第1章 数据库技术基础1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,第,1,章 数据库技术基础,学习目标,通过本章的学习，应该掌握,（,1,）数据库、数据库管理系统和数据库应用系统的基本概念,（,2,）关系型数据库的相关知识。,（,3,）,Access,系统的特点,（,4,）,Access,系统的组成和主要功能。,主要内容,1.1,数据库的基本概念,1.2,关系型数据库的基本概念,1.3 ACCESS,系统概述,1,1,数据库的基本概念,信息在现代社会中所起的作用越来越大，信息系统越来越突显出重要性，数据库技术作为信息系统的核心技术和基础也更加受到人们的关注。数据库系统已融入人们的日常生活和工作中，扮演着相当重要的角色。,人们在信息管理中，积累了大量的信息，如商品销售情况、学生成绩、职工工资等信息，这些信息都需要长期保存，必要时需要对信息进行查询、汇总和统计。应用数据库技术可以很容易地将这些信息存储并加以处理。,1.1.1,一个案例及分析,1,问题的提出,在高等院校中，教学管理是教育管理者的一个重要的工作。教学工作包括：教师教学、学生学习。,教师的工作包括：备课、授课、批改作业、答疑解惑、考试出题、登录成绩等。,学生的工作包括上课、选课、提交作业、考试等。,这些工作涉及大量的信息，主要包括学生信息、教师信息、授课信息、选课信息、成绩信息等。,例如，,选课环节：学生选课、教师授课、课程安排。,学生：查询个人信息、课程安排、选课情况、考试成绩等,教师：查询个人授课安排、他人授课安排、学生课表、成绩统计等。,教学管理信息化的作用：,（,1,）长期保存信息,（,2,）为教师学生提供查询信息平台。,实现教学管理信息化的技术手段就是使用数据库技术。首先将需要的信息保存到计算机中，以数据库的形式存放，然后实现系统的功能设计，数据库和功能模块构成一个完整的数据库应用系统。作为用户的学生和教师通过教学管理系统即可以进行各种信息的查询。,2,数据库应用系统设计的步骤,一般来说，数据库应用系统开发要经过四个阶段：系统分析、系统设计、系统实施和系统维护。,（,1,）系统分析阶段,在数据库应用系统开发的分析阶段，明确数据库应用系统的总体需求目标是最重要的内容。作为系统开发者，要明确为谁开发数据库应用系统，由谁来使用数据库应用系统，由于使用者的角度不同，数据库应用系统的目标是不一样的。,在教学管理系统中，该系统的使用对象包括学生、教师和教学管理人员，数据库管理系统所管理的信息应该包括学生情况、教师情况、教学计划、教学任务安排、学生选课、考核考试等。,（,2,）系统设计阶段,在数据库应用系统开发设计阶段确立的总体目标的基础上，就可以进行数据库应用系统开发的功能设计和数据库设计了。,功能设计包括功能组成以及各功能模块的调用关系等内容。根据系统分析阶段所确定的总体目标确定数据库应用系统所具有的功能，明确各功能模块所承担的任务以及各模块之间的关系。系统功能通常用功能结构图表示，教学管理系统的功能结构如图,1-1,所示。,学生选课管理系统,院系管理,学生档案,选课管理,成绩管理,系统管理,教师档案,课程管理,基本资料,图,1-1,教学管理系统的功能结构如图,（,3,）系统实施阶段,在数据库应用系统开发的实施阶段，主要任务是按系统的功能模块的设计方案，具体实施系统的逐级控制和各模块的建立，从而形成一个完整的应用开发系统。,设计数据库应用系统时，要选择合适的系统开发工具，要做到每一个模块易维护、易修改，并使每一个功能模块尽量简单，使模块间的接口数目尽可能少。,（,4,）系统维护,数据库应用系统建立后，就进入了调试和维护阶段。在数据库应用系统开发的维护阶段，要修正数据库应用系统的缺陷。在应用系统开发的测试阶段，不仅要通过测试工具检查和调试数据库应用系统，还要通过模拟实际操作或实际验证应用系统，若出现错误或不适当的地方要及时加以修正。,1.1.2,数据库的相关概念,1,数据、信息和数据处理的概念,数据（,Data,）是指存储在某一种介质上的能够被识别的物理信号，用来表示各种信息，可以描述事物的特征、特点和属性。,数据：数字、文字和其他字符、图形、图像、动画和声音。,例如：学生的信息可以用学号、姓名、性别、出生日期、家庭住址、成绩及照片等来描述。其中，,学号、姓名、性别：字符串；,成绩：数值,照片：图像，,因此，不同的信息用不同类型的数据来表示。,信息（,information,）是经过加工处理的有用的数据，数据经过提炼、处理和抽象变成有用的数据才成为信息。,信息以数据的形式表示，信息通过数据记录可以实现载体传递，并实现存储、加工、传播、再生和增值。,数据处理是指利用计算机对各种类型的数据进行加工处理，它包括对数据的采集、整理、排序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列操作过程。,数据处理的目的是从大量原始数据中，获得所需要的资料、提取有用的数据成分，作为行为和决策的依据。,2,数据库、数据库系统、数据库管理系统和数据库应用系统的概念,数据库（,Data Base,）：,可理解为存放数据的仓库，它是指按照一定的组织结构存储在计算机存储介质上的各种信息的集合，并可被应用程序所共享。,数据库的作用：,描述数据，反映事物间的联系。,数据库的特点：,数据具有较小数据冗余,较高的数据独立性和可扩展性,为各种合法用户共享。,数据库管理系统（,Data Base Management System,，简称,DBMS,）,：是位于用户与操作系统之间的一个数据库管理软件。,数据库管理系统主要有以下功能：,（,1,）数据定义功能 通过数据定义语言对数据库中的数据对象进行定义。,（,2,）数据操纵功能 使用数据操纵语言操纵数据，如查询、插入、删除和修改。,（,3,）数据库的运行管理功能 数据库在建立、运行和维护时由数据库管理系统统一管理和控制。