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第一章 数据库基础 知识 唐燕 2007 .7 1.1 数据库基础知识 1.2 关系数据库 1.3 数据库设计基础 1.4 SQL基本命令 1.5 Access简介 1.6 启动和关闭Access 1.1 数据库基础知识 1.1.1 计算机数据管理的发展 一、数据与数据处理 数据存储在某一媒体上能够识别的 物理符号。 一方面：是描述事物特性的数据内容； 另一方面：是存储在某一种媒体上的数据形式。 数据处理将数据转换成信息的过程 。 信息处理 ：为了产生信息而处理数据。 数据可以是数字、文字、字母、声音、动画，声音等等。 使用计算机存储数据；使用软件管理数据；使用应用程序加工数据。 1.1.1 计算机数据管理的发展 二、计算机数据管理 数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检 索和维护。 计算机数据管理的发展过程： 1.人工管理（20世纪50年代中期以前） 硬件：外存只有纸带、卡片、磁带。没有可以随机访 问，直接存取的外存设备。 软件：没有操作系统，没有专门处理数据的软件，数 据由处理或计算它的程序自行携带。 数据管理（存储结构、存取方法、输入/输出方式） 由程序设计人员负责。 在人工管理阶段，程序与数据之间的一一对应关系， 如下图所示： 特点：数据与程序不具有独立性。数据不能长期保存。一 个程序中的数据无法被其他程序使用，数据之间存在冗余 。 应用程序1应用程序1 应用程序2 应用程序n 数据集1 数据集2 数据集n 1.1.1 计算机数据管理的发展 2.文件系统（50年代后期60年代中期） 硬件：有了外存。（硬盘、磁鼓） 软件：出现了高级语言和操作系统。操作系统中有了 专门的数据管理软件，即文件系统。 特点：数据和程序有了一定的独立，数据和程序分开 存储，有了程序文件和数据文件的区别。数据文件保存在 外存，可多次存取。 缺点：数据和程序相互依赖，数据冗余严重，数据不 能统一修改。 文件系统阶段，应用程序和数据之间的对应关系： 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 1.1.1 计算机数据管理的发展 3.数据库系统（60年代后期以来） 数据库技术的主要目的是有效的管理和存取大量的 数据资源。 数据库管理系统DBMS（Data Base Management System）为数据库的建立、使用和维护而配置的软件 。 1968年，IBM研发了层次模型数据库IMS； 1969年，数据系统语言协会研发了网状数据库系统 DBTG； 1970年，IBM研究出关系数据库理论。 1.1.1 计算机数据管理的发展 特点：提高了数据的共享性；减小数据的冗余，提高数据 的一致性和完整性；提供数据与应用程序的独立性，减少 应用程序开发和维护代价。 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 Data Base 图1.1 数据库系统数据与应用程序的关系 表1.1 数据库管理三个阶段的比较 人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段 背 景 应应有背景科学计计算科学计计算、管理大规规模管理 硬件背景 无直接存取设备设备 磁盘盘、磁鼓大容量磁盘盘 软软件背景没有操作系统统有文件系统统有数据库库管理系统统 处处理方式批处处理联联机实时处实时处 理、 批处处理 联联机实时处实时处 理、分布处处理、 批处处理 特 点 数据管理者 程序员员文件系统统数据库库管理系统统 数据面向的对对象 某一应应用程序某一应应用现实现实 世界 数据的共享程度 无共享，冗余 度大 共享性差，冗余 度大 共享性高，冗余度小 数据的独立性 不独立独立性差高度独立 数据的结结构化 无结结构记录记录 有结结构，整 体没有结结构 整体结结构化，数据模型描述 数据控制能力 程序自己控制程序自己控制数据库库管理系统统控制 1.1.1 计算机数据管理的发展 4.分布式数据库系统 数据库技术与网络通信技术相结合，产生了分布式数 据库系统。 C/S（client/server）结构 一：物理上分布、逻辑上集中的分布式结构。 二：物理上分布、逻辑上分布的分布式结构。 5.面向对象数据库系统 数据库技术与面向对象技术相结合。 DB1 DB3 DB2 服务器1 服务器2服务器3 网络 客 户 客户 客户 图 1.2 一个分布式数据库系统 1.1.2 数据库系统 一、有关数据库的概念 1.数据（Data） 描述事物的符号记录。文字、图形、图像、声音等都是数据 。 2.数据库（Data Base） 结论：数据库可以有一张 或多张数据表组成。可以 删除添加数据表，或者删 除添加每个张表中的数据 。 1.1.2 数据库系统 3.数据库应用系统 系统开发人员利用数据库系统开发的某一类实际应用的 软件系统。例如：学生管理系统 人事管理系统 图书管 理系统等等。 4.数据库管理系统（DataBase Manager System，DBMS） 用来开发、建立、使用、维护数据库的软件。 