第1章 数据库系统概述

主讲:司瑞红1.Access数据库程序设计(40学时)

2.Excel函数（20学时）

3.课程设计（15学时）

Access能做什么?Access是关系型数据库管理系统;

Access是Office2003中的一个组件;以Access为例介绍数据库应用系统的开发方法;Access是计算机二级的考试科目;作业提交网址:56

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密码:无Access,OracleVc,Pb,Java

民航售票系统第1章数据库系统概述

1.1信息、数据、数据处理1.2数据库基本概念1.3数据库系统的体系结构1.4数据模型1.5关系数据库1.6关系代数1.1信息、数据、数据处理1.信息(Information)信息是人们对客观世界的物质进行描述的,可以在人们之间进行传递的一些知识.2.数据(data)为了记载信息人们使用了各种各样的物理符号以及他们的总合来表示信息,这些符号及其组合就是数据.

3.

数据处理4.数据处理技术的发展阶段:

人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段分布式数据库系统面向对象数据库系统

指对数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总合是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合1.2数据库基本概念1.数据库（Database，DB）2.数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）

对数据库进行管理、位于用户与数据库之间的一个数据管理软件

DBMS的功能:(1)数据定义功能

它提供了数据定义语言(DataDefinitionLanguage，DDL)对数据库中的数据对象进行定义(2)数据操纵功能

DBMS提供了数据操纵语言(DataManipulationLanguage，DML)来实现对数据库的基本操作，如插入、检索、删除、修改等(3)数据运行管理

数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用等(4)数据库建立和维护功能

它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(5)数据库通信功能

DBMS应提供网络环境的数据通信功能定义：

指引入数据库技术后的整个计算机系统.3.数据库系统（DatabaseSystem，DBS）

数据库;数据库管理系统，它是数据库系统的核心;应用系统;管理和使用DBS的各类人员，可以分为：包括：终端用户（EndUser）又分为操作层、管理层和决策层应用程序员（ApplicationProgrammer）依DBS的功能需求，设计、编写和测试应用系统的程序模块系统分析员(SystemAnalyst)

负责应用系统的需求分析和规范说明，确定系统的基本功能、数据库结构和应用程序的设计、以及软硬件的配置，并组织整个系统的开发。数据库管理员（DadabaseAdministrator，DBA）负责建立、使用和维护数据库①数据低冗余、共享性高；②

数据独立性高；逻辑独立性（2）数据库系统的特点

物理独立性③有统一的数据控制功能。数据的安全性（security）控制数据的完整性(integrity)控制并发（concurrency）控制数据恢复（recovery）

数据的逻辑独立性:

当数据的总体逻辑结构改变时，数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均可确保数据的逻辑独立性。数据的物理独立性:当数据的存储结构改变时,数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。例如，改变存储设备和增加新的存储设备,或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。针对实际问题开发的面向用户的系统,如：民航售票系统财务管理系统银行管理系统4.数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem，DBAS）

数据库:强调的是数据;数据库管理系统:是管理数据库的工具软件;

如：Oracle,Access,SQLServer;数据库系统:强调的则是一个整体系统；数据库应用系统:依实际问题开发的面向用户的系统.四个概念区别:模式外模式内模式1.3数据库系统的体系结构2.内部体系结构(三级模式结构)1.外部体系结构集中式DBS文件服务器式DBS客户/服务器式DBS分布式DBS应用1应用2外模式1应用3应用4外模式2应用5应用6外模式3模式内模式用户级数据库概念级数据库物理级数据库外模式/模式映像模式/内模式映像数据库系统的三级模式结构(1)模式(概念模式或逻辑模式)

是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(例如记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等)，而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。(2)外模式(子模式或用户模式)

它是数据库用户能看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。(3)内模式(存储模式或物理模式)

是数据物理结构和存储结构的描述，是数据在存储介质上的保存方式（如:记录的存储方式是顺序存储、还是按照B树结构存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密等）。一个数据库只有一个内模式。

三个模式反映数据库的三种不同的层面：模式：表示概念级数据库，体现数据库操作的接口层；内模式：表示物理级数据库，体现数据库操作的存储层；外模式：表示用户级数据库，体现数据库操作的用户层。以职工管理数据库为例，说明三级模式和数据库的三种层面。

①职工数据库包含职工基本情况和工资情况，可看作是从物理数据库中抽象出来的概念数据库。

②在数据库中：

要了解“文化程度”是“大专”的职工基本情况,结果如左表；要了解职工的岗位工资情况,结果如右表；把它们看作是用户数据库，是概念数据库的一个个子集。③存储在存储介质上的职工数据库便是物理数据库①外模式／模式映射它定义了外模式与模式之间的对应关系。当模式改变时，由DBA对各个外模式／模式的映象作相应改变，可以使外模式保持不变，从而应用程序不必修改，保证了数据的逻辑独立性。②模式／内模式映射它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当存储结构改变了，由DBA对模式／内模式映象作相应改变，使模式保持不变，从而保证了数据的物理独立性。(4)模式间的映射

