第1章 数据库原理基础知识

Access数据库程序设计

9

第1章数据库原理基础知识

■1.1数据库系统概述

・1.2关系数据库的基本概念；

■1.3关系数据库标准语言SQL

■1.4ACCESS概述

2

1.1数据库系统概述

■数据库技术产生于六十年代末，是数据管

理的最新技术，是计算机科学的重要分支

■数据库技术是信息系统的核心和基础，它

的出现极大地促进了计算机应用向各行各

业的渗透

3

1.1.1数据库常用术语

DBMS的主要功能：

（D数据定义功能：对数据库中数据对象进行定义

（2）数据操纵功能：实现对数据库的基本操作，如查

询、插入、删除和修改等。

（3）数据库的运行管理

数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统

一管理、统一控制，以保证数年的安全性、完整性、

多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。

（4）数据库的建立和维护功能

包括数据库初始数据的输入、转换功能。数据库的

转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、

分析功能莓。这些功能通常由一鱼实用程序凫成。

4

1.1.2数据管理的发展历程

-什么是数据管理；；；；；）।

»对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和

维护，是数据处理的中心问题i

■数据管理技术的发展过程；;

i»人工管理阶段（40年代中・・50年代中）；；

导》文件系统阶段（50年代末・60年代中）：；

＞数据库系统阶段（60年代末■■现在）

5

人工管理阶段

■时期

A40年代中--50年代中

■产生的背景

»应用需求：科学计算

A硬件水平：外存只有卡片、纸带、磁带

>没有直接存取存储设备

A软件水平：没有操作系统

A处理方式：批处理

6

人工管理阶段

■特点：

＞数据不进行保存；

＞没有专门的数据管理软件

＞数据面向应用；；

＞无共享、冗余度极大

7

文件系统阶段

■时;期；；；；；；；

A50年代末--60年代中

■产生的背景；；；；；

A应用需求：科学计算、管理।

A硬件水平：磁盘、磁鼓；；

A软件水平：有文件系统

A处理方式：联机实时处理、批处理

8

文件系统阶段

■特点：

＞数据可长期保存I

＞由文件系统管理数据

＞应用程序直接存储数据文件

＞数据共享性差，冗余度大

＞数据独立性差;;;

＞数据安全性差

9

数据库系统阶段

■时期

A60年代末以来

■产生的背景；；；；；;

；A应用背景：大规模管理；；；

।»硬件背景:大容量磁盘」III

；A软件背景：有数据库管理系统；

IA处理方式：联机实时处理，分布处理I

；!；;批”理；；；；；

10

数据库系统阶段

■特点

＞专门的数据管理软件：DBMS

＞数据由DBMS统一管理和控制

＞应用程序通过DBMS访问数据

＞数据面向现实世界

＞数据的共享程度高、独立性高

11

1.1.3数据库系统的特点

■数据整体结构化

■数据共享性高，冗余度低，易扩

充；；；；；；；

■;数脑树立程高;;;;;

■数据由DBMS统一管理和控制

12

数据整体结构化

■整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。：

■数据库中实现的是数据的真正结构化

A数据的结构用数据模型描述,无需程序定义

和解释。

A把文件系统中简单的记录结构变成了记录和

记录之间的联系所构成的结构化数据，在描

述数据时，不仅要描述数据本身，还要描述

数据之间的联系。

A从整体角度来组织数据，数据不在针对某一

应用，而是面向全组织，实现了整体数据的

笆；结构化

13

数据独立性

■物理4虫立性；；；；；；’,

＞指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库

中数据是相互独立的。当数据的物理存储改

变了，应用程序不用改变。

-逻辑独立性;;;;;;;

＞指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相

互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程

序也可以不变。

14

DBMS对数据的控制功能

■数据的安全性(Security)保护

»使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数

据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据

的泄密和破坏。

■数据的完整性(Integrity)检查

»将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间

满足一定的关系。

15

DBMS对数据的控制功能

■并发(Concurrency)控制

»对多用户的并发操作加以控制和协调，防止

相互干扰而得到错误的结果。

■数据库恢复(Recovery)；；；；

A将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确

状态。

16

1.1.4数据库系统的三级模式结构

■数据库系统的三级模式结构由外模式、模式

和内模式组成

应用A应用B应用C应用D应用E

4,外模式/模式映象

H式11।]]]