例如：Access、Visual FoxPro、 Oracle、 Sql Server 、My Sql等等。 5.数据库系统（DataBase System，DBS） 数据库系统由5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（DataBase Administrator，DBA）和用户。 1.1.2 数据库系统 二、数据库系统的特点 n 1. 实现数据共享，减少数据冗余 n 2. 采用特定的数据模型 n 3. 具有较高的数据独立性 n 4. 有统一的数据控制功能 数据库应用系统 数据库管理系统 操作系统 1.1.2 数据库系统 三、数据库管理系统 数据库应用系统 数据库管理系统 操作系统 硬件 最终用户 专业用户 数据库 管理员 图1.3 数据库系统层次示意图 1.1.2 数据库系统 一般，DBMS 的功能主要有以下6个方面： 1. 数据定义 2. 数据操纵 3. 数据库运行管理 4. 数据组织、存储和管理 5. 数据库的建立和维护 6. 数据通信接口 通常，DBMS 由以下4个部分组成 n 1. 数据定义语言DDL及其翻译处理程序 n 2. 数据操纵语言DML及其编译（或解释）程序 n 3. 数据库运行控制程序 n 4. 实用程序 1.1.3 数据模型 一、实体描述 1.实体 客观存在并相互区别的事物称为实体。实际的或者抽 象的。 例如：学生，老师，课程，学生选课，借阅图书等。 2.实体的属性 描述实体的特性称为属性。（表中的字段） 例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，班级） 图书（总编号，分类号，书名，作者，单价） 学生选课（学号，课程号，学分，成绩） 1.1.3 数据模型 3.实体集和实体型 属性值的集合表示一个实体，属性的集合表示一种实 体的类型，称为实体型。 同类型的实体的集合，称为实体集。（Access中用 表来表示） 例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，班级）- 一个实体型。 全体学生-实体集。 （S0407799，李明，男，20，护理07） -具体的一个 学生实体。 总结：数据库中的表就是实体集，表中的字段就是实 体的属性，每一个记录表示一个实体。 1.1.3 数据模型 二、实体间的联系及种类 1. 一对一联系（one-to-one relationship) 例如：学校与正校长之间存在一对一联系。 2. 一对多联系（one-to-many relationship) 例如：系与学生之间存在一对多的联系。 教研室与老师之间的一对多的联系。 3. 多对多联系（many-to-many relationship) 例如：学生和课程之间存在多对多的联系， 一个学生可以选修多门课程，一门课程可以有多 名学生选修。 图书与读者之间也是多对多的联系。 1.1.3 数据模型 三、数据数据模型简介 数据库管理系统支持的传统数据模型分种：层次模 型、网状模型和关系模型。 . 层次数据模型 最早出现的数据模型，用树型结构表示实体与实体之 间的联系。 在数据库中，要满足以下两个条件： （）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为“根 节点”。 （）其他节点有且仅有一个双亲。 优点：直观，易理解 缺点：不能直接表示多对多的联系。 系编号系名办公地点 教研室编号教研室学号姓名成绩 职工号姓名研究方向 系 教研室学生 老师 D02计算机系信息楼 R01数据库 S0701刘丽90 E109李明数据库 系 学生 R02网络 E106王莉数据仓库 E110陈明网络安全 E112张林网络管理 S0702李想80 1.1.3 数据模型 网状数据模型 在数据库中，网状模型满足以下条件： （）允许一个以上的节点无双 亲。 （）一个节点可以有多于一个 的双亲。 R1R2 R3 R1 R4 R2 R3 R5 L1 L1 L2 L5 L4 L3 (a) (b) 学号姓名系别课程号 课程名 学分 学号课程号成绩 学生课程 选课 L1 L2 图1.4 学生/选课/课程的网状数据库模型 1.1.3 数据模型 关系数据模型 关系数据模型，用二维表结构来表示实体与 实体之间的联系的模型。 在关系数据库中，每一个关系都是一个二维表 ，实体以及实体之间的联系都用称为“关系”的二 维表来表示。 1.2.1 关系数据模型 用二维表的形式表示实体和实体间联系的数据模型。 一、关系术语 在Access中，一个“表”就是一个关系。 1.关系 一个关系就是一个二维表，每一个关系有一个关系名。 对关系的描述称为关系模式。 关系结构： 关系名（属性名1，属性名2，属性名3， ，属性名n） 在Access中，关系名就是二维表的表名。 表的结构： 表名（字段名1，字段名2，字段3， 字段名n） 例：教师表（编号，姓名，性别，工作时间，政治面貌， 学历） 1.2.1 关系数据模型 2.元组 在一个二维表中，水平方向的行称为元组， 每一行是一个元组。元组对应表中的一个具体的 记录。元组-记录 3.属性 二维表中垂直方向的列称为属性，每一列有 一个属性名。属性就是二维表中的字段。属性- 字段 4.域 属性的取值范围。 