《Access 2016数据库技术与应用》课件 第1章 数据库基础

第1章数据库基础了解数据库管理技术的发展阶段；了解数据库的三级模式和二级映射功能；了解三种数据模型的优缺点；熟悉E-R模型的相关知识；初步了解数据库设计方法；掌握数据库系统的相关概念；掌握数据模型的三要素；掌握关系数据模型的相关概念；掌握关系运算的常用操作。学习目标：1.21.41.11.3第1章数据库基础数据库系统概述数据模型关系数据库数据库设计1.1数据库系统概述1.1.1数据、信息与数据处理1.1.2数据管理技术的发展1.1.4

数据库系统的三级模式结构1.1.3数据库系统的组成章目录1.1.1数据、信息与数据处理1．信息（Information）

信息是对现实世界中各种事物的存在方式、运动状态或事物间联系形式的反映的综合。例如：“友谊商店的邦宝服装在3月8日打7.5折”“湖南第一师范学院需要招聘2名图书管理员”……

信息是可以被感知和存储的，并且可以被加工、传递和再生。。章目录节目录1.1.1数据、信息与数据处理2．数据（Data）

数据是指保存在存储介质上能够识别的物理符号。也可以说，数据是用来记录信息的可识别的符号，它是信息的具体表现形式。

数据不只是简单的数字，还包括文字、图形、图像、声音、物体的运动状态等。

数据都可以数字化后存入计算机。

章目录节目录1.1.1数据、信息与数据处理

软件中的数据有型（Type）与值(Value)之分：

数据的型表示数据表示的类型，例如字符型、日期型、整型等；

数据的值表示符合给定型的值，例如日期型“2013/10/3”。

同样的信息可以用不同的数据方式来描述。例如：

刘小颖，女，1991年4月5日出生，2010年入学，该学生的学号为201001010102，湖南邵阳人”。

（201001010102，刘小颖，1991-4-5，2010，湖南邵阳）。

数据是信息的符号表示，或称载体；信息是数据的内涵，是数据的语义解释。章目录节目录1.1.1数据、信息与数据处理3．数据处理

数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动，其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息。

数据处理的目的是借助计算机科学地保存和管理复杂的大量的数据，以便用户能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。

可以用一个等式来简单地表示信息、数据与数据处理的关系：信息=数据+数据处理。章目录节目录1.1.2数据管理技术的发展

数据管理技术是对数据进行分类、组织、编码、输入、存储、检索、维护和输出的技术。数据管理技术的发展大致经历了三个阶段:1．人工管理阶段（20世纪50年代中前以前）人工管理阶段的计算机主要用于科学计算。特点:①数据不保存。

②应用程序管理数据。

③数据无独立性。

④数据不能共享。章目录节目录1.1.2数据管理技术的发展2．文件系统阶段（20世纪50年代中期到60年代中期）计算机的应用范围从科学计算扩大到信息管理.特点:①数据可以长期保存在外存储设备上。

②由文件系统管理数据。

③数据共享性差，冗余度大。

④数据独立性差。章目录节目录1.1.2数据管理技术的发展3．数据库系统阶段（20世纪60年代后期至今）应用程序和数据的联系通过数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）来实现。特点:①数据结构化。

②数据的共享性高，冗余度低，易扩充。

③数据独立性高。

④数据的安全性。⑤数据的完整性。章目录节目录1.1.3数据库系统的组成数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统及其开发工具、数据库应用系统、数据库管理人员和用户、硬件平台和软件平台组成。通常将数据库系统简称为数据库。1．数据库将数据按一定的数据模型组织起来，使其具有较小的冗余度、较高的独立性和易扩展性，并可为一定范围内的各种用户共享。这种数据的集合称为数据库（DataBase，DB）。

简而言之，数据库是长期存储在计算机内的有组织的、可共享的数据集合。章目录节目录1.1.3数据库系统的组成2．数据库管理系统数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，DBMS)是指负责数据库存取、维护和管理的系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。

基本功能有：数据定义功能，数据存取功能，数据库的组织，存储和管理，数据库运行管理，数据库的建立和维护，通信功能和数据转换功能等。3．数据库应用系统数据库应用系统（DataBaseApplicationSystem，DBAS）是指用户为了解决某一类信息处理的实际需求而利用数据库系统开发的软件系统，如利用Access开发的图书管理系统、教务管理系统、工资管理系统等。章目录节目录1.1.3数据库系统的组成4．数据库管理员和用户数据库管理员（DataBaseAdministrator，DBA）是专门人员或者管理机构，负责监督和管理数据库系统。