j模式I内模式卜象\\

内模式

17

1.模式

■模式（也称逻辑模式）

＞数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述

A盛有用户的公共数据视图,综合了所有用户的

■模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层

＞与数据的物理存储细节和硬件环境无关

＞与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计

语言无关

■一个数据库只有一个模式

■模式的定义

A数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值

范围等）

A数据之间的联系

A数据有关的安全性、完整性要求

18

2.外模式

■外模式（也称子模式或用户模式）

A数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的

局部数据的逻辑结构和特征的描述

»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。介于模式与应用之间。

＞外模式通常是模式的子集】。。I

A一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户

的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求

＞同一外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用,

但一个应用程序只能使用一个外模式。

19

3.内模式

■内模式（也称存储模式）

＞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

■一个数据库只有一个内模式

20

1.1.5数据库系统的组成

■数据库；；；；；；「

■数据库管理系统（及其开发工具）；

・库用系统；；；；；；；；

■人员：DBA、系统分析员、数据库设

计人员、应用程序员和最终用户。

21

1.2关系数据库的基本概念

■1.2.1数据模型

-1.2.2关系的数学定义

123关系数据库

・；1.2.4关系的完整性

■1.2.5关系运算

22

1.2.1数据模型

■在数据库中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。通俗地讲数据模型就是现

女世桌的曷拟；；；；；；；

■数据模型分成两个不同的层次IIII

A概念模型（信息模型）是按用户的观点来对数据

和信息建模。

A数据模型：按计算机系统的观点对数据建模。包

括网状模型、层次模型、关系模型等。

■数据模型的三个基本组成要素：数据结构、数据操作

和完整性约束。

23

1.数据模型的三个基本组成要素

A数据结构：对象类型的集合，是对系统特性的描述

»数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作

及有关的操作规则

■数据操作的类型：检索、更新（插入、删除、修改）

■数据操作是对系统特性的描述

A数据的约束条件।।।।।।।

■一组完整性规则的集合。

■完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有

的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库

状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相

容。

24

2.概念模型

■概念模型用于信息世界的建模，是数据库

设计人员进行数据库设计的有利工具，也

是数据库设计人员和用户之间进行交流的

语言。

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信息世界中的基本概念

■⑴实体(Entity)

＞客观存在并可相互区别的事物称为实体。

»可以是具体的人、事、物或抽象的概念。

■(2)属性(Attribute)

＞实体所具有的某一特性称为属性。

＞一个实体可以由若干个属性来刻画。

■(3)联系(Relationship)

A现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，

我们将它分为实体内部联系和实体之间的联系。实

体内部联系是指组成实体各属性之间的联系。实体

之间的联系是指不同实体集之间的联系。

26

实体之间的联系

■实体之间的联系可分为三类

班级

班长

1:1联系l:n联系m:n联系

27

3.概念模型的表示方法

■概念模型的表示方法很多，

■实体一联系方法（E-R方法）

；A用日［^图来描述现实世界的概念模型

AE-R方法也称为E-R模型

28

；；；；E・R图

-E-R图提供了表示实体、属性和联系的

方法：

»实体：用矩形表示，矩形框内写明实体名。

A属性：用椭圆形表示，椭圆形内写明属性

»联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，

用无向边分别与有关实体连接起来，同时在

无向边旁标上联系类型。

29

E-R图示例

Im>——cs^>

CS5^

30

4.常见数据模型

■非关系模型

»层次模型(HierarchicalModel)

>网状模型(NetworkModel)

■关系模型(RelationalModel)

31

层次模型

■用树型结构表示实体类型及实体间联系

■树的结点是记录类型；；；；；

■非根结点有且只有一个双亲结点；

■有且只有一个结点没有双亲结点；

■上层记录类型和下层记录类型的联系是1:

n联系

32

叶结点叶结点

33

网状模型

■用有向图表示实体类型及实体间联系

■有向图中的结点是记录类型；

■箭头表示了从箭尾的记录类型到箭头的记

录类型间的1：n联系

■允许一个以上的结点无双亲■;

■一个结点可以有多于一个的双亲

34

关系模型

■最重要的一种数据模型。也是目前主要采

用的数据模型

・1970年由美国旧M公司SanJose研究室的

研究员E.F.Codd提出

■在用户观点下，关系模型中数据的

雷一是一张，它由行和列组成。；；

36

学生基本情况表

;学号姓名性另IJ系别

；05002王雨男电子工程系

05013张楠女人文系

37

关系模型的基本术语

■关系：二维表结构

■属性：二维表中的列称为属性，Access中被称为

字段(Field)。

■域：属性的取值范围称为域。

■元组：二继表中的行(记录的值)称为元组，

Access中被称为记录(Record)。

■主码：表中的某个属性或属性组，能够唯一确定

一个元组。Access中主码被称为主键。

■关系模式：是对关系的描述。一般表示为：

关系名(属性1,属性2,・..，属性n)