关系 元组 （记录 ） 属性（字段 ） 域 1.2.1 关系数据模型 5.关键字 其值能够唯一地标识元组的属性或属性的组 合。Access中，就是字段或字段的组合。 主关键字 候选关键字 6.外部关键字 如果表中的一个字段不是本表的主关键字， 而是另外一个表的主关键字和候选关键字，这个 字段（属性）就称为外部关键字。 候选关键字 主关键字 从候选关键字中挑选一个做为主关键字。 关键字 关键字 外关键字 1.2.1 关系数据模型 二、关系的特点 1. 关系必须规范化 2. 在同一个关系中不能出现相同的属性名。 3. 关系中不允许有完全相同的元组。 4. 在一个关系中元组的次序无关紧要。 5. 在一个关系中列的次序无关紧要。 三、实际关系模型 一个具体的关系模型由若干个关系模式组成。Access中 ，一个数据库包含多个表。 数据库文件就对应一个实际的关系模型。 例1.1 学校职工管理数据库中教师工资关系 模型和公共字段的作用。 （数据库中演示） 例1.2 教学管理中学生表选课表课程表 关系模型。 （数据库中演示） 1.2.2 关系运算 关系的基本运算有两类： 一类：传统的集合运算（并、差、交等） 一类：专门的关系运算（选择、投影、联接） 一、传统的集合运算 进行并、差、交际和运算的两个关系必须具有相同的 关系模式，即元组有相同的结构。 1.并（） 两个相同结构的关系的并，是两个关系的元组的集合 。 例1：两个结构相同的学生关系R、S，分别存放两个 班的学生，RS 就是将第二个班级的学生记录追加到第 一个班级的学生记录后面。 1.2.2 关系运算 2.差（） 设有两个相同结构的关系R和S，R-S 是属于R 但是 不属于S 的元组组成的集合。 例如：选修高等数学的学生关系R，选修大学语文的 学生关系S，R-S 就是选修了高数但是没有选修大学语文 的学生记录组成的关系。 3.交（） 设有两个相同结构的关系R和S，RS 是既属于关系 R 又属于关系S 的元组组成的集合。交运算的结果是R 和 S 的共同元组。 例如：选修高等数学的学生关系R，选修大学语文的 学生关系S，RS 就是既选修了高数又选修大学语文的学 生记录组成的关系。 1.2.2 关系运算 二、专门的关系运算 1.选择 从关系中找出满足给定条件的元组的操作称为选择。 选择的条件以逻辑表达式给出，使逻辑表达式的值为真 的元组将被选取。对行进行操作。 2.投影 从关系模式中指定若干属性组成新的关系称为投影。 投影是从列的角度进行的运算，相当于对关系进行垂直分 解。 1.2.2 关系运算 3.联接 联接运算将两个关系模式按一定的条件拼接成一个更 宽的关系模式。 联接条件中将出现两个表中的公共属性名，或者具有 相同的语义，可比的属性。联接结果是满足条件的所有记 录。 投影和选择是对一个二维表进行操作，联接对两个表 进行操作。 4.自然联接 联接中有两种最常用的联接，一种是等值联接，一种 是自然联接。 等值联接-按照字段值对应相等为条件进行的联接。 自然联接-去掉重复属性的等值联接。 1.3 数据库设计基础 1.3.1 数据库设计步骤 一.设计原则 1.关系数据库的设计遵从概念单一化“一事一地 ”的原则； 2.避免在表之间出现重复字段； 3.表中的字段必须是原始字段和基本数据元素 ； 4.用外部关键字保证有关联的表之间的联系； 1.3.1 数据库设计步骤 二.设计步骤 1.需求分析； 2.确定需要的表； 3.确定所需字段； 4.确定联系； 5.设计求精。 1.3.2 数据库设计过程 一.需求分析 1.信息需求； 2.处理需求； 3.安全性与完整性需求； 二.确定需求的表 三.确定所需的字段 1.每个字段直接和表的实体相关； 2.以最小的逻辑单位存储信息； 3.表中的字段必须是原始数据； 4.确定主关键字字段； 1.3.2 数据库设计过程 四.确定联系 1.一对多联系；2.多对多联系 ； 3.一对一联系； 五.设计求精 1.是否遗忘了字段？ 2.是否存在大量空白的字段？ 3.是否有包含了同样字段的表？ 4.表中是否带有大量不属于某实体的字段？ 5.是否在某个表中重复输入同样的信息？ 6.是否为每个表选择了合适的主关键字？ 7.是否有字段很多而记录很少的表，并且很多记录的字 段值为空？ 1.4 SQL基本命令 1.4.1 SQL简介 SQL（Structure Query Language，结构化查 询语言） 包含了数据定义（data Defintion）、查询（ Data Query)、操纵（Data Manipulation）和控 制（Data Control）4种功能。 SQl语言是数据库的主流语言。 基本表-本身独立存在的表。 视图-从一个或几个基本表中导出的表。它本 身不独立存储在数据库中，视图是虚表。 1.4.2 SQL基本语句 SELECT 语句的一般格式： SELECTALL/DISTINCT *| FROM WHERE ORDER BY ASC|DESC； 说明： ：表示在实际的语句中要采用实际需要的内容进行替 代。 ：表示可以根据需要进行选择，也可以不选。 |： 表示多项选项只能选其中之一。 : 表示必选项。 1.4.2 SQL基本语句 ALL：表示检索所有符合条件的元组，默认值为ALL 。 DISTINCT：表示检索要去掉重复组的所有元组。 *：表示检索的结果为整个