用户是指通过应用程序使用数据库的人员，最终用户无需自己编写应用程序。5．硬件平台和软件平台数据库系统对硬件平台的要求是：计算机要有足够大的内存和外存，有较高的通道能力以保证数据库系统能正常运行。数据库系统的软件主要包括数据库管理系统、操作系统、具有与数据库接口的高级语言及其编译系统、以数据库管理系统为核心的应用开发工具、数据库应用系统。章目录节目录1.1.4数据库系统的三级模式结构数据库系统的数据的高度独立性来自于数据库系统的三级模式结构和二级映像功能。

数据库的三级模式为模式、外模式和内模式，与之对应的是三级模式结构，即全局逻辑结构、局部逻辑结构和物理存储结构。1．模式

模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。它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。模式与具体的应用程序无关，也不涉及到数据的物理存储内容。模式是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。章目录节目录1.1.4数据库系统的三级模式结构2．外模式

外模式又称子模式或用户模式，是用户和程序员看到并使用的局部数据逻辑结构和特征。

不同的用户因其需求不同，看待数据的方式不同，因此不同用户的外模式的描述也不相同，一个数据库有若干个外模式。3．内模式内模式又称存储模式或物理模式，是对数据物理结构和存储方式的描述，也是数据在存储介质上的保存方式。

一个数据库只有一个内模式，是以数据模型为基础的。

在数据库的三级模式中，逻辑模式是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其他层次，所以在设计数据库模式结构时，应首先确定数据库的逻辑模式。章目录节目录1.1.4数据库系统的三级模式结构4．三级模式间的映像数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别。为了实现三个抽象级别的联系和转换，数据库系统在三级模式中提供了两个层次的映像，即“模式/内模式映像”和“外模式/模式映像”。（1）模式/内模式映像模式/内模式映像定义了数据的全局逻辑结构和存储结构的对应关系。保证了程序与数据的物理独立性。（2）外模式/模式映像外模式/模式映像定义了某一个外模式与模式之间的对应关系。保证了数据与程序的逻辑独立性。章目录节目录1.1.4数据库系统的三级模式结构章目录节目录1.2数据模型1.2.1数据模型概述1.2.2概念模型章目录1.2.1数据模型概述章目录节目录

数据模型（DataModel）是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具。数据模型应满足3个方面的要求：一是能够比较真实地模拟现实世界；二是容易被人理解；三是便于在计算机系统中实现。

数据模型由数据结构、数据操作、数据约束3部分组成。（1）数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合。常用的数据结构有3种：层次结构、网状结构和关系结构。这3种结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型、关系模型。（2）数据操作数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。（3）数据约束数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、语义联系，它们之间的制约与依存关系，以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效与相容。1.2.1数据模型概述章目录节目录数据模型按不同的应用层次分成三种类型：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。

概念数据模型（概念模型）:面向客观世界、面向用户的模型.如：E-R模型。

逻辑数据模型（数据模型）：面向数据库系统的模型。如：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。物理数据模型（物理模型）：面向计算机物理表示的模型。1.2.1数据模型概述章目录节目录1．概念模型的基本概念①实体：客观存在并可相互区别的事物称为实体。②属性：实体所具有的某一特性。③域：一个属性的取值范围。④码：唯一标识实体的属性集称为码。⑤实体型：用实体名及其属性名集合来描述和刻画同类实体，称为实体型。⑥实体集：同一类型实体的集合称为实体集。⑦联系：实体之间的关联称为联系。分为实体内部的联系和实体之间的联系。1.2.2概念模型章目录节目录

实体内部的联系通常是组成实体的各属性之间的联系。

实体之间的联系是指不同实体集之间的联系。两实体集之间的联系主要有以下3类。1.2.2概念模型章目录节目录2．实体-联系模型用E-R图来描述现实世界的概念模型，称为实体—联系模型，简称E-R模型。在E-R图中，①：表示实体集，矩形框内写明实体名。②：表示某实体的属性或者实体间联系的属性。③：表示实体集之间的联系。1.2.2概念模型章目录节目录1.2.2概念模型章目录节目录3．三种数据模型常见的数据模型有3种：层次模型、网状模型和关系模型。（1）层次模型

采用树型结构来表示实体及实体间的联系的模型。1.2.2概念模型章目录节目录（2）网状模型以网状结构表示实体与实体之间的联系。1.2.2概念模型章目录节目录（3）关系模型以二维表结构来表示实体以及实体之间的联系1.2.2概念模型章目录节目录1.3关系数据库1.3.1关系数据库的基本术语1.3.2关系的性质1.3.4

关系代数1.3.3关系模型的完整性约束章目录①关系：一个关系就是一张二维表。②属性：表的每一列为一个属性（也称为字段），

如学生表中学号就是一个属性。③元组：表的每一行为一个元组（也称为记录），

它是一组字段的信息的集合。④域：属性的取值范围称为域。

如学生选课表的综合成绩的取值范围是0到100之间的浮点数。1.3.1关系数据库的基本术语章目录节目录⑤关系模式：关系名及关系中的属性集合构成关系模式，一个关系模式对应一个关系的结构。

