第1章 数据库系统概述1.ppt

1、Access数据库应用技术,孙 艳 王洪革 主 编王泽生 郭景耀 崔 成 副主编何 桥 主 审,高等院校新课程体系计算机基础教育规划教材,Access数据库应用技术,第1章 数据库系统概述 第2章 Access系统概述 第3章 数据库的建立与管理 第4章 表的创建和使用 第5章 创建和使用查询 第6章 窗体的设计 第7章 报表的创建和使用 第8章 数据访问页 第9章 宏 第10章 数据的导出和导入 第11章 数据库的安全管理 第12章 关系数据库标准语言SQL 第13章 VBA编程 第14章 应用系统开发实例,第1章,数据库系统概述,主要内容,数据库系统的基本概念 数据库系统的产生、发展和特点

2、 数据模型 关系数据库系统 关系数据库设计 关系数据库标准语言SQL简介,1.1 数据库系统的基本概念,数据（Data）数据库（DataBase，DB） 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS） 数据库系统（DataBase System，DBS）,1.1.1 数据（Data）,数据是数据库系统研究和处理的对象，本质上讲是描述事物的符号记录。符号不仅是指数字、字母和文字，还可以包括图形、图像、声音等。因此数据有多种表现形式，都是经过数字化后存入计算机的，能够反映或描述事物的特性。,信息 （1）信息的定义 人们通过各种方式所获得的数据，利用解释、分析、推理

3、、归纳和综合等方法，从中获得有用的数据称为信息。数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理之后，有使用价值的数据才能成为信息。,信息=数据+处理,数据处理数据处理是对各种类型的数据进行收集、整理、存储、加工、检索和传输，使之变为有用信息的一系列活动的总称。数据处理也称为信息处理。信息处理的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。,数据管理技术的发展数据管理指的是对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等。数据管理大致经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。,（1）数据不保存。 （2）没有专用的软件对数据进行管理。 （3）数据不具有独立性。 （4）数据是面向程序的。,人工管理特点：,优点

4、： （1）数据以“文件”形式可长期保存外部存储器的磁盘上。 （2）文件组织已多样化。 （3）数据与程序间有一定的独立性。 （4）对数据的操作以记录为单位。,文件管理特点：,缺点： （1）数据冗余度大。 （2）数据独立性低。 （3）数据一致性差。,文件管理特点：, 数据共享性高、冗余度低。 数据结构化。 数据独立性高。 有统一的数据控制功能： 数据的安全性控制 数据的完整性控制 并发控制 数据恢复,数据库系统的特点：,数据库系统层次示意图,1.1.2 数据库（DataBase，DB）,数据库是数据的集合，它具有一定的组织形式并存储于计算机存储器上，具有多种表现形式并可被各种用户所共享。数据库中的

5、数据具有较小的冗余度、较高的数据独立性和扩展性。信息社会中，人们收集各种各样的数据后，对它们进行加工，借助计算机和数据库技术科学地保存和管理大量的复杂数据，以便充分利用这些数据资源。,1.1.3 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）,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理软件，属于系统软件。它是数据库系统的一个重要组成部分，是使数据库系统具有数据共享、并发访问、数据独立等特性的根本保证，主要提供以下功能： 数据定义功能 数据操纵及查询优化 数据库的运行管理 数据库的建立和维护,1.1.4 数据库系统（DataBase System，DB

6、S）,数据库系统通常是指带有数据库的计算机应用系统。它一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户组成，在不引起混淆的情况下常把数据库系统简称为数据库。,1.2 数据库系统的产生、发展和特点,数据库系统的产生和发展 数据库系统的特点,1.3 数据模型,层次模型（Hierarchical Model）网状模型（Network Model） 关系模型（Relational Model）面向对象模型（Object Oriented Model，OO模型）,1.3.1 层次模型（Hierarchical Model）,一所学校的人员数据库可以采用层次模型，如图所示。,学校

7、人员数据库模型,1.3.1 层次模型（Hierarchical Model）,层次模型用树形结构来表示数据间的从属关系结构。其主要特征如下： 仅有一个无双亲的结点，这个结点称为根结点。 其他结点向上仅有一个双亲结点，向下有若干子女结点。如图所示,层次模型示例,1.3.2 网状模型（Network Model）,网状模型是层次模型的扩展，呈现一种交叉关系的网络结构，可以表示较复杂的数据结构。其主要特征如下： 有一个以上的结点无双亲。 一个结点可以有多个双亲。 在网状模型中，子女结点与双亲结点的联系可以不唯一。因此，要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录。,1.2.1 数据库系统

8、的产生和发展,第一代数据库系统网状、层次数据库系统 第二代数据库系统关系数据库系统 第三代数据库系统 数据库技术的新进展,1.3.2 网状模型（Network Model）,如图（a）中，R3有两个双亲记录R1和R2，把R1和R3之间的联系称为L1，把R2和R3之间的联系称为L2；图（b）中R1和R3均无双亲，R4和R5有两个双亲。,1.3.2 网状模型（Network Model）,网状模型可以间接地描述多对多联系。可以在“读者”和“图书”之间建立一个连接记录“借阅”，把原来的多对多的联系转化为“读者”与“借阅”、“图书”与“借阅”这两个一对多联系。下图是读者借书系统数据库网状模型。,1.3

