计算机基础第四章教案.ppt

1 第4章数据库与信息系统 2 学习之前的讲述 数据库与信息系统概念的引出 人类的知识与智慧需要不断地积累和传承 其基础是 以数据的形式进行有组织地存储 其方法是 对这些数据进行有效地检索 操作和维护 其应用是 有目的地对数据进行再加工和利用 也称作 信息系统 如何学习这个章节 3 4 1数据库基础知识 4 1 1数据与数据库1 数据 描述事物的符号记录 数据的种类多种多样 数字 文字 声音 图像等 在计算机中 各种数据被数字化 数据的概念有两个方面 描述事物特性的是数据内容 存储在某一种媒体上的是数据形式 4 2 数据库 数据的仓库 集合 数据库中的数据具有 目的性 组织性 独立性 共享性 按照一定的数据模型规则地存放 现实世界 信息世界 机器世界 物质 精神 数据 5 4 1 3数据管理技术的演变三个阶段 人工管理阶段文件管理阶段数据库管理阶段 6 人工管理阶段 50年代 这个时期 没有磁盘和专门的数据管理软件 计算机主要用于科学计算 数据量不大 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 7 人工管理数据的特点 数据不保存 数据需要由应用程序自己设计 说明和管理 没有相应的软件系统负责数据的管理工作 数据不共享 数据不具有独立性 8 文件系统阶段 60年代 这时期 有了磁盘存储设备 有了操作系统以及文件管理功能 计算机不仅用于计算 还有大量的数据处理 文件系统阶段应用程序与数据之间的关系 9 文件系统管理数据的特点 数据可以长期保存 由专门的软件即文件系统进行数据文件的管理 数据共享性差 数据独立性低 10 数据库管理阶段 数据库管理系统处理数据方式示意图 11 数据库管理系统的特点 数据结构化利用复杂的数据模型 不仅描述数据本身 而且描述数据与数据之间的关系 数据共享性提高 冗余度降低从整体层面描述和建立数据模型 实现数据共享 维护数据的一致性 数据独立性高借助于数据库管理的中间转换 实现数据逻辑结构和物理结构相分离 保持数据和应用程序之间相互独立 12 数据库系统集中管理数据主要包括下面几方面的控制功能 并发性 允许多用户同时使用数据库完整性 通过一些完整性规则 令数据库始终包含正确的数据 可恢复性 遭到破坏时可以最近点恢复安全性 安全机制 使用权限设置审计性 跟踪记录数据操作情况 13 4 1 2数据库管理系统1 数据库 数据库就是长期储存在计算机内的有组织 可共享的数据集合 2 数据库管理系统的定义 数据库管理系统 DatabaseManagementSystems DBMS 是数据库系统的核心 是为数据库的建立 使用和维护而配置的软件 由一个互相关联的数据的集合和一组用于访问这些数据的程序组成 14 3 数据库管理系统 DBMS 的功能 数据定义 定义数据库结构的模式 数据操纵 包括对数据库数据的检索 插入 修改和删除等基本操作 数据库运行管理 保证数据的安全性 完整性 一致性以及多用户对数据的并发使用 数据组织 存储和管理 确定文件结构和存取方式数据库的建立和维护 建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等 维护数据库包括数据库转储和恢复等 数据通信接口 15 4 数据库管理系统的组成 数据定义语言 DDL 及其翻译处理程序 提供数据定义语言 供用户定义数据库的各类模式和结构等 数据操纵语言 DML 及其编译 或解释 程序 实现对数据库的检索 插入 修改 删除等基本操作 如 存储管理 安全性 一致性 各类事物和日志管理等等 数据库运行控制程序 负责数据库运行过程中的控制与管理 实用程序 基于应用层面的 数据库数据的建立与维护 以及数据格式的转换与通信等 良好的用户界面 16 4 1 4数据库系统的组成DBS 带有数据库的计算机应用系统 一般由数据库 数据库管理系统 应用系统 数据库管理员 DataBaseAdministrator 和最终用户构成 DBS DB DBMS APPLACATION DBA USER 17 4 2数据模型4 2 