第1章-数据库应用基础知识

第1章数据库应用基础知识数据库的基本概念1关系数据库2数据库设计的步骤3Access简介421.1数据库的基本概念1数据和数据管理2数据管理技术发展3数据库系统4数据模型31.1.1数据和数据管理信息：指现实世界中事物的存在方式或运动状态的反映。数据：是描述现实世界事物的符号记录形式，是利用物理符号记录下来的可以识别的内容。1信息和数据一是描述事物特性的数据内容二是存储在某一种媒体上的数据形式41.1.1数据和数据管理物理符号包括：数字、文字、图形、图像、声音、其它特殊符号。信息和数据的关系数据是信息的符号表示或载体信息是数据的内涵，是对数据的语义解释1信息和数据51.1.1数据和数据管理数据管理包括对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传输等活动。数据类型1.临时性数据：与程序仅有短时间的交互关系，随着程序的结束而消亡，存放于内存。2.持久性数据：对系统起着长期的作用，并且长期存放于外存。2数据管理61.1.2数据管理技术的发展数据管理技术的发展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阶段面向对象数据库系统阶段71.1.2数据管理技术的发展时间：20世纪50年代以前硬件：卡片、纸带和磁带软件：无系统软件和管理数据的软件1人工管理阶段81.1.2数据管理技术的发展主要特点1.程序间不能共享数据；2.程序复杂；3.数据量小且无法长期保存；4.数据重复输入量大。1人工管理阶段91.1.2数据管理技术的发展时间：20世纪50年代后期至60年代中期硬件：磁鼓和磁盘等直接存取设备软件：有操作系统和文件系统2文件管理阶段101.1.2数据管理技术的发展主要特点1.程序间可以共享数据；2.程序代码有所简化；3.数据冗余度大；4.程序对数据依赖性较强；5.专业性较强。2文件管理阶段111.1.2数据管理技术的发展时间：20世纪60年代后期至70年代后期外存：大容量磁盘软件：出现许多数据库管理系统3数据库系统阶段121.1.2数据管理技术的发展主要特点1.数据集中式管理，高度共享；2.数据结构化并与程序分离；3.数据冗余度小，并具有一定的一致性和完整性等特点。3数据库系统阶段131.1.2数据管理技术的发展主要特点1.具有很强的可靠性和可用性；2.强大数据共享和并发控制能力；3.数据一致性和安全性控制措施更加完善。4分布式数据库系统阶段20世纪70年代后，数据库技术与网络技术的结合产生了分布式数据库系统。141.1.2数据管理技术的发展主要特点1.采用面向对象的观点来描述实体；2.能够自然地存储数据及其关系；3.管理效率高、使用复杂性低。5面向对象数据库系统阶段20世纪80年代，数据库技术与面向对象技术的结合产生了面向对象数据库系统。151.1.3数据库系统数据库系统指带有数据库并利用数据库技术进行数据管理的计算机系统，可以实现有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和信息资源共享服务。数据库(Database,简称DB)是数据的集合，并按照特定的组织方式将数据保存在存储介质上，同时可以被各种用户所共享。1数据库161.1.3数据库系统1.数据库：数据库系统的数据源。2数据库系统的组成2.数据库管理系统：数据库系统的核心，是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、操纵、维护、控制、保护和数据服务等。数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的数据管理软件。171.1.3数据库系统3.硬件：支持系统运行的计算机硬件设备。4.软件：包括操作系统和数据库系统开发工具等。5.数据库管理员：对数据库的规划、设计、维护等进行管理的人员，一般要具有较高的数据库技术和较好的人际交往能力。2数据库系统的组成181.1.3数据库系统是用于建立、维护和管理数据库的系统软件，它提供数据安全性和完整性的控制机制，具有完备数据库操作命令体系；可在交互方式下管理和访问(存取)数据库，也可利用开发工具开发数据库管理系统。DataBaseManagementSystem,DBMS数据库管理系统3191.1.3数据库系统1.数据定义利用DBMS数据定义语言(DataDefinitionLanguage,DDL)可以定义数据库、数据库表、视图和索引等数据库中的相关信息。数据库管理系统管理的对象主要是数据库，其功能包括:数据库管理系统3201.1.3数据库系统2.数据操纵通过DBMS数据操纵语言(DataManipulationLanguage,DML)可以对数据库中的数据进行插入、修改和删除。3.数据查询通过数据查询语言(DataQueryLanguage,DQL)可以对数据进行查询、排序、汇总和表连接等操作。数据库管理系统3211.1.3数据库系统4.数据库运行管理和控制包括并发控制、安全性检查、完整性约束条件检查和执行、数据库内部资料自动维护等。5.数据维护主要包括数据更新和转换，数据库转存和恢复，数据库重新组织、结构维护和性能监视等。数据库管理系统3221.1.3数据库系统6.数据组织、存储和管理DBMS要对数据字典、用户数据和存取路径等信息进行分类组织、存储和管理。7.数据通信提供与操作系统的联机处理、分时处理和远程作业传输接口。数据库管理系统323数据库系统的内部结构体系1.1.3数据库系统应用应用应用外模式(用户数据库)外模式(用户数据库)外模式(用户数据库)内模式(物理数据库)概念模式(概念数据库)数据库外模式-概念模式映射概念模式-内模式映射三级模式分别是概念级模式、内部级模式与外部级模式，二级映射分别是概念到内部以及外部到概念的映射。数据库系统在其内部具有三级模式及二级映射。是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是一种抽象描述，不涉及具体的硬件和软件环境。也称子模式或用户模式，由概念模式推导而出，一个概念模式可以有若干个外模式，每个用户只对应与他有关的模式。又称物理模式，它给出数据库物理存储结构与存取方法，对一般用户是透明的。4241数据模型的基本概念1.1.4数据模型数据库中的数据模型可以将复杂的现实世界反映到计算机数据库中的物理世界，这种反映是一个逐步转化的过程，它分为两个阶段：由现实世界开始，经历信息世界而至计算机世界，从而完成整个转化。