38

关系模型的组成

-关系数据结构：关系模型中数据的逻辑结构是

4张工雍表。\\\I\II

■关系操作：关系操作采用集合操作方式，即操

作的对象和结果都是集合。关系模型中常用的

关系操作包括两类。

「A查询操作：选择、投影、连接、除、并、交、差

；A数据更新：增加、删除、修改।।।।

'关系完整性约束：关系模型中的完整性是指数

据库中数据的正确性和一致性，包括实体完整

性、参照完整性和用户定义的完整性。

39

1.2.2关系的数学定义

■关系模型是建立在集合代数基础上的，

下面用集合代数给出二维表的关系定义。

■域：是一组具有相同数据类型的值的集

合。例：整数，大于。小于50的正整数,

｛男，女｝,实数等等都可以是域。

40

关系的数学定义（续）

■笛卡尔积

给定一组域Q,。2，…，。〃，这些域中可以有相同的。

。1,…，的笛卡尔祗为：

*…乂。〃={（dy,4，…，d”）IdfDj,i=1,

2,n}

|»所有域的所有取值的一个组合I；；；

＞不能重复

41

关系的数学定义（续）

A例给出三个域：；；；；；

二SUPERVISOR=｛张清玫，刘逸｝

。2=SPECIALITY=｛计算机专业，信息专业｝

。3=POSTGRADUATE=｛李勇，刘晨，王敏｝

则。1,D2,。3的笛卡尔积为：

D1XO2XO3=

｛（张清玫，计算机专业，李勇），（张清玫，计算机专业，刘晨），

（张清玫，计算机专业，王敏），（张清玫，信息专业，李勇），

（张清玫，信息专业，刘晨），（张清玫，信息专业，王敏），

（刘逸，计算机专业，李勇），（刘逸，计算机专业，刘晨），

（刘逸，计算机专业，王敏），（刘逸，信息专业，李勇），

（刘逸，信息专业，刘晨），（刘逸，信息专业，王敏）｝

42

关系

…X。,的公叫作在域。1，Q，…，

。〃上的关系，表不为

R：关系名

n：关系的目或度(Degree)

n=1：称单元关系(Unaryrelation)

n=2：称二元关系(Binaryrelation)

关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，

表的每列对应一个域.由于域可以相同，所

以为了加以区分。对每列起一个名字，称为

属桂。n目关系必有n个宿性。

43

SAP关系

SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE

张清玫信息专业李勇

张清玫信息专业刘晨

刘逸信息专业王敏

44

数据库中的关系有以下性质

■每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一

个域；

■不同的列可出自同一个域，每一列称为属性，

要给予不同的属性名；

■列的顺序可以任意交换，行的顺序也可以任意

交换；

■关系中的任意两个元组不能完全相同；

■每一分量必须是不可分的数据项。

15

1.2.3关系数据库

■一个应用领域中，所有关系的集合构成一个关系

数据库。

■对关系数据库的描述称为关系数据库模式，是关

系数据库的型

>若干域的定义

裳>在这些域上定义的若干关系模式；；；

■关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应

的关系的集合，通常简称为关系数据库

16

1.2.4关系的完整性

■关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条

彳牛。

■关系模型中三类完整性约束：1;;;

＞实体完整性

＞参照完整性

A用户定义的完整性

■实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足

的完整性约束条件，被称作是关系的两个不变

性，应该由关系系统自动支持。

47

实体完整性

■'实体完整性规则规定关系中元组在组

成主码的属性上不能取空值；

例：选修（学号，课程号,成绩）

二者均不能为空

48

参照完整性

■关系间的引用

在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系

来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引

用。

例1学生实体、专业实体以及专业与学生间

的一对多联系

学生（堂号，姓名，性别，专业号，年龄）

专业（专业号,专业名）

49

.罢号一姓多性别.专、Lk号年齿令

---1--»上-1—t-----------

N生（定豆，姓名，性别,小八年龄］

801张三女19

802李四男O120

803王五男O120

804赵六女0220

805钱七男/J\。2/19

专业

IP?息

02数学

03计算为L

50

参照完整性规则

若属性（或属性组）户是基本关系R的外码

它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关

系R和S不一定是不同的关系），则对

于月中每个元组在尸上的值必须为：；

i1或者取空值（产的每个属性值均为空值）；

•或者等于S中某个元组的主码值。

51

用户定义的完整性

■用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库

的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据

必须满足的语义要求。;;;;；

■关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制,

以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由

I应用程序承担这一功能。

■例：课程（课程号,课程名，学分）

>“课程名”属性必须取唯一值

>“学分”属性只能取值{1,2,3,4}

52

1.2.5关系运算

■关系运算的运算对象及结果都是关系

-关系运算可分为以下的两类：；；

传统的集合运算：并、差、交、广义笛卡尔积

1b

＞专门的关系运算：选择、投影、连接、除

53

并(Union)