1数据模型的组成三个要素 数据结构 用于描述系统的静态特性 数据操作 用于描述系统的动态特性 数据的约束条件 一组完整性规则 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 18 4 2 2概念模型概念级的模型把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构 这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统 概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次 信息世界的几个概念 实体 属性 域 码 key 实体型 实体集 联系 19 两个实体型之间的联系 一对一联系 1 1 一对多联系 1 n 多对多联系 m n 实际上 一对一联系是一对多联系的特例 而一对多联系又是多对多的特例 20 4 2 3常用数据模型层次模型 表现实体之间一种很自然的层次关系 教师和学生的层次模型图 21 层次模型的特点 有且只有一个结点没有双亲 该结点就是根结点 根以外的其他结点 有且仅有一个双亲结点 层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时才能显出它的全部意义 没有一个子女记录值能够脱离双亲而独立存在 22 层次模型的数据操纵与完整性 对数据进行删除 插入操作时要注意层次模型的完整性 即 任何子女结点都不能没有双亲 层次模型的优缺点 结构简单 关系清晰 不能描述较复杂的关系 查询速度慢 23 网状模型 用网络结构表示数据间的多个从属关系 可以清晰地表示这种非层次关系 24 网状模型的特点 有一个以上的结点没有双亲 至少有一个结点可以有多于一个双亲 网状模型允许两个或两个以上的结点为根结点 允许某个结点有多个双亲结点 实际上 层次模型是网状模型的一个特例 25 网状模型的数据操纵与完整性 对数据进行删除 插入操作比较随意 没有严格的完整性约束条件 即 允许插入尚未确定双亲的子女结点 也允许删除双亲而保留子女结点 网状模型的优缺点 能描述现实中较复杂的多对多关系 存取效率高 描述语言比较复杂 数据独立性较差 26 关系模型 用一个二维表来表示数据间的关系 二维表框架 组成的集合 每个二维表又可称为关系 所以关系模型是 关系框架 的集合 27 表4 1学生登记表S 表4 2课程登记表C 表4 3成绩登记表G 28 关系数据库的基本概念和结构 关系 relation 每个表表示一种关系 元组 tuple 二维表格中的一行 记录 属性 二维表格中的一列 数据项 码 key 唯一标识记录的属性 关键字 域 domain 属性的取值范围 例如 性别的域是 男 女 关系模型 对关系的描述 一般表示为 关系名 属性1 属性2 属性n 例如 表4 1的关系可描述为 学生 学号 姓名 性别 出生年月 系别 29 关系数据模型的操纵与完整性约束 数据操纵 数据查询 插入 删除和更新完整性约束 实体完整性 一个关系的主关键字不能取空值 参照完整性 表与表之间的某种联系形成参照关系 要求一个表的外码要么取空值 要么和被参照关系中对应字段的某个值相同 用户自定义的完整性 根据数据库系统的应用环境不同 用户设定的约束条件 30 关系模型的优缺点 优点 建立在严格的数学概念基础上 概念单一 结构清晰 易懂易用 具有更高的数据独立性 安全性好 缺点 查询效率不如非关系数据模型 31 面向对象模型 对象 现实世界中的实体在问题空间的抽象 由属性 方法加以描述 类 具有同一属性和方法集的所有对象的集合 面向对象模型 由若干类层次组成 特点 可处理除传统数据外的 包括图象 声音 动画等多种形式的信息 32 4 3 1SQL概述SQL StructuredQueryLanguage 结构化查询语言 语言简洁 功能强大 是关系型数据库的标准语言 SQL的功能 查询 Query 操纵 Manipulation 定义 Definition 控制 Control 4 3SQL语言基础 33 