9、.3 关系模型（Relational Model）,关系模型就是用二维表格结构来表示实体与实体间联系的模型，关系模型中数据的逻辑结构就是一张二维表。下表所示的“图书信息表”是一个关系模型的例子。,关系模型的基本术语,关系（Relation） 属性（Attribute） 域（Domain） 元组（Tuple） 主码或主关键字（Primary Key） 关系模式,关系模型的主要特点,关系中每一数据项不可再分，也就是说不允许表中还有表。 每一列中的各个数据项具有相同的属性。 每一行中的记录由一个事物的多种属性项构成。 每一行代表一个实体，不允许有相同的记录行。 行与行、列与列的次序可以任意交换，不改

10、变关系的实际意义。,第一代数据库系统网状、层次数据库系统,第一代数据库系统具有如下特点： 支持三级模式的体系结构。 用存取路径来表示数据之间的联系。 独立的数据定义语言。 导航的数据操纵语言。,第二代数据库系统关系数据库系统,关系数据库是以关系模型为基础的，具有以下特点： 关系数据库对实体及实体之间的联系均采用关系来描述，对各种用户提供统一的单一数据结构形式，使用户容易掌握和应用。 关系数据库语言具有非过程化特性，将用户从编程数据库记录的导航式检索中解脱出来，降低了编程难度，面向非专业用户。 数据独立性强，用户的应用程序、数据的逻辑结构与数据的物理存储方式无关。 以关系代数为基础，数据库的研究

11、更加科学化，尤其在关系操作的完备性、规范化及查询优化等方面，为数据库技术的成熟奠定了很好的基础。,第三代数据库系统,第三代数据库系统的基本特征： 第三代数据库系统应支持数据管理、对象管理和知识管理。以支持面向对象数据模型为主要特征，并集数据管理、对象管理和知识管理为一体。 第三代数据库系统必须保持或继承第二代数据库系统的技术，如非过程化特性、数据独立性等。 第三代数据库系统必须对其他系统开放，如支持数据库语言标准、在网络上支持标准网络协议等。,数据库技术的新进展,数据库技术发展的核心是数据模型的发展。数据模型应满足三方面的要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易为人们所理解；三是便于在计算

12、机上实现。目前，一种数据模型要很好地满足这三方面的要求是很困难的。新一代数据库技术采用多种数据模型，例如面向对象数据模型、对象关系数据模型、基于逻辑的数据模型等。,1.2.2 数据库系统的特点,数据的结构化 数据的共享性 数据的独立性 数据的可控性,1.3.4 面向对象模型（Object Oriented Model，OO模型）,对象（Object）与对象标识（OID） 类（Class）所有具有相同属性和操作集的对象构成一个对象类（简称类）。任何一个对象都是某一对象类的一个实例（Instance）。 事件（Event）,1.4 关系数据库系统,关系模型的组成 基本的关系运算 关系数据库系统的功

13、能 关系数据库系统的分类,1.4.1 关系模型的组成,关系数据结构 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。常用的关系操作包括 查询操作 增加（Insert）、删除（Delete）、修改（Update）操作。 关系完整性约束关系的完整性约束条件包括实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中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，适用于任何关系数据库系统。,1.4.2 基本的关系运算,传统的集合运算这类运算将关系看作是元组的集合，其运算是从关系的水平方向（表中的行）来进行的。设有两个关系R和S，它们具有相同的结构。 并（Union）。 差（Differ

14、ence）。 交（Intersection）。 广义笛卡儿积（Extended Cartesian Product）。,1.4.3 关系数据库系统的功能,专门的关系运算 选择运算。 投影运算。 连接运算。最常用的连接运算有两种：等值连接（Equi Join）和自然连接（Natural Join）。 除运算。,1.4.3 关系数据库系统的功能,1数据定义功能关系数据库管理系统一般都提供数据定义语言DDL（Data Description Language），可以让用户定义数据在数据库中存储所使用的类型（如文本或数字类型），以及各主题之间的数据如何相关。 2数据处理功能 3数据控制功能可以管理工作

15、组中使用、编辑数据的权限，完成数据安全性、完整性及一致性的定义与检查，还可以保证数据库在多个用户间正常使用。 4数据维护功能,1.4.4 关系数据库系统的分类,半关系型系统这类系统大都采用关系作为基本数据结构，仅支持3种关系操作，但不提供完备数据子语言，数据独立性差。基本关系型系统这类系统均采用关系作为基本数据结构，支持所有的关系代数操作，有完备的数据子语言，有一定的数据独立性，并有一定的空值处理能力，有视图功能，它满足E.F.Codd衡量关系系统的准则的大部分条件。 完全关系型系统这是一种理想化的系统，这类系统支持关系模型的所有特征。,1.5 关系数据库设计,数据库关系完整性设计数据库规范化

