第10章 数据库技术基础

第10章数据库设计基础 数据库的基本概念数据模型关系代数数据库设计与管理Access数据库及其应用 本章重点 数据库基本概念 数据库 数据库管理系统 数据库系统数据模型 E R模型 层次 网状 关系模型关系代数运算 包括集合运算及选择 投影 连接运算Access数据库及其使用 数据库应用系统示例 超市销售系统铁路售票系统图书馆系统银行业务系统学校教学管理系统 问题 日常生活中 数据库技术应用在哪些方面 数据 Data 描述客观事物的物理符号 信息 Information 数据所包含的意义 加工处理后的数据 数据处理 DataProcessing 活动总和 收集 存储 加工 传播 数据库 Database DB 数据库管理系统 DatabaseManagementSystem DBMS 它是系统软件 数据库管理员 DatabaseAdministrator DBA 数据库系统 DatabaseSystem DBS 管理数据库 如故障恢复 由5部分组成 数据库 DB 数据库管理系统 DBMS 数据库管理员 DBA 应用程序 用户 10 1数据库的基本概念 结构化的数据集合 是长期存储在计算机内的有组织的 可共享的数据的集合 数据库中的数据按一定的数据模型组织 描述和存储 且具有一小三性的特点 冗余度小 共享性 独立性 完整性 1 数据库系统的基本概念 包括10 1 2中的概念 长沙 明天阵雨 10 14 10 1 1数据库管理技术 位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件 负责数据组织 操纵 维护 控制 保护和数据服务 是数据库系统的核心 信息是经过加工的数据 是对决策者有用的数据 数据处理 对各种形式的数据进行收集 存储 加工和传播的一系列活动的总和 数据库系统的组成 用户 用户 2 数据管理技术的发展 随计算机硬件 软件 应用范围的发展而发展 从保存 管理 特点 共享性 独立性 冗余性 一致性 3个方面进行比较 应用程序和数据之间的对应关系 人工管理阶段 程序中要用到的数据直接写在程序代码里 或即输即用 数据无共享 不具备独立性 文件系统阶段 应用程序和数据之间的对应关系 特点 数据可以长期保存有专门的软件即文件系统对数据进行管理数据共享性差 数据冗余大 容易造成数据不一致数据的独立性低 数据库系统阶段 应用程序和数据之间的对应关系 特点 1 数据结构化 按一定的数据模型组织 2 高共享性和低冗余性共享是数据库追求的目标 减少了数据冗余3 独立性 有物理独立性和逻辑独立性 是数据独立性最高的阶段 4 数据的统一管理与控制完整性 关系数据库三个完整性约束条件 实体 参照 用户自定义完整性 安全性 并发控制检查 数据库不仅描述数据本身 而且还描述数据之间的联系 数据库系统从整个系统的角度描述数据 使得同一组记录可以被多个应用程序共享使用 从而降低冗余 指数据和应用程序之间彼此独立 不存在相互依赖的关系 2 数据库系统的基本功能 数据定义功能 数据定义语言DDL DataDefinitionLanguage 数据库 表 索引 数据操纵功能 数据操纵语言DML DataManipulationLanguage 为用户和数据库系统提供接口的语言 查询 插入 删除 修改 数据库运行控制功能 并发控制 安全性检查 完整性约束条件 数据库内部维护 数据库的建立和维护功能 输入转换 转储 恢复 重组织等功能 10 1 2数据库系统 1 数据库系统的组成 如前所述5部分 3 数据库系统的基本特点 数据的结构化 与文件系统的根本区别 数据的高共享性和低冗余性 避免数据的不相容性和不一致性 节约存储空间 数据的独立性高 数据库系统的两级映像 使数据具有物理独立性和逻辑独立性 数据的统一管理与控制 完整性检查 数据的安全性检查和并发控制 存储模式 是数据在数据库内部的表示 