SQL的特点 综合统一 集数据库定义 数据操纵 控制等功能于一体 语言风格统一 独立完成数据库生命周期中的全部活动 非过程化 只要指出 做什么 而无须指明 怎么做 面向集合的操作方式 不仅操作对象 查找结果可以是元组的集合 而且一次插入 删除 更新操作的对象也可以是元组的集合 34 以同一种语法结构提供两种使用方式 既是自含式语言 独立与计算机交互 又是嵌入式语言 嵌入到高级语言程序当中 语言简洁 易学易用 类似于英语的自然语言 简洁易用 SQL的组成 数据查询 SELECT 数据操纵 INSERT UPDATE DELETE 数据定义 CREAT DROP ALTER 数据控制 GRANT REVOKE 35 4 3 2 基本表的定义 在SQL中 表分为两种 基本表 其数据显式地存储在数据库中 视图 仅有逻辑定义的虚表 可以根据其定义从其它表 包括视图 但不作为一个表显式地存储在数据库中 36 创建基本表 作用 定义表的结构语法结构 CREATETABLE 长度 列级完整性约束条件 长度 列级完整性约束条件 表级完整性约束条件 如果完整性约束条件涉及到该表的多个属性列 则必须定义在表级上 否则既可定义在列级 也可定义在表级 37 完整性约束的基本语法格式 CONSTRAINT 约束名 约束不指定名称时 由系统自动给定 约束类型 必须指定完整性约束的类型 它包括 空 非空 NULL NOTNULL值唯一 UNIQUE主键 PRIMARYKEY外键 FOREIGNKEY检查范围 CHECK等默认值 可以用DEFAULT指定该列的默认值 38 例 CREATETABLES SNOCHAR 9 SNCHAR 8 BIRTHDAYDATETIME SEXCHAR 2 DEPTCHAR 20 CREATETABLES SNOCHAR 9 CONSTRAINTS PRIMPRIMARYKEY SNCHAR 8 CONSTRAINTSN CONSNOTNULL BIRTHDAYDATETIMECONSTRAINTAGE CONSNOTNULL SEXCHAR 2 DEFAULT 男 DEPTCHAR 20 CONSTRAINTDEPT CONSNOTNULL 39 修改基本表 作用 新增和修改列及完整性约束语法 ALTERTABLE ADD 完整性约束 ADDCONSTRAINT DROPCOLUMN DROP CONSTRAINT ALTERCOLUMN 完整性约束 40 ADD子句 用于增加新列和完整性约束 例 在S表中增加一个家庭住址列 ALTERTABLESADDADDRESSCHAR 30 注意 使用此方式增加的新列自动填充NULL值 所以不能为增加的新列指定NOTNULL约束 41 ALTER子句 用于修改某些列 注意 使用此方式有以下一些限制 不能改变列名 不能将含有空值的列的定义修改为NOTNULL约束 若列中已有数据 则不能减少列的宽度 也不能改变其数据类型 只能修改NULL NOTNULL约束 其他类型的约束在修改之前必须先将约束删除 然后再重新添加修改过的约束定义 42 例 把S表中的SN列加宽到20个字符 ALTERTABLESALTERCOLUMNSNCHAR 20 DROP子句 用于删除原有的列和完整性约束定义 ALTERTABLEDROPCONSTRAINT 约束名 43 删除基本表 DROPTABLE注意 只能删除自己建立的表 不能删除其他用户所建的表 44 2 SQL数据查询 查询数据是数据库的核心功能 即以一种可读的方式从数据库中提取所需数据 数据查询语句SELECT是SQL语言中功能最强大 用途最广泛的数据操作语句 也是关系运算论在SQL语言中的主要体现 查询的结果仍是一张表 45 语法格式 SELECT ALL DISTINCT FROM WHERE 检索条件 GROUPBY HAVING ORDERBY ASC DESC 46 例4 5查看学生登记表S中所有男同学的学号 姓名和系名 SELECTSNO SN DEPTFROMSWHERESEX 男 SELECT语句分析 SELECT子句 