三级模式之间的联系是通过二级映射来实现的1.4数据模型模型:是现实世界特征的模拟和抽象，如航模、车模。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。数据模型:分成两个层次,概念模型和实施模型（数据模型）它应满足：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1.4.1基本概念客观对象的抽象过程---两步现实世界中的客观对象抽象为概念模型（信息模型)；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。

现实世界认识抽象信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型转换现实世界认识抽象信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型转换现实世界认识抽象信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型转换现实世界认识抽象信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型转换信息世界概念模型对象实体关系1.4.2概念模型概念模型用于信息世界的建模，是对现实世界的第一层抽象，是数据库设计的有利工具。1、概念模型中的基本概念

(1)实体：客观存在并可相互区别的事物。如一个工厂、一幅画，还可以是抽象的概念，如某人参加的一个讨论，同学的一次选课等。

(2)属性：实体所具有的某方面的特性。一个学生实体可用学号、姓名、性别等属性来描述。属性有“型”和“值”之分：“型”即为属性名，如“姓名”；“值”即为属性的具体内容，如“张三”。(3)键：唯一标识实体的属性或属性集称为键。

如学生的学号可以作为学生实体的键，但学生的姓名有可能有重名，不能作为学生实体的键。

(4)域：属性的取值范围称为该属性的域。

如姓名的域为字符串集合，性别的域为“男”和“女”。(5)实体型：用实体名及属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。

如学生(学号,姓名,年龄,性别,系)就是一个实体型(6)实体集:同类型实体的集合称为实体集。如所有的学生信息就构成实体集。(7)联系

现实世界中:事物内部以及事物之间是有联系的，信息世界中:反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系，而实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。2、两个实体间联系的类型

(1)一对一联系（1:1）设有实体集A和实体集B

对A中每一个实体,在B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称A与B为一对一的联系(1:1)。如班级与班长具有1:1联系。

(2)一对多联系（1:n）

A中的每一个实体，实体集B中有几个实体与之联系，反之，对于B中每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称A与B为一对多联系(1:n)。如班级与学生有1:n联系.(3)多对多联系（m:n）

对A中的每一个实体，在实体集B中有多个实体与之联系，反之,对于B中的每一个实体，在A中也有m个实体与之联系，则称A与B具有多对多联系，记为m:n。

如一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多名学生选修,则学生与课程m:n联系。3、概念模型的表示方法:

实体-联系(Entity-Relationship)方法，即E-R图是最广泛使用的概念模型设计方法。(1)矩形--表示实体型,矩形框内写明实体名(2)椭圆--表示属性,并用连线将其与相应的实体连接起来(3)菱形--表示联系,菱形框内写明联系名，并注明联系的类型（1:1、1:n或m:n）教师管理E-R图编号姓名性别学历职称课程m教师讲授n1系部聘任n聘任时间1.4.3实施模型（数据模型）实施模型是按计算机系统的观点对数据建模，与具体的DBMS有关，侧重于数据和联系的表示或存储方法。分类:层次模型：用“树结构”来表示实体之间的联系；网状模型：是用“图结构”来表示实体之间的联系；关系模型：是用“二维表”来表示实体之间的联系。关系模型建立在严格的数学概念基础上，结构简单、清晰，是数据模型的主流。

区别在于数据结构不同，即实体之间联系的表示方式不同1.5关系数据库1.5.1关系模型和基本术语

1、关系模型关系数据结构

关系操作集合

关系完整性约束

关系模型的数据结构是一张二维表,由行和列组成。

2、基本术语(1)关系(Relation):

一个关系就是一张二维表。(2)元组(Tupple):表中的一行称为元组(记录)，是构成关系的一个实体。

(3)属性(Attribute):表中的一列即为一个属性(字段)，第一行列出的是属性名(字段名)。

(4)域(Domain)：属性的取值范围。

(5)分量(Component)：元组中的一个属性值。

关系模型要满足的规范条件:关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，即不允许表中还有表。(6)关系模式(RelationSchema)：对关系的描述.

表示为：关系名（属性1，属性2，…，属性n）(7)关系数据库：以关系模型为基础创建的数据库称为关系数据库。(8)候选关键字:

关系中的某个属性组(一个或几个属性的集合)，它可以唯一标识一个元组，这个属性组称为候选关键字。(9)主关键字:

一个关系中可能有多个侯选关键字,选定其中一个作为主关键字(主码或主键)。(10)外部关键字:

如果一个属性组不是所在关系的关键字,但是是其他关系的关键字，则该属性组称为外部关键字，也称为外码或外键。(11)主属性:

主码的诸属性称为主属性。1.5.2关系的数学定义

1、域

域是一组具有相同数据类型的值的集合。例如教师职称的集合{助教,讲师,副教授,教授}就是一个域。2、笛卡儿积D1,D2，…,Dn为一组域,那么D1,D2,…,Dn的笛卡儿积为：D1×D2×…×Dn＝{(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n}

