课件数据库原理及应用.ppt

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1、数据库原理及应用,主讲 : 张玉英 E-MAIL： Tel:15832607281 QQ:542816095 Office:F103,课程简介,课程学时 课程内容 课程性质 考核方式 要求,第1章 数据库基础知识,1.1 数据库基础知识 1.1.1 数据库发展史 1.1.2 数据库的基本概念 1.1.3 数据库系统的特点 1.1.4 数据模型 1.2 关系数据库 1.2.1 关系术语 1.2.2 关系的特点 1.2.3 关系的规范化 1.2.4 关系的完整性规则 1.2.5 关系运算 1.3 数据库设计步骤,第1章 数据库基础知识,1.4 Access 2003数据库系统概述 1.4.1 Ac

2、cess 2003的运行环境 1.4.2 Access 2003的系统结构 1.4.3 Access 2003的特点,第1章 数据库基础知识,概要介绍： 数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的，目前我们所使用的数据库系统大都是关系数据库系统，而Access 2003是目前使用最广泛的关系数据库系统之一。本章通过数据库的发展史、数据库的基本概念、数据模型、关系数据库、数据库系统的设计步骤等，让大家对数据库有个基本的了解，最后介绍Access 2003数据库系统的结构、特点以及其启动方式，为后面各章节中Access数据库的应用做好准备。,1.1 数据库基础知识,随着计算机科学和技术的发展，数据库

3、技术与通信技术、面向对象技术、多媒体技术、人工智能技术、并行计算技术等相互渗透、相互结合，使数据库系统产生了新的发展，成为当代数据库技术发展的主要特征。,1.1.1 数据库发展史,1.1 数据库基础知识,1.1.1 数据库发展史,数据库技术与网络通信技术相结合产生了分布式数据库系统； 数据库技术与面向对象程序设计技术相结合产生了面向对象数据库系统； 数据库技术与多媒体技术相结合产生了多媒体数据库系统； 数据库技术与人工智能技术相结合产生了知识库系统和主动数据库系统； 数据库技术与移动通信技术相结合产生了移动数据库系统； 数据库技术与Web技术相结合产生了Web数据库系统等。,1.1 数据库基础

4、知识,数据（Data）：描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本对象。数据的形式可以是文字、图形、图像、声音等。 数据库（Data Base，DB）：为了实现一定的目的按某种规则组织起来的数据的集合。它不仅包括描述事物的数据本身，而且包括相关事物之间的联系。 数据库应用系统（DataBase Application System，DBAS）：系统开发人员利用数据库系统资源开发的面向某一类实际应用的软件系统。,1.1.2 数据库的基本概念,1.1 数据库基础知识,数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）：位于用户与操作系统之间的，为数据库的建立、使用和维护

5、而配置的数据管理软件，数据库在建立、使用和维护时由数据库管理系统统一管理和控制。其在系统层次中的位置如图1-1所示。,1.1.2 数据库的基本概念,图1-1 数据库系统层次示意图,1.1 数据库基础知识,数据库管理系统的功能主要包括以下6个方面： (1)数据定义：定义构成数据库的结构和有关的约束条件； (2)数据操纵：数据的检索、插入、修改和删除等基本操作； (3)数据库运行管理：对数据库进行并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行及数据库的内部维护等； (4)数据组织、存储和管理：提高存储空间利用率及操作的时间效率； (5)数据库的建立和维护：数据的输入与转换，数据库的转储与恢复、数

6、据库的重组与重构、性能的监视与分析等； (6)数据通信接口：提供与其他软件进行通信的功能。,1.1.2 数据库的基本概念,1.1 数据库基础知识,数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）：在专门的管理机构使用数据库管理系统管理数据库的人员，主要决定数据库中的数据和结构；决定数据库的存储结构和存储策略；保证数据库的完整性和安全性；监控数据库的运行和使用；负责数据库的改造、升级和重组等。 数据库系统（DataBase System，DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由硬件系统、数据库、数据库管理系统及其相关软件、应用系统、数据库管理员和用户组成。,1.1.

