σ选择运算举例：σ职工号="E3"(订购单)订购单关系

从订购单关系中选择职工号为“E3”的元组构成新的关系1.3.2关系运算投影操作主要是从列的角度进行运算，该关系分两步产生一个新关系：1)选择指定的属性，形成一个可能含有重复行的表格；2)删除重复行，形成新的关系。π投影运算表示为

其中R是关系名，π是投影运算符，A是被投影的属性或属性集。投影运算举例：订