是物理结构和存储结构的描述 概念模式 内模式映像 外模式 概念模式映像 保证物理独立性 保证逻辑独立性 子模式 用户模式 是概念模式的逻辑子集 也称子模式或用户模式 用户用到的那部分数据的逻辑表示 单个用户视图 有多个外模式 模式 是数据库中全部数据整体逻辑结构的表示 公共数据视图 只有一个 单个用户的数据视图 全局 公共数据视图 物理存储数据视图 存储模式 是数据在数据库内部的表示 是物理结构和存储结构的描述 4 数据库系统的内部结构体系 三级模式二级映射 对概念模式的修改尽量不影响外模式 当然对于应用程序的影响就更小 对内模式的修改尽量不影响概念模式 当然对于外模式和应用程序的影响更小 10 2数据模型 计算机不能直接处理现实世界中的具体事物 人们必须把它转换为计算机能够处理的数据 因此用数据模型这个工具来抽象 表示和处理显示世界中的数据和信息 模型分类 概念模型 信息世界的数据模型 设计数据库时与用户交流时使用 常用的是E R模型数据模型 用户从数据库能看到的模型 常用的有层次 网状 关系模型 3类型 其中层次和网状又称为非关系型 10 2 1概念模型 几个概念实体 现实世界客观存在 可以相互区别的事物 如一个教师 属性与域 实体特征的描述 如教师的编号 姓名等 属性的取值范围称为域 如性别为 男 或 女 月份为1 12等 关键字 唯一标识实体的属性集称为关键字 也称码 如教师编号 学生学号 实体型实体名与其属性名的集合共同构成实体型 例如 学生 学号 姓名 年龄 性别 院系 年级 就构成一个实体型 实体间的联系实体之间的相互关系 3种 一对一 1 1 学校和校长 一对多 1 n 学校和学生 多对多 m n 读者和图书 现实世界到机器世界的一个中间层次 飞机和座位 学生和课程 车间和职工之间的联系 E R模型 定义 直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联系 然后用E R Entity Relationship 图表示 表示 实体 联系 属性 常用的三种逻辑数据模型 层次 网状和关系 层次模型将现实世界中的实体抽象成一种自上而下的关系 用树型结构表示 如学校的组织情况 数据模型 datamodel 是表示实体类型及实体之间联系的模型 网状模型如教师 学生 开设课程问题 特点 1 关键码导航 2 数据库操作简单 SQL结构化查询语言 Alter Create Update Insert 必须进行查询优化 3 有坚实的理论基础 关系模型表达数据之间关联性的最常用和最直观的方法是制作格式各样的表格 即二维表 每一个二维表称为一个关系 元组 不能重复 字段 是不可再分的最小数据项 10 3关系代数 关系代数 是一种抽象的查询语 它是用对关系的运算来表达查询的 两类运算 集合运算 并 差 交 广义笛卡尔积 从行的角度进行 关系运算 选择 投影 连接 从行 列的角度进行 传统的集合运算 并 Union 由属于R或S的元组组成 去掉重复记录差 Difference 由属于R不属于S的元组组成交 Intersection 由属于R且属于S的元组组成广义笛卡尔积是一个 n m 列的元组的集合 关系R和S及其三种传统的集合运算 如下图 关系R 关系S R S R S R S 专门的关系运算 选择运算 选取满足一定条件的元组子集 行 记做 如 性别 女 R 投影 Projection 运算 选取所需要的列组成一个新关系 列 记做 A R t A t R 如 姓名 班级 R 专门的关系运算 专门的关系运算 连接 Join 运算 选取属性间满足一定连接条件的元组集合自然连接 同名属性值相等的连接 并去掉重复属性 行 列 C 3 2 8 10 3 3关系的完整性约束 实体完整性参照完整性用户定义完整性 关系完整性是为保证数据库中数据的正确性 有效性和相容性 对关系模型提出的某种约束条件或规则 1 