7、2 数据库的基本概念,1.1 数据库基础知识,数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据的独立性高 数据由数据库管理系统统一管理和控制,1.1.3 数据库系统的特点,1.1 数据库基础知识,数据模型是数据库系统的核心和基础。 数据模型应满足三方面要求： (1)能比较真实地模拟现实世界；(2)容易为人所理解； (3)便于在计算机上实现。,1.1.4 数据模型,现实世界信息世界机器世界,1.1 数据库基础知识,概念模型也称为信息模型，它是根据人们的需要对现实世界中的事物以及事物之间的联系进行抽象而建立起的模型，是从现实世界过渡到机器世界的中间层。 概念模型的基本术语： 实体：客观存在并可相

8、互区别的事物称为实体。 属性：实体所具有的某一特性称为属性。 实体型：属性值的集合表示一个实体，而属性的集合表示一种实体的类型，称为实体型。 实体集：同一类型的实体集合称为实体集。 域：属性的取值范围称为域。,1.1.4 数据模型,1.1 数据库基础知识,关键字：唯一标识实体的属性或属性组合称为关键字。 联系：实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界中事物之间的相互关联。 1.实体间的联系种类主要描述实体在数量上的联系，包括一对一（1：1）、一对多（1：N）和多对多（M：N）三种。,1.1.4 数据模型,1.1 数据库基础知识,1.1.4 数据模型,1.2.1 实体、属性与联系,2. 联系

9、 实体集（数据表）之间是有联系的 公共属性是联系两个实体集的纽带,3. 实体的联系方式 一对多、多对多、一对一(较少见) 多对多在数据库应用中通过第三个实体实现,1.2.1 实体、属性与联系,概念模型应该能够方便、准确地表示出信息世界中的常用概念，其表示方法很多，其中最为著名的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体联系方法（Entity-Relationship Approach），该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。,1.1 数据库基础知识,1.1.4 数据模型,1.1 数据库基础知识,E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法： 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性：

10、用椭圆形表示，并用无向边连接其与相应的实体型。 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别 连接有关的实体型。,1.1.4 数据模型,图1-2 E-R图示例,1.1 数据库基础知识,数据模型建立的是否科学直接影响着数据库系统的可用性 目前人们使用过的数据模型主要有层次数据模型、网状数据模型和关系数据模型。 层次数据模型 数据库中把满足以下两个条件的数据模型称为层次模型： (1)有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为“根结点” (2)根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。 层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，它是用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。,1.1.4 数据模型

11、,1.1 数据库基础知识,如图1-3所示为学院教师学生之间的层次数据模型。,1.1.4 数据模型,图1-3 层次数据模型示例,1.1 数据库基础知识,网状数据模型 数据库中把满足以下两个条件的数据模型称为网状模型： (1)允许一个以上的结点无双亲结点 (2)一个结点可以有多于一个的双亲结点。,1.1.4 数据模型,图1-4 网状数据模型示例,1.1 数据库基础知识,关系数据模型 关系模型是目前最重要的一种数据模型，20世纪80年代以来的数据库管理系统几乎都支持关系模型，非关系系统的产品也大都加上了关系接口。 关系模型是建立在严格的数学概念基础上的，其概念单一，无论实体还是实体之间的联系都用关系

12、（即表）来表示，每一个关系就是一张二维表，使得描述实体的数据本身能够自然地反映出它们之间的联系。数据模型的数据结构简单、清晰，用户易懂易用，并具有更高的数据独立性和更好的安全保密性。我们将在1.2节结合Access来详细介绍。,1.1.4 数据模型,1.2 关系数据库,关系：一个关系就是一个二维表，每一个关系有一个关系名。其格式为：关系名（属性名1，属性名2，属性名n）。在Access中表示为表结构：表名（字段名1，字段名2，字段名n）。例如学生信息表（学号，姓名，性别，年龄）。 元组：在一个二维表（一个具体关系）中，水平方向的行称为元组，每一行是一个元组。元组对应表中的一个具体记录。例如学生

13、信息表中可以包含多条学生的记录（元组）。 属性：二维表中垂直方向的列称为属性，每一列有一个属性名。在Access表示为字段名。例如学生信息表中包含学生的学号、姓名、性别、出生日期等多个属性。,1.2.1 关系术语,1.2 关系数据库,域：属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的取值所限定的范围。 关键字（主键）：其值能唯一地标识一个元组的属性或属性的组合。关键字的诸属性称为主属性。在学生信息表中，每个学生的学号都不相同，学号就可以作为关键字来唯一标识学生的信息。 外部关键字（外键）：如果表中的一个属性不是本表的关键字，而是另外一个表的关键字，这个属性就称为外关键字。例如在成绩表（学号，课程编号

14、，成绩）中，学号不是其关键字，而是学生信息表的关键字，那学号就是成绩表的外关键字。,1.2.1 关系术语,1.2 关系数据库,在关系模型中，对关系有一定的要求，必须具备以下特点： (1)关系必须规范化。所谓规范化是指关系模型中的每一个关系都必须满足一定的要求，最基本的要求是每个属性都必须是不可分割的数据单元，即表中不能再包含表。 (2)在同一个关系中不能出现相同的属性名，即同一个表中不能有重名的字段。 (3)关系中不允许有所有属性值完全相同的元组，即冗余数据 (4)在一个关系中元组的次序无关紧要。 (5)在一个关系中列的次序也无关紧要。,1.2.2 关系的特点,1.2 关系数据库,第一范式（1