选择表中的全部列或部分列SELECT 目标列表达式 例4 6查询表S中学生的全部信息 SELECT FROMS 47 FROM子句 用于查询所涉及的表FROM 多个表的查询叫多表查询 否则是单表查询 WHERE子句 用于指明查询的条件选择 只有满足查询条件的行才会出现在查询结果中WHERE 表4 14常用运算符 48 比较运算 例4 7在成绩登记表 表4 3 中 查询需补考的学生的学号和课程号 SELECTSNO CNOFROMGWHERESCORE 85 49 确定范围 查询属性值在某范围内的元组例4 9在表G中 查询上课程号为C1的成绩在60 80分的学生的学号和成绩 SELECTSNO SCOREFROMGWHERE CNO C1 AND SCOREBETWEEN60AND80 确定集合 查询属性值属于指定集合的元组例4 10在表G中 查询所上课程的课程号为C1和C3的学号 课程号和成绩 SELECTSNO CNO SCOREFROMGWHERECNOIN C1 C2 50 字符匹配 不完全匹配查询 模糊查询 LIKE属性名必须为字符型 可以包含通配符 例4 11在表S中 查询第二个汉字为 梅 的学生的学号 姓名和系名 SELECTSNO SN DEPTFROMSWHERESNLIKE 梅 51 空值查询 没有值的字段称之为具有空值NULL例4 12查询表G中需补考或缓考的学生的学号和课程号 SELECTSNO CNOFROMGWHERESCORE 60ORSCOREISNULL ORDERBY子句 指定按照一个或多个属性列的升序 ASC 或降序 DESC 重新排列查询结果中的行 其中升序为默认值 例4 13在表G中 查询选修C1课程的学生的学号和成绩 成绩按降序排序 SELECTSNO SCOREFROMGWHERECNO C1 ORDERBYSCOREDESC 52 3 SQL数据更新 用于修改数据表内容的SQL命令有三条 INSERT 向表中添加记录 DELETE 从表中删除记录 UPDATE 修改表中存在的记录 插入数据 将一新行插入到指定表中INSERTINTO VALUES 53 说明 如果属性列表中没有包括该关系中的所有属性 那么在插入的元组数据中为没有包括进来的属性值使用默认值 最常见的默认值是空值NULL 如果INTO子句中没有指明任何列名 则VALUES子句中必须给出表中所有列的值 并且其顺序要和表中列的顺序一样 例4 14在表BookS 表4 4 中 插入一条新图书记录 7 111 7526 12 离散数学 计算机 65 00 机械工业出版社 INSERTINTOBookS ISBN Title BookType Price PressName VALUES 7 111 7526 12 离散数学 计算机 65 00 机械工业出版社 INTOBookS 54 修改数据 UPDATESET WHERE 如果没有WHERE子句 表示要修改指定表中的全部行 值得指出的是 在UPDATE的WHERE子句中也可以嵌入查询语句 修改全部行的数据 例4 15在表BookS中 将所有图书的价格增加10元 UPDATEBookSSETPrice Price 10 00 修改部分行的数据 例4 16在表BookS中 将 计算机网络 这本书的价格调整为50元 UPDATEBookSSETPrice 50 00WHERETitle 计算机网络 55 删除数据 删除满足WHERE子句条件的所有行DELETEFROM WHERE 如果在数据删除语句中省略WHERE子句中 表示删除表中全部行 DELETE只删除表中的数据 不删除表的定义 例4 17在表BookS中删除 王子与贫儿 这本书的记录 DELETEFROMBookSWHERETitle 王子与贫儿 56 练习 设有如下基本表 S Sno Name Sex Age Class 写出实现下列功能的SQL语句 插入一个记录 200510125 刘明 男 18 2005101 插入2005101班 学号为200521216 姓名为李雨同学的记录 查找学号为200502302的学生记录 