■MS

A具有相同的目。（即两个关系都有。个属性）

A相应的属性取自同一个域;；；；

■RUS

»仍为。目关系，由属于R或属于S的元组组成

>RUS={tltERVteS）

54

oCNCM一

一C\looCM

QQggqq

一LC\l

eB

<HV

___*

点

差(Difference)

■MS

a具有相同的目〃iiiiii

a相应的属性取自同一个域;；；；；

■R・S

A仍为〃目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成

R-S={t\teR/\t^S}

56

LO

。o

QQq

^(Intersection)

■只和s

A具有相同的目〃

A相应的属性取自同一个域；；；

■RHS

»仍为〃目关系，由既属于R又属于S的元组

组成

/?AS={t\teRAfeS}

RAS=R-(R-S)或ACS=S-(S-R)

58

。*3

QQ**

广义笛卡尔积

■R：〃目关系，（个元组；

■S：m目关系，A2个元组；

■RXS

»列：（/?+m）列的元组的集合

■元组的前〃列是关系R的一个元组

■后m列是关系S的一个元组

A行：（*卜2个元组

•RXS={tt\teR/\teS}

IrO1IroJ

60

广义笛卡尔积（续）

4BCABC

a1b1c1a1b2c2

a1b1c1a1b3c2

a1b1c1a2b2c1

a1b2c2a1b2c2

a1b2c2a1b3c2

a1b2c2a2b2c1

a2b2ca1b2c2

a2b2ca1b3c2

a2b2c1

选择(Selection)

■选择又称为限制（Restriction）

■选择运算符的含义；；；；；；

>在关系R中选择满足给定条件的诸元组।।

CTF（R）={f|feRAF（f）='真'}

>F：选择条件，是一个逻辑表达式，包括：

■运算对象：属性名、常量、简单函数；属性名也可

以用它的序号来代替；

■运算符：比较运算符（〉，>,<,<,=或#）

也称e符

逻辑运算符（八、▽、「）62

选择（续）

■选择运算是从行的角度进行的运算

63

选择（续）

Student

学号姓名性别年龄所在系

SnoSnameSsexSageSdept

95001李勇।男20CS

95002刘晨।女19IS

95003王敏|女18MA

张立；

95004男19IS

[例2][例3][例4]

64

［例1］查询信息系(IS系)全体学生

0sd叩目s，(Student)

或CT5='IS，(Student)

65

选择（续）

［例2］查询年龄小于20岁的学生

CTSage<20（Student）

或O4〈20（Student）

结果：

SnoSnameSsexSageSdept

95002刘晨女19IS

；王敏；

95003女18MA

95004张立男19IS

66

2.投影(Projection)

■投影运算符的含义

＞从R中选择出若干属性列组成新的关系

^A(R)={t[A]\teR}

A：R中的属性列

例：S(S#,SN,SEX,AGE)

A={S#,SN}

t[A]={001,李闯}

67

2.投影(Projection)

■投影操作主要是从列的角度进行运算

n

A但投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可

能取消某些元组（避免重复行）

68

投影（续）

■举例

［例为查询学生的姓名和所在系；；；；

即求Student关系上学生姓名和所在系两个属

性上的投影

“Sname,Sdept（Student）

或仃2,5（Student）

69

投影（续）

70

投影（续）

［例4］查询学生关系Student中都有哪些系

nsdept(Student)

结果:

Sdept

CS

IS

MA

71

3.连接(Join)

■连接也称为。连接

■连接运算的含义

＞从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件

的元组

RS={\t^RMseSMr[A]Qts[B]]

x

■

■0：比较运算符

＞连接运算从R和S的广义笛卡尔积RXS中选取（R

关系）在4属性组上的值与（S关系）在B属性组上

值满足比较关系的元组。

72

连接（续）

■两类常用连接运算

»等值连接（equijoin）

।■什么是等值连接..................