15、NF） 关系中的每一个属性都是不可再分的基本数据项，即属性本身不可再包含其他属性，属性的值也不可包含多个数据。,1.2.3 关系的规范化,第一范式的要求最低，第三范式的要求最高。,1.2 关系数据库,1.2.3 关系的规范化,表1-1 不满足第一范式的“学生信息表”,表1-2 满足第一范式的“学生信息表”,1.2 关系数据库,第二范式（2NF） 满足第一范式，且表中所有非主属性完全依赖于主键。 若在关系R中，两个元组在X属性（组）上的值相等，那么在Y属性（组）上的值必定相等，称X函数确定Y或Y函数依赖于X，记作XY。若关系R中，XY，并且对于X的任何一个真子集X，都有XY，则称Y对X完全函数依

16、赖，否则称为Y对X部分函数依赖。 例如在成绩表（学号，课程编号，课程名称，学分，成绩）关系中，（学号，课程编号）共同作为主键，而课程名称和学分只依赖于课程编号，跟学号无关，即非主属性课程名称和学分不完全依赖于主键（学号，课程编号），该关系不满足第二范式。,1.2.3 关系的规范化,第二范式,表中所有非主键字段完全依赖于主键字段,表中的“名称”字段不依赖于主键“职工号工地编号”,冗余的弊端,冗余： 数据在同一表或不同表中重复出现 弊端： 浪费空间 数据异常 数据不一致 插入异常,第二范式,解决方法：,非主键字段依赖主键“职工号工地编号”,非主键字段依赖主键 “工地编号”,1.2 关系数据库,第三

17、范式（3NF） 满足第二范式的前提下，一个表的所有非主属性均不传递依赖于主键。 若在关系R中，XY（Y不是X的子集），Y X，YZ，那么XZ，称Z对X传递函数依赖。 表1-1 不满足第三范式的“学生信息表”,1.2.3 关系的规范化,第三范式,第三范式：满足第二范式的前提下，一个表的所有非主键字段均不传递依赖于主键 传递依赖：设表中有A(主键)、B、C三个字段，若B依赖于A，而C依赖于B，称字段C传递依赖于主键字段A,第三范式,解决方法,1.2 关系数据库,实体完整性 若属性A是基本关系R的主属性，则A不能取空值。 引申实体完整性，主键不能取重复值。,1.2.4 关系的完整性规则,实体完整性规

18、则,一个表的主键值不能重复，也不能为空 Access中主键字段标示有钥匙图案,主键：“职工号”,主键：“职工号工地编号”,参照完整性 若属性（或属性组）F是基本关系R的外键，它与基本关系S的主键Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于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中某个元组的主键值。,参照完整性规则,“一对多”关系中，“一”表的主键字段必然会出现在“多”表中，成为联系两个表的纽带；“多”表中出现的这个字段被称为外键；“一”表称为该外键的参照表。 参照完整性规则规定：“多”表中的外键值或者为空，或者是“一”表中主键的有效值；外键值

19、可以重复。 Access支持实体完整性规则和参照完整性规则,参照完整性规则,级联更新：当“一”表主键值更新时，对应“多”表中外键字段的所有值将自动更新。 级联删除：如果删除“一”表中某个记录，则与该记录主键字段值相同的外键字段值所在的所有记录也将自动删除。,1.2 关系数据库,用户定义的完整性 实体完整性和参照完整性适用于任何关系数据库系统，它们主要是针对关系的主键和外键取值必须有效而做出的约束。除此之外，不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同，往往还需要一些特殊的约束条件，即用户定义的完整性。用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库系统的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义

20、要求。,1.2.4 关系的完整性规则,1.2 关系数据库,传统的集合运算 并：由属于R或属于S的元组组成的集合。 差：由属于R但不属于S的元组组成的集合，即差运算的结果是从R中去掉S中也有的元组。 交：由既属于R又属于S的元组组成的集合，交运算的结果是R和S的共同元组。,1.2.5 关系运算,1.2 关系数据库,专门的关系运算 选择：从关系中找出满足条件的元组的操作。 投影：从关系中找出需要的属性组成新的关系。 联接：联接是关系的横向结合，按照给定的联接条件，将第一个关系中的所有元组逐个与第二个关系中的所有元组进行联接，生成一个新的关系。,1.2.5 关系运算,按照属性值对应相等的条件进行的联