将所有班号为2004032学生的班号改为2005032 删除学号为200504346的学生记录 删除所有姓张的同学记录 57 4 3 2基本关系运算关系模型的数据库语言具有定义查询更新和控制一体化的特点 分为关系代数和关系演算两大类 1 关系代数 过程化查询语言包括 一个运算集合 输入一个或两个关系 得到一个新的关系 功能 数据检索 插入 删除和修改等 58 集合运算 集合并运算 R S 把两个关系中所有的元组集合在一起 形成一个新的关系 排除掉重复出现的元组 要求 属性个数和类型要相同或者兼容 相同的元组不能重复出现 集合R和S的并运算结果示意图 59 例 假设有关系R S如下表 请计算T R S R S T 60 集合交运算 R S 将两个关系中共有的元组集合在一起 形成一个新的关系 要求 属性个数和类型要相同或者兼容 只在一个关系中出现的元组被删除 集合R和S的交运算结果示意图 61 例 假设有关系R S如下表 请计算T R S R S T 62 集合差运算 R S 如果R S是两个关系 那么S R的结果只包含了在R中而不在S中的元组 要求 属性个数和类型要相同或者兼容 R S与S R的运算结果是不同的 集合R和S的差运算结果示意图 63 例 假设有关系R S如下表 请计算T1 R S T2 S R R S T1 T2 64 选择运算 在关系R中 抽取满足指定的条件C的部分元组 重新集合成一个新的关系 记为 要求 C为条件表达式 与关系R的属性有关 运算结果的关系模式和原有关系R相同 选择运算的运算方式示意图 65 例1 在关系BookR中选择文学类图书例2 选择价格不低于15元的文学类图书 表1BookR 66 投影运算 当对某关系R应用投影运算符时 则产出一个只有指定列的新关系 投射运算表达式 其中 A1 A2 An为选中列的属性名 例 把关系BookR投影到Title和Price两列上 投影运算示意图 67 笛卡儿积运算 关系R与关系S的笛卡儿积记成 R S 说明 若R有m个属性 S有n个属性 则R S是一个具有 m n 个属性的关系 如果在关系R和S中有名称相同的公共属性 需要加以区别 如 BookR Title BookS Title R S元组的前m列是R的一个元组 后n列是S的一个元组 如果R有i个元组 S有j个元组 则R S有 i j 个元组 68 69 例 假设有关系R S如下表 请计算T R S R S T 70 4 4Access数据库管理系统 4 4 1Access概述Access2003是依照关系模型设计数据库 在Access中使用的对象 包括表 查询 报表 窗体 宏 模块和Web页 对象都存放在同一个数据库文件中 mdb文件 71 1 Access的发展1992年 发布Access1 01994年 打包进Office 发布Access2 01995 97年 发布Access95 971999年 发布Access2000 此后 Access2002 2003性能得到极大提高 操作简单明了 逐渐得到用户认同 72 2 Access的特点 完善的管理 强大的数据处理能力 可视性好 与Office无缝连接 实现与Internet的连接 73 3 Access的特点主要数据对象一个数据库由各种数据对象组成 每个数据库文件 mdb 包含多个表及多种对象 包括 表 查询 窗体 报表 数据访问页 宏 模板 74 4 4 2数据库数据库是Access2003最基本的容器对象 表 用于存放数据 窗体 用于查看 更新表内容 查询 用于检索数据 报表 用于形成输出 1 创建数据库 三种方法 利用 向导 创建数据库 直接创建数据库 使用模板创建数据库 75 2 打开数据库 以只读方式打开 以独占方式打开 以独占只读方式打开 76 4 4 3数据表表对象是Access2003中置于数据库容器中的一个二级容器对象 用于存储有关特定实体的数据集合 表是一张满足关系模型的二维表 表中的每一行叫做一个 记录 元组 表中的每一列叫做一个 字段 属性 表中行列交叉处的数据叫做 值 1 Access中字段的数据类型 P148 77 2 