现实世界：用户为了某种需要，需将现实世界中的部分需求用数据库实现，这样，我们所见到的是客观世界中的划定边界的一个部分环境，称为现实世界。信息世界：通过抽象对现实世界进行数据库级上的刻画所构成的逻辑模型叫信息世界。计算机世界：在信息世界基础上致力于其在计算机物理结构上的描述，从而形成的物理模型叫计算机世界。251数据模型的基本概念1.1.4数据模型数据是现实世界符号的抽象，而数据模型是数据特征的抽象，它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表示与操作提供一个抽象的框架。数据模型所描述的内容有三个部分，分别是:数据结构：是所研究的对象类型的集合，它用于描述系统的静态特性。数据操作：是数据库中各种对象允许执行的操作的集合，它用于描述系统的动态特性。数据的约束条件：是一组完整性规则的集合，以保证数据的正确、有效和相容。261数据模型的基本概念1.1.4数据模型数据模型分为概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三类：概念数据模型：简称概念模型，是对客观世界复杂事物的结构描述及它们之间的内在联系的刻画。概念模型主要有：E-R模型(实体联系模型)、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型等。逻辑数据模型：又称数据模型，是一种面向数据库系统的模型，该模型着重于在数据库系统一级的实现。逻辑数据模型主要有：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：又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型，此模型给出了数据模型在计算机上物理结构的表示。27现实世界中的事物，客观存在且相互区别，凡有共性的实体可组成一个集合为实体集。如小李、小王是实体，他们又均是学生而组成一个实体集.实体实体属性事物的特性，可以用属性来表示。联系现实世界中事物间的关联，实体集的关联有一对一、一对多、多对多的联系。2E-R模型(entity-relationshipmodel)1.1.4数据模型281.1.4数据模型2E-R模型(entity-relationshipmodel)E-R模型的图示法：1）实体集：用矩形表示。2）属性：用椭圆形表示。3）联系：用菱形表示。4）实体集与属性间的联接关系：用无向线段表示。5）实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示。MN学生课程选课学号姓名性别出生年月系课号课程名学分成绩选修时间29“树”中结点——实体类型结点间线段——实体类型间联系是通过树型结构表示实体及其实体之间联系的数据模型。E-R模型是用于描述实体及其实体之间联系的方法，属于概念数据模型，而逻辑数据模型有以下三种：3层次模型1.1.4数据模型30特点：最早发展起来的数据库模型，自顶向下、层次分明。3层次模型学校学院图层次模型示例科研项目固定资产学生职工车辆办公用品实验仪器1.1.4数据模型31通过网状结构表示实体及其实体之间联系的数据模型。“网”中结点——实体类型结点间线段——实体类型间联系4网状模型1.1.4数据模型32出版社科研机构作者图书读者图网状模型示例特点：出现略晚于层次模型，从图论观点来看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图，在结构上较层次模型好，不需要满足严格的条件。4网状模型1.1.4数据模型33通过二维表结构表示实体及其实体之间联系的数据模型，用二维表来表示实体类型，表中一行数据描述一个实体。一张二维表——一种实体类型表中的一行——一个实体表中的一行也叫做一个元组，一个元组是由多个元组分量所组成，每个元组分量是表中每个属性的投影值。5关系模型1.1.4数据模型34关系模型：民族编码名称01021011汉族满族朝族蒙古族编码名称类别101102201202301数学电子学法学新闻学英语理科理科文科文科文科学号姓名性别民族编码出生日期专业编码0310101031010203111010301201李大明张晓光韩雪王宇鹏男男女女020110011985/05/041986/06/011985/01/121985/10/01101101301202关系模型：专业关系模型：学生1.1.4数据模型356关系模型的特点1.1.4数据模型每一个分量必须是不可分的数据项。每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域。不同的列可以来源于同一个域，称其中的每一列为一个属性，不同的属性要有不同的属性名。列的次序可以任意交换。任意两个元组不能完全相同。行的顺序可以任意交换。1.2关系数据库1关系模型2关系运算371.2.1关系模型关系一个关系就是一张二维表，表是属性及属性值的集合。表中每一列称为一个属性（字段），每列都有属性名，为列名或字段名。表示各个属性的取值范围。指表中的一行数据，也称为记录。一个元组对应一个实体，每张表中可以含多个元组。属性域元组1关系模型中常用术语381.2.1关系模型属性值表中行和列的交叉位置对应某个属性的值。是关系名及其所有属性的集合，一个关系模式对应一张表结构。关系模式的格式：关系名（属性1，属性2，属性3,…,属性n)关系模式1关系模型中常用术语391.2.1关系模型候选键在一个关系中，由一个或多个属性组成，其值能唯一地标识一个元组。1关系模型中常用术语主关键字一个表中可能有多个候选键，通常用户仅选用一个候选键，称为主关键字。401.2.1关系模型如果一个关系R的一组属性F不是关系R的候选键，如果F与某关系S的主键相对应（对应属性含义相同），则F是关系R的外部关键字，简称外键。外部关键字例如学生选课表(编号，学号,教室编号,星期,课节)教室表(编号，地点)1关系模型中常用术语411.2.1关系模型主表和从表主表和从表是指通过外键相关联的两个表，其中以外键为主键的表称为主表，外键所在的表称为从表。以上术语和前面的其他概念的对应关系如表1.1所示。现实世界关系模型数据库文件实体元组记录实体集关系数据库文件或数据表文件实体属性属性字段1关系模型中常用术语421.2.2关系