关系模式的格式为：关系名（属性名1，属性名2，属性名3，…，属性名n）。

例如，班级表的关系模式为：班级（班级名称，专业编号，班级人数，班长姓名）。⑥主关键字：主关键字也叫主键，是唯一标识表中记录的字段或字段的组合。

如学生表中的学号可作为主关键字，它能唯一标识表中的每一条记录，即表中不能有两个相同的学号出现。学生选课表中的学号和课程编号两个字段的组合为主关键字。1.3.1关系数据库的基本术语章目录节目录⑦候选码：如果某个字段的值能唯一标识表中一个记录，这个字段就被称为候选码。一个关系中可能有多个候选码。当然，候选码也可以是多个字段的组合。⑧外部关键字：外部关键字也叫外键，是用来与另一个关系进行联接的字段，且是另一个关系中的主关键字。比如在教学管理系统中，系编号在专业表中是外键，而在院系表中为主键，这是因为专业表和院系表通过系编号字段相关联。1.3.1关系数据库的基本术语章目录节目录

关系是一种规范化的二维表，作为关系的二维表必须满足下列性质：①每一个属性是不可分解的。②每一个关系模式中属性的数据类型以及属性的个数是固定的，并且每个属性必须命名，在同一个关系模式中，属性名必须是不同的。③每一个关系仅仅有一种记录类型，即一种关系模式。④在关系中元组的顺序（即行的顺序）是无关紧要的，即行的次序可以任意交换。⑤在关系中属性的顺序（即列的顺序）是无关紧要的，可以任意交换，但交换时一定是整体交换，属性名和属性值必须作为整列同时交换。⑥元组不可以重复，即在一个关系中任意两个元组不能完全一样。1.3.2关系的性质章目录节目录关系模型中可以有3类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。

在对关系数据库执行插入、删除和修改操作时，必须遵循下述3类完整性规则：①实体完整性规则（entityintegrityrule）：关系中的元组在组成主键的属性上不能有空值。②参照完整性规则（referenceintegrityrule）：外键的值不允许参照不存在的相应表的主键的值，要么外键为空值。③用户定义的完整性规则：用户定义的完整性规则是用户根据具体应用的语义要求，利用DBMS提供的定义和检验这类完整性规则的机制，用户自己定义的完整性规则。1.3.3关系模型的完整性约束章目录节目录

关系代数是以关系为运算对象的一组高级运算的集合。关系的基本运算分为传统的集合运算和专门的关系运算两类。1．传统的集合运算传统的集合运算包括并、交、差、笛卡尔积。（1）并设关系R和关系S都有n个属性，且相应的属性取自同一个域，则关系R与关系S的并是由属于R或属于S的元组组成的集合，表示为R∪S。1.3.4关系代数章目录节目录【例1-1】表1-2和表1-3中给定了两个关系R和S，它们具有相同的属性。R∪S的结果：1.3.4关系代数章目录节目录（2）交设关系R和关系S都有n个属性，且相应的属性取自同一个域，则关系R与关系S的交是由属于R且属于S的元组组成的集合，表示为R∩S.R∩S的结果：1.3.4关系代数章目录节目录（3）差设关系R和关系S都有n个属性，且相应的属性取自同一个域，则关系R与关系S的差是由属于R但不属于S的元组组成的集合，表示为R-S。R-S的结果：1.3.4关系代数章目录节目录（4）笛卡尔积设关系R和S的属性个数分别是r和s，则关系R与关系S的笛卡尔积是一个（r+s）个属性的元组集合，每个元组的前r个属性值来自R的一个元组，后s个属性值来自S的一个元组，记为R×S。若R有m个元组，S有n个元组，则R×S有m×n个元组。R×S的结果：1.3.4关系代数章目录节目录2．专门的关系运算专门的关系运算包括：选择、投影、联接、除等。（1）选择选择运算是从关系中查找出满足条件的元组。其中：条件是逻辑表达式，运算后的结果是条件为真的元组。比如，从学生表中查找姓“王”的学生就属于选择运算。选择运算一般会改变记录的个数，但不改变属性的个数。（2）投影投影运算是从关系模式中指定若干属性构成新的关系。比如，从学生表查询学生情况，查询结果只包含学号和姓名两个属性，这就是投影运算。投影运算不会改变元组的个数，只改变属性的个数，也有可能改变属性的显示顺序。1.3.4关系代数章目录节目录（3）联接联接操作是从笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。在联接运算中，按照字段值对应相等为条件进行的联接操作为等值联接。自然联接是去掉重复属性的等值联接。自然联接是最常用的联接运算。例:

1.3.4关系代数章目录节目录R×S的结果:满足条件B<C的联接结果如表1-10所示:1.3.4关系代数章目录R.ABS.ACDA1101A110385A1101A110170A1101A38390A2201A110385A2201A110170A2201A38390节目录R×S的结果:等值联接(R.A=S.A)的结果如表1-11所示:1.3.4关系代数章目录R.ABS.ACDA1101A110385A1101A110170A1101A38390A2201A110385A2201A110170A2201A38390节目录R×S的结果:自然联接的结果如表1-12所示:1.3.4关系代数章目录R.ABS.ACDA1101A110385A1101A110170A1101A38390A2201A110385A2201A110170A2201A38390节目录1.4数据库设计1.4.1数据库设计概述1.4.2需求分析1.4.4

逻辑结构设计1.4.3概念结构设计章目录1.4.5数据库的物理设计1.4.6

数据库的实施1.4.7数据库的运行与维护

数据库设计是在一定平台制约下，根据信息需求与处理需求设计出性能良好的数据模式。信息需求是指用户数据对象的数据及其结构，它反映了数据库的静态需求;处理需求是指用户对象的行为和动作，它反映了数据库的动态需求。数据库设计方法:

一种是以处理需求为主，兼顾信息需求的面向过程的方法.一种是以信息需求为主，兼顾处理需求的面向数据的方法.(主流)数据库设计一般采用生命周期（lifecycle）法：将数据库应用系统的开发分为以下目标独立的6个阶段：需求分析阶段、概念结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、数据库的物理设计阶段、数据库实现阶段、数据库运行和维护阶段。1.4.1数据库设计概述章目录节目录

需求分析也就是分析用户的需求。需求分析是软件开发中最重要的一个环节，对软件需求的深入理解是软件开发工作获得成功的前提条件。需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。

信息需求是指用户需要从数据库中获得的信息的内容与性质，由此导出在数据库中需要存储哪些数据，也就是数据需求；

处理需求是指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有什么要求；

安全性需求是描述数据库应用系统中不同用户操作数据库的情况，完整性需求定义了数据间的关联以及数据的取值范围要求。1.4.2需求分析章目录节目录需求分析方法：面向对象方法和结构化分析方法（StructuredAnalysis，简称SA方法）。

结构化分析方法的基本思想是把系统自上而下逐步分解，逐步求精，基本原则是抽象与分解。尤其是对于一个大型的应用系统，控制系统的复杂性的基本手段就是分解。结构化分析法实际上是一个建模活动，在分析建模中，核心是数据字典，围绕数据字典有3个子模型，即数据模型、功能模型和行为模型。一般地，数据模型用E-R图来描述，功能模型用数据流图来描述，行为模型用状态转换图来描述。

需求分析的阶段成果：系统需求说明书1.4.2需求分析章目录节目录概念结构设计是整个数据库设计的关键。

概念结构设计的常用工具是E-R图。概念结构设计的主要工作：•确定实体。•确定实体的属性。•确定实体的码。•确定实体间的联系和联系类型。•画出表示概念模型的E-R图。•确定属性之间的依赖关系。1.4.3概念结构设计章目录节目录1.概念设计的策略：①自顶向下。先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。②自底向上。先定义每个局部应用的概念结构，然后按一定的规则把它们集成起来，最后得到全局概念模型。（最常用）③由里向外。先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，直至总体概念结构。④混合策略。将自顶向下和自底向上方法相结合，先用自顶向下方法设计一个概念结构的框架，以它为骨架集成由自底而上策略中设计的每个局部概念结构。1.4.3概念结构设计章目录节目录2．设计步骤：第1步：根据需求分析的结果（数据流图、数据字典等）对现实世界的数据进行抽象，设计各个局部视图即E-R图。第2步：设计全局E-R模型。内容包括将所有局部E-R图集成一个全局E-R图。第3步：优化全局E-R模型。1.4.3概念结构设计章目录节目录教学管理系统的全局E-R图，如图1-8所示：1.4.3概念结构设计章目录教师课程院系专业班级学生有拥课授有拥课选课选有拥有拥有拥mmmmnnnnnnn1111n节目录逻辑结构设计的任务就是把概念设计阶段设计好的E-R图转换成与所选DBMS产品所支持的数据模型相吻合的逻辑结构。将E-R模型向关系模型转换就是要将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式，这种转换的规则包括以下几点。①一个实体型转换为一个关系模式。实体的属性即为关系的属性，实体的码也就是关系的码。②一个m：n联系转换为一个关系模式，与该联系相连的两个实体的码以及联系本身的属性均转换成关系的属性，同时关系的码为两个实体码的组合。1.4.4逻辑结构设计章目录节目录

③一个1：n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。如果转换成一个独立的关系模式，则与该联系相连的两个实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，同时关系的码为n端实体的码。

④一个1：1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的关系模式，则与该联系相连