其中每一个元素(d1,d2,…,dn)叫做一个n元组,

元组中的每一个值di叫做一个分量。例如设：D1={张三,李四,王五}D2={讲师,教授}则D1×D2={(张三,讲师),(张三,教授),(李四,讲师),(李四,教授),(王五,讲师),(王五,教授)}

笛卡儿积可表示为一张二维表。张三讲师张三教授李四讲师李四教授王五讲师王五教授笛卡儿积D1×D2×…×Dn的任何一个子集称为在域D1,D2,…,Dn上的关系。关系是笛卡儿积的有限子集，所以关系也是一个二维表3、关系定义4、关系的性质关系是一张二维表，但并不是所有的二维表都是关系。关系应具有以下性质：(1)每一列中的分量是同一类型的数据,来自同一个域;(2)不同的列要给予不同的属性名;(3)列的顺序无所谓，即列的次序可以任意交换;(4)任意两个元组不能完全相同;(5)行的顺序无所谓，即行的次序可以任意交换;(6)每一个分量都必须是不可分的数据项。教师编号姓名性别工作时间01张乐男1969-11-1010赵希明女1983-1-2511李小平男1963-5-1912王新女1967-12-31.5.3关系模型的完整性约束

实体完整性和参照完整性统称为关系完整性规则。实体完整性—对主键的约束参照完整性—对外键的约束用户定义完整性1、实体完整性

◆实体完整性规则：

若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。

◆例如学生关系：学生(学号，姓名，性别，班级)

学号是主关键字,不能为空值,也不能有重复值

◆例如学生选课关系：学生选课(学号,课程编号,学年,学期,成绩)(学号,课程编号)共同构成主关键字，因此学号和课程编号都不能为空值，而且学号和课程编号这个整体不能有重复值。2、参照完整性

参照完整性规则：若属性(或属性组)F是基本关系R的外键，它与关系S的主关键字K相对应,则对于关系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中某个元组的主关键字的值。

例:R:学生(学号,姓名,专业号,年龄)S:专业(专业号,专业名)被参照关系外码(F)外码定义:设F是基本关系R的一个或一个属性组,但不是关系R的码,如果F与基本关系S的主码Ks相对应,则F是基本关系R的外码.称R为参照关系,S为被参照关系

3、用户定义的完整性是与应用密切相关的数据完整性的约束.

例如：限定属性的取值范围，学生成绩的取值必须在0~100，性别的取值必须是{男,女}。1.6关系代数关系代数：是一种抽象的查询语言，是关系数据操纵语言的一种传统表达方式，通过对关系的运算来表达查询要求的。关系代数的运算对象是关系，运算结果也是关系。关系代数的分类：传统的集合运算和专门的关系运算。1.6.1传统的集合运算

设R和S均是n元关系(元数相同),且两个关系属性的性质相同。下面以教师A和教师B两个关系为例,来说明传统的集合运算:

并运算、交运算和差运算。教师编号姓名性别工作时间01张乐男1969-11-1010赵希明女1983-1-2511李小平男1963-5-19教师编号姓名性别工作时间11李小平男1963-5-1930沈核男1957-10-1931李龙吟男1990-5-26教师A教师B1、并运算

(R∪S：由属于R或S的元组组成)将两个关系的所有元组组成一个新的关系,若有完全相同的元组,只留一个。教师编号姓名性别工作时间01张乐男1969-11-1010赵希明女1983-1-2511李小平男1963-5-1930沈核男1957-10-1931李龙吟男1990-5-262、交运算(R∩S：由既属于R又属于S的元组组成)将两个关系中公共元组组成一个新的关系。

教师编号姓名性别工作时间11李小平男1963-5-193、差运算(R－S)由属于R,但不属于S的元组组成一个新的关系。教师编号姓名性别工作时间01张乐男1969-11-1010赵希明女1983-1-254、集合的广义笛卡儿积运算设R和S是两个关系,如R是m元关系,有i个元组,S是n元关系,有j个元组,

则笛卡儿积R×S是一个m+n元关系,有i×j个元组。教师编号姓名0302010115张智军0302010129梁宵课程编号课程名称学时01高级语言程序设计6802高等数学7003商务应用60教师编号姓名课程编号课程名称学时302010115张智军01高级语言程序设计68302010115张智军02高等数学70302010115张智军03商务应用60302010129梁宵01高级语言程序设计68302010129梁宵02高等数学70302010129梁宵03商务应用60关系：R关系：SR×S1.6.2专门的关系运算

有4种:选择、投影、连接和除运算。1、选择运算从指定的关系中选择出满足指定条件的元组组成一个新关系，记作：

σ<条件表达式>（R）

其中:σ是选择运算符，R是关系名。例如选出性别为“男”的教师名单,

可记为：σ性别=[男]（教师A）

2、投影运算从关系R中选择出若干属性列组成新关系，记作：

∏A（R）

其中∏是投影运算符，A是被投影