创建表的三种方法 使用向导创建表 使用设计器创建表 例p122 通过输入数据创建表3 表的属性设置 表的结构修改 注 在表的结构确定以后 一般不要进行修改 字段标题的设置 注 如果某字段没有设置标题 默认字段名为字段标题 78 字段有效规则 域 的设置 注 有效规则是给字段输入数据时的约束条件 字段的输入 显示格式设置 注 决定了该字段的数据输入和显示的格式 字段输入掩码的设置 注 给字段输入数据时的特定输入格式 设置主关键字 注 主关键字唯一表示一个记录 79 4 编辑数据 在数据库主窗口中 双击表对象 进行数据的添加 修改 删除 4 4 4查询查询是数据库容器中的一个二级容器对象 利用查询可以通过不同的方法来查看 更改以及分析数据 查询可作为窗体和报表的记录源 最常见的查询对象类型是选择查询 80 1 查询的类型 选择查询 用于浏览 检索和统计数据库中的数据 参数查询 以对话框方式提示用户输入查询参数 创建动态的查询结果 例如 可以设计它来提示输入两个日期 然后 Access检索在这两个日期之间的所有记录 交叉表查询 用于对数据表中的某个字段进行汇总 并将其分组 81 操作查询 用于对数据库中的数据的更新 删除 追加和生成新表等维护 SQL查询 使用SQL语句创建的查询2 创建查询 两种方法 在设计视图中创建查询 使用向导创建查询 例 需要说明的是 查询常常建立在多个表的基础之上 82 4 4 5窗体窗体是数据库容器中的一个二级容器对象 提供人机交互的界面 用于输入数据 其包含的对象称为窗体控件 用于数据库的操作界面 1 窗体分类 按显示特性分4类 单页和多页窗体 一种或多种窗体式样连续窗体 一页显示多条记录子窗体 窗体中包含有下一层说明窗体 83 按完成功能分4类 输入 输出 控制 显示信息窗体 2 窗体组成 5节 窗体页眉 出现在第一页的顶部 页面页眉 出现在每张打印页的顶部 主体 位于窗体的中心部分 页面页脚 出现在每张打印页的底部 窗体页脚 位于窗体的底部 84 3 创建窗体 3种方式 在设计视图中创建窗体 使用向导创建窗体 例 自动创建窗体 设置窗体属性 窗体外观 在设计窗口选择 视图 属性 85 4 4 6报表以打印的格式来表现用户的数据 报表对象是Access数据库容器中的二级容器对象 1 报表的功能 打印 显示 计算统计 2 报表中数据 一个或多个表或查询 SQL语句 3 报表的组成 5部分 报表页眉 页面页眉 主体 页面页脚 报表页脚 86 4 创建报表 2种方法 在设计视图中创建报表使用向导创建报表 例 87 4 4 7数据访问页能够访问数据库的网页称为数据访问页 简称页 数据访问页的功能 将Access数据库中的数据通过网页发布到互联网上 通过互联网对数据库数据进行输入 编辑和交互处理 创建数据访问页 2种方法 在设计视图中创建数据访问页 使用向导创建数据访问页 例 88 4 3 4关系数据库管理系统Access Oracle Sybase Informix SQLServer IBMDB2 MySQL FoxPro 89 1 Access2 Oraclea 以高级结构化查询语言SQL为基础b 最流行的客户 服务器结构数据库c 面向Internet计算机环境的数据库d 唯一拥有集成式Web信息管理工具e 特性 高可用性 可伸缩性 高可管理性 高安全性 高集成度等 90 3 Sybase特点 1 基于客户 服务器体系的数据库a 共享资源 多台设备间平衡负载b 允许容纳多个主机的环境2 真正开放的数据库 公开程序接口3 高性能的数据库a 可编程数据库b 事件驱动的触发器c 多线索化 不依靠操作系统管理与数据库的连接 91 4 Informix 可以在多种操作环境下运行5 MicrosoftSQLServer 从小型数据库过渡到可兼顾多种应用 提供默认安装和使用模式 更容易上手使用 6 DB2 IBM公司产品 一种混合型数据库 特点 极大地支持XML数据描述语言 能够处理关系型和XML型数据库的数据 7 MySQL 免费产品特点 不限制同时访问数据库的用户量 可以保存超过5000万条记录 运行速度最快的数据库系统