11A6为的连接运算称为等值连接।

簟■等值连接的含义；

A从关系R与S的广义笛卡尔积中选取4、B

属性值相等的那些元组，即等值连接为：

RS=U\treRAtseSAtr[A]=ts[B]}

ML■tD

A=B

73

A自然连接(Naturaljoin)

■什么是自然连接।।।।।।।

；A自然连接是一种特殊的等值连接；；

■两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性

组

■在结果中把重复的属性列去掉

好然连接的含义IIIIII|

R和S具有相同的属性组B

={vs|tre/?AfseSA^[B]=yB]}

74

■一般的连接操作是从行的角度进行运算。

自然连接还袖WW【消堡复

行和列的角葭27运算。

75

[例5]

RS

76

RS

M

C<E

77

等值连接RMS

R.B=S.B

78

79

4.除(Division)

给定关系R(X,U和S(KZ),其中X,Y,Z为属性组。

/?中的y与s中的y可以有不同的属性名，但必须出自相同

的域集。R与S的除运算得到一个新的关系尸的，P是R中

满足下列条件的元组在乂属^^列上捌投慧・,元组在X上分

量值X的象集匕包含$在丫上投影的集合。

R^S={tr[X\|freRATTY(S)=匕}

Yx：x在/?中的象集，x=fr[X]

80

■除操作是同时从行和列角度进行运算

81

r

分析:

在关系R中，A可以取四个值{a1,a2,a3,a4}

a1的象集为{(d，c2),(b2,c3),(b2,q)}

a2的象集为{(A，c7),(b2,c3)}

的象集为{(4,C6))

%的象集为{(4，c6)}

S在(B,C)上的投影为

{(b1,c2),(b2,c1),(b2,c3)}

只有叫的象集包含了S在(8,C)属性组上的投影；

所以R^s={a.}

83

1.3关系数据库标准语言SQL

SQL（StructuredQueryLanguage,结构

化查询语言）是关系数据库的标准语言.；；

；S《L螭总：；；；；；；；；

'＞一体化特点：语言功能一体化、结构一体化I

:A高度非过程化：干什么？；；；；

学》面向集合的操作方式；；；；；；

；＞以同一种语法结构提供两种使用方法；；

＞语言简洁，易学易用

84

SQL的数据定义功能

；言义*本/；；；；；；^\,

CREATETABLEv表名,

（〈列名1>〈数据类型1>［列级完整性约束条］

卜列名2>v数据类型2>［列级完整性约束条］］.・.

［表级完整性约束条件］］

）；

85

例：建立一个“学生基本情况”表，它由

“学号”、“姓名”、“性别”、“系

另四个属性组成。其中学号不能为空,

I值是唯一的。.....................

CREATETABLE学生基本情况；；

(学号CHAR(5)NOTNULLUNIQUE,

姓名CHAR(8),

性别CHAR(2),

系别CHAR(15));

86

SQL的数据定义功能

卜修改基本表；；；；；；

ALTERTABLEv表名〉

[ADDv新列名〉v数据类型〉[完整性约束]

[DROPv完整性约束习

[ALTERCOLUMNv列名,v数据类型刁；

・删除基本表；；

DROPTABLE〈表名〉

87

例：在学生基本情况表中，增加出生日

;畸朗。；；；；；；；

；ALTERTABLE学生基本情况；

ADD出生日期DATE

88

SQL的数据查询功能

SQL语言提供SELECT语句进行数据库的查询

SELECT语句的一般格式：

SELECT[ALL|DISTINCT]〈目标列表达式＞[,〈目标列

表达式〉].・.

FROM（表名或视图名＞[,〈表名或视图名〉].・・

[WHERE〈条件表达式〉]

[GROUPBY〈列名1＞[HAVING〈条件表达式＞]]

[ORDERBY〈列名2〉[ASC|DESC]];

89

SELECT语句举例

SELECT课程设置表.课程代码，课程设置表.课程名

称，课程设置表.学时，课程设置表.学分

即0M徵程悭置揖；；；；；；；

WHERE(((课程设置表.学分)〉4))；；।；

ORDERBY课程设置表.学时DESC;

90

数据操纵功能

■雇入蒙据；；；；；；；00之

INSERTINTOv表名＞[（＜列名1＞[,＜列名2＞...]）]

VALUES（v常量1＞[,＜常量2＞...]）

■修改■据；；；；；；；；；

UPDATEv表名〉SETv歹ij名〉二v表达式〉

[,v列名）二v表达式＞]...[WHEREv条件＞]；

■删除数据

DELETEFROMv表名＞[WHEREv条件＞]；

91

■例：向学生基本情况表中添加新记录

INSERTINTO学生基本情况

VALUES（“02103”,“张红”，"女"，“人文系”，

“1984-05-10”）

■例：将学生基本情况表