16、设计,1.5.1 数据库关系完整性设计,实体完整性规则 参照完整性规则 用户定义的完整性,实体完整性规则,实体完整性是指基本关系的主属性，即主码的值都不能取空值。一个基本关系对应于现实世界中的一个实体集，如书籍关系对应于书籍集合，读者关系对应于读者集合。现实世界中实体是可区分的，即每个实体具有唯一性标识。在关系模型中用主码做唯一性标识时，若主码取空值，则说明这个实体无法标识，即不可区分。这显然与现实世界相矛盾，现实世界不可能存在这样的不可标识的实体，从而引入实体完整性规则。实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。,参照完整性规则,参照完整性规则的定义：设

17、F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的主码，如果F与基本关系S的主码Ks 相对应，则称F是基本关系R的外码。对于R中每个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每个属性值均为空值）；或者等于S中某个元组的主码值。例如：“图书信息表”和“图书类别表”中的主码分别是“书籍编号”、“类别代码”，用下划线标识。（1）图书信息表（2）图书类别表,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，它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规则的机制，其目的是用统一的方式由系统来处理它们，而不由应用程序来完成这项工作。例如：“读者信息表”中

18、的读者姓名为不超过10位的字符且不能为空。,1.5.2 数据库规范化设计,第一范式 第二范式 第三范式,第一范式,【例】已知下表所示的“读者借阅书籍信息表”，试将其规范为满足第一范式的表。,第一范式,分析：显然“读者借阅书籍信息表”不满足第一范式，处理方法是处理表头使其成为只具有一行表头标题的数据表，如表所示。,第二范式,在一个满足第一范式的关系中，如果所有非主属性都完全依赖于主码，则称这个关系满足第二范式。对于满足第二范式的关系，如果给定一个主码，则可以在这个数据表中唯一确定一条记录。一个关系模式如果不满足第二范式，就会产生插入和删除异常、修改复杂等问题。 【例】已知上一张表中所示满足第一范

19、式的“读者借阅书籍信息表”，试将其规范为满足第二范式的表。分析：表中主码应为（读者编号，书籍编号），由于“读者姓名”字段只完全依赖于“读者编号”，而“书籍名称”、“类别代码”和“允许借出天数”只依赖于书籍编号，所以不满足第二范式的要求。该数据表存在如下缺点：,第二范式,冗余度大。 插入异常。 删除异常。处理上一张表使之满足第二范式的方法是将其分解成3个数据表，如表1、表和表所示，这3个表即为满足第二范式的数据表。其中“读者信息表”的主码为“读者编号”，“借阅信息表”的主码为“读者编号”、“书籍编号”，“图书信息表”的主码为“书籍编号”。,第二范式,第二范式,第三范式,对于满足第二范式的关系，如

20、果每一个非主属性都不传递依赖于主码，则称这个关系满足第三范式。传递依赖就是某些数据项间接依赖于主码。对于数据库规范化设计的要求是应该保证所有数据表都能满足第二范式，力求绝大多数数据表满足第三范式。除以上介绍的3种范式外，还有BCNF（Boyce Codd Normal Form）、第四范式、第五范式。一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以规范化为若干个高一级范式的关系模式的集合。,1.6 关系数据库标准语言SQL简介,SQL语言的特点 SQL语言的功能,1.6.1 SQL语言的特点,SQL是一种功能齐全的数据库语言 SQL语言主要包括以下4类： 数据定义语言DDL（Data Definit

21、ion Language） 数据操作语言DML（Data Manipulation Language） 数据查询语言DQL（Data Query Language） 数据控制语言DCL（Data Control Language） SQL是高度非过程化的语言 SQL语言简洁，易学易用SQL语言只用9个动词（CREATE、DROP、ALTER、SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、GRANT、REVOKE）就完成了数据定义、数据操作、数据查询、数据控制的核心功能。 语言共享,1.6.2 SQL语言的功能,数据定义功能包括定义、修改与删除基本表及建立与删除索引等功能。 数据操纵功

22、能包括插入、修改与删除数据等功能。 数据查询功能包括单表查询、连接查询、嵌套查询等各种查询功能。 数据控制功能包括数据的安全性控制、数据的完整性控制、数据库的恢复及并发控制等功能。,本章小结,本章概述了数据库的基本概念，并通过对数据库技术发展情况的介绍，概括了数据库技术发展的新方向。 数据模型是数据库系统的核心和基础，本章介绍了4种主要的数据模型：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。 本章重点介绍了关系数据库的有关理论，包括关系模型的组成、基本的关系运算、关系数据库系统的功能和分类以及关系数据库的设计。 SQL语言是关系数据库的标准语言，SQL语言可以分为数据定义语言、数据操纵语言、数据查询语言和数据控制语言。本章简要地介绍了SQL语言的特点和功能。,习 题,简述数据库技术的发展历程。什么是数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统？简述数据库系统的组成。简述数据模型的组成要素及功能。简述关系模型的组成。传统的关系运算包含哪几种？专门的关系运算包含哪几种？简述关系数据库系统的功能和分类。简述关系完整性约束条件。简述关系数据库标准语言SQL的特点和功能。简述第一范式、第二范式和第三范式的概念。,