记录中关键字的字段不能为空2 关键字字段值唯一 不引用不存在的实体 如选课表和学生表通过学号建立联系 选课表中的学号必须是学生表中存在的学号 记录 字段有效性约束 如得分等级只取A B C D E的值 10 4数据库设计与管理 数据库及其应用系统的设计步骤 需求分析概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计数据库实施数据库运行和维护 对系统的整个应用情况进行全面 详细的调查 确定用户需求 信息 处理 安全完整性需求 用户需求抽象为概念模型E R图 将E R图转换为关系模型 其中实体和联系都可以表示成关系 关系模型在实际物理设备上的存储结构和存取方法 DDL和程序将逻辑设计 物理设计实现 故障排除 备份 恢复 安全性 完整性等 由DBA完成 10 5Access数据库及应用 与Word Excel PowerPoint一样 作为MicrosoftOffice套件之一的Access也是一种运行于Windows平台上的关系数据库管理系统 它直观 易用且功能强大 是目前最受欢迎的PC数据库管理软件 记录 字段 表 实体集 即同一类实体 记录 行 一个具体的实体 字段 列 实体的属性表的结构 表头 实体型 关系数据库 表结构 实体名与属性名的集合 如学生 学号 姓名 性别 党员 院系 出生年月 助学金 照片 10 5 1Access数据库概述 Access软件保存的文件扩展名是 mdb 启动 像启动word一样从开始 程序中启动 工作环境 主窗口及数据库窗口 对象创建方法和已有对象列表 数据库窗口 数据库对象栏 主窗口 表是数据库的核心与基础 存放着数据库中的全部数据信息 报表 查询和窗体都是从数据表中获得数据信息 以实现用户某一特定的需要 10 5 2创建Access数据库 建立数据库的两种途径 数据库向导自行创建空数据库 数据库中数据的组织关系数据的组织层次表的结构字段 记录 值 主关键字表之间的关系 学生管理数据库各表之间的关系 数据库的设计确定新建数据库所要完成的目的确定新建数据库所需要的表确定各个表中所需要的字段定义有唯一值的主关键字字段确定表之间的关系优化设计 10 5 3在Access数据库中创建表 分两步 1 创建表结构2 向表中输入数据 在表 设计 视图中 可以从头开始创建整个表 或添加 删除 或自定义已有表中的字段 举例 字段类型 文本不超过255个字符备注不超过64000个字符数字不能存储字母日期 时间 8B 可设置为不同形式货币 8B 带4位小数是 否 1B 只有两种选择OLE对象可存储图片 声音等 最大1G 建立数据表之间的关联 共同的字段关联了两个表 这样MicrosoftAccess就可以将来自两个表中的数据组合在一起 以便进行查看 编辑或打印 建立表之间关联的步骤 在显示对象列表的状态下 选择表对象在主窗口的工具栏里单击 关系 按钮在 关系 窗口的工具栏里单击 显示表 按钮在 显示表 对话框里选择要建立关系的表关闭 显示表 对话框在 关系 窗口中连接相关字段关闭 关系 窗口 10 5 4数据表的维护与操作 维护表维护表结构插入新的字段修改字段名称和字段属性删除字段维护表内容向表中添加记录删除表中记录修改数据美化表外观 在表中查找和替换数据通过记录定位器查找记录通过 查找和替换 对话框查找 替换 查询对象查询对象是用来对表中数据进行加工并输出信息的数据库对象创建查询对象在设计视图中创建查询使用向导创建查询 10 5 5创建查询对象 用设计器创建查询对象 打开查询设计器窗口如图双击图中 在设计视图中创建查询 然后依次进行随后的操作在 显示表 列表框中选择相应的表或查询选择用于查询的字段设定选择记录的准则保存查询对象 10 5 6Excel与Access的数据交换 导入Excel表中的数据 启动Access 打开数据库窗口在主窗口菜单上单击 文件 获取外部数据 导入 命令 如