21、接操作称为等值联接； 将等值联接中的重复属性去掉的联接称为自然联接，它是一种特殊的等值联接，也是最常用的联接。,等值联结、自然联结、自身联结、左外联结、右外联结，这几种联结之间的关系 R表 S表 A B C D B E 1 a 3 2 c 7 2 b 6 3 d 5 3 c 7 1 a 3,1.3 数据库设计步骤,设计原则 为了合理组织数据，应遵循以下基本原则： (1)关系数据库的设计应遵循概念单一化的原则，一个表只描述一个实体或实体间的联系。 (2)避免在表之间出现重复字段。 (3)表中的字段必须是原始数据和基本数据元素，尽量不要包括通过计算的来的“二次数据”或多项数据的组合。 (4)用外部

22、关键字保证有关联的表之间的联系。,1.3 数据库设计步骤,设计步骤 按照规范设计的原则，用Access创建一个良好的数据库一般需要5个步骤： (1)需求分析。确定建立数据库的目的，这有助于确定该数据库中保存哪些信息。 (2)确定需要的表。可以着手将需求信息划分成多个独立的实体，每个实体可以设计为数据库中的一个表。 (3)确定所需字段。确定在每个表中应保存哪些字段，通过对这些字段的显示或计算应能够得到所有需求信息。 (4)确定联系。对每个表进行分析，确定一个表中的数据和其他表中的数据有何联系。 (5)设计求精。对设计进一步分析，查找其中的错误,需要时调整设计。,1.4 Access 2003数据

23、库系统概述,启动Access 2003 (1)单击“开始”“程序”“Microsoft Office”“Microsoft Office Access 2003”。 (2)双击桌面上的Access 2003快捷图标。 (3)在“我的电脑”或“Windows资源管理器”窗口中双击需要打开的Access数据库。 退出Access 2003 (1)用鼠标点击窗口右上角的“关闭”按钮。 (2)选择【文件】菜单下的【退出】命令。 (3)使用快捷键Alt+F4。,1.4.1 Access 2003的运行环境,1.4 Access 2003数据库系统概述,Access 2003的工作界面,1.4.1 Acc

24、ess 2003的运行环境,图1-5 Access 2003的工作界面,1.4 Access 2003数据库系统概述,表：用来存贮数据库的数据，是数据库的基本对象，创建其他几种对象的基础。Access允许一个数据库中包含多个表，通过在表之间建立关系，可以将不同表中的数据联系起来。 查询：对数据库中特定信息的查找。Access中的查询可以对数据库中的一个表或多个表中存储的数据信息进行查找、统计、排序、计算。,1.4.2 Access 2003的系统结构,1.4 Access 2003数据库系统概述,窗体：提供了一种方便的浏览、输入及更改数据的窗口。其数据源可以是表或查询。 报表：将数据库中的数据

25、分类汇总，以便分析。 页：用网页的形式与Access数据库中数据进行联接、查看、修改Access数据库中的数据，它是唯一独立保存的对象。 宏：一系列操作的集合，每个操作都能实现特定的功能。 模块:可编程的功能模块。在Access 2003中，使用其内置的Visual Basic for Application来建立和编辑模块对象，一个模块对象一般是一组相关功能的集合。,1.4.2 Access 2003的系统结构,1.4 Access 2003数据库系统概述,1.4.2 Access 2003的系统结构,图1-6 Access数据库对象之间的关系,1.4 Access 2003数据库系统概述,

26、Access 2003的主要特点如下： (1)易于管理的文件型数据库系统。 (2)广泛地支持各种数据类型。 (3)方便快捷的图形化工具和向导。 (4)与Office中的其他组件高度集成。 (5)提供了大量的内置函数与宏。 (6)功能强大的集成开发环境。 (7)增强的网络功能。,1.4.3 Access 2003的特点,第1章 数据库基础知识,总 结 在应用需求的推动下，在计算机硬件、软件发展的基础上，数据库技术经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。 数据库是为了实现一定的目的按某种规则组织起来的数据的集合。 目前，人们使用过的数据模型主要有层次数据模型、网状数据模型和关系数据模型。

27、 按照需要满足要求程度的高低，范式可以分为第一范式、第二范式和第三范式等。其中第一范式的要求最低，第三范式的要求最高。,第1章 数据库基础知识,总 结 关系模型中有三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中实体完整性和参照完整性是必须满足的，由关系系统自动支持。用户定义的完整性体现了具体应用领域需要遵循的约束条件。 关系运算有两种，一种是传统的集合运算，另一种是专门的关系运算。 Access数据库系统通过各种对象来管理数据。一个完整的Access数据库系统包含七个对象：表、查询、窗体、报表、页、宏和模块。,第1章 数据库基础知识,总 结 Access的各个对象之间并不是互不相干的，其中表是数据库的核心与基础，它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，例如查找、计算、编辑修改等。窗体可以提供一种良好的用户操作界面，通过它可以直接或间接调用宏或模块，并执行查询、打印、预览、计算等功能。,作业,概念和术语 3个数据完整性规则的内容,谢谢,