,（,4,）数据库的建立和维护功能 它包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能等。,数据库应用系统：,是指系统开发人员利用数据库系统资源开发出来的，面向某一类实际应用的应用软件系统。,例如：教学管理系统、财务管理系统，人事管理系统等等。,数据库系统（,DataBase,System,，简称,DBS,）,：引入了数据库的计算机系统，它一般由支持数据库的硬件环境，数据库软件支持环境、数据库、开发、使用和管理数据库应用系统的人员组成。,（,1,）硬件环境,硬件环境是运行数据库系统的设备环境，包括,CPU,、内存、外存及输入,/,输出设备。,（,2,）软件环境,软件环境包括系统软件和应用软件两类。系统软件主要包括操作系统软件、数据库管理系统软件、开发应用系统的高级语言及编译系统、应用系统开发的工具等。,（,3,）数据库,它是数据库系统的核心，是数据库系统的主体构成，是数据库系统的管理对象，是为用户提供数据的信息源。,（,4,）人员,数据库系统的人员是指管理、开发和使用数据库系统的全部人员，主要包括数据库管理员、系统分析员、应用程序员和用户。,1.1.3,数据模型,数据模型是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具，是反映客观事物及客观事物之间联系的数据组织的结构和形式。,在数据库技术中，用数据模型描述数据的整体结构，包括数据的结构和性质、数据之间的联系、完整性约束以及数据变换规则等。,数据模型可分为两种形式：,概念模型,和,实现模型,。,1,概念模型,概念模型是现实事物之间的一种抽象，它表示数据的逻辑特性，从概念上表示数据库中将要存储的信息，而不涉及这些信息在数据库中的存储形式。最常见的是实体,-,联系（,E-R,）图。,（,1,）实体,实体是指客观存在并相互区别的事物及其事物之间的联系。,例如，一个学生、一门课程、学生的一次选课、一次考试等都是实体。,（,2,）属性,属性是指实体所具有的某一特性。,例如，学生的学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等都是属性。,属性由两部分组成，即属性的名称和属性的取值。,（,3,）实体型和实体集,用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。,例如，学生,(,学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间,),就是一个实体型。,同类型实体的集合称为实体集。,（,4,）实体间的联系,实体与实体之间以及实体与组成它的各属性间的关系称为实体间的联系。,例如，一名学生可以学习多门课程，每门课程又有多名同学选修；一名教师可以教授多名学生，而每名学生又由多名教师讲授。课程和学生，教师和学生之间都具有实体间的联系。,实体间的联系分为三种情况：,一对一联系（,1:1,）,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集,A,与实体集,B,具有一对一联系，记为,1:1,。,一对多联系（,1:n,）,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中有个,n,实体（,n0,）与之联系，反之，对于实体集,B,中的每一个实体，实体集,A,中至多有一个实体与之联系，则称实体集,A,与实体集,B,有一对多联系，记为,1:n,。,多对多联系（,m:n,）,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中有,n,个实体（,n0,）与之联系，反之，对于实体集,B,中的每一个实体，实体集,A,中也有,m,个实体（,m0,）与之联系，则称实体集,A,与实体集,B,具有多对多联系，记为,m:n,。,举例,:,对于教学管理系统来说,(1),一个学生只能有一个学号，而一个学号只能指向一个学生，则学生与学号之间具有一对一联系,(1:1),。,(2),一个班级中有若干名学生，而每个学生只在一个班级中学习，则班级与学生之间具有一对多联系,(1:n),。,(3),一门课程同时有若干个学生选修，而一个学生可以同时选修多门课程，则课程与学生之间具有多对多联系,(,m:n,),。,（,5,）实体,-,联系模型,实体,-,联系模型是反映实体之间联系的结构形式，简称,E-R,模型。描述,E-R,模型通常,E-R,图表示，,E-R,图提供了表示实体型、属性和联系的方法。,E-R,图有三个要素：,实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。,属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。,联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型,(1:1,，,1:n,或,m:n,),。,学生,课程,选课,学号,姓名,性别,专业,课号,课名,学分,图,1-2,学生和课程实体,-,联系图,2,实现模型,为了反映现实世界中的客观事物本身及其与其它事物之间的联系，将数据按杂一定的结构存储在数据库中，这种结构就是实现模型，也为数据模型。数据模型是数据之间逻辑关系的一种反映。,数据模型通常分为三种类型：,层次模型,网状模型,关系模型,。,（,1,）层次模型,从数据结构的角度来说，层次模型是有向树结构，其主要特征如下：,有且仅有一个结点无父结点，这个结点称为根结点；,其他结点有且仅有一个父结点。,某高校的系级组织结构如图,1-3,所示。,学院,系,1,系,2,系,3,系,4,专业,1,专业,2,专业,1,专业,2,专业,1,专业,2,专业,1,图,1-3,层次模型结构图,（,2,）网状模型,从数据结构的角度来说，网状模型是一个有向图结构，其主要特征如下：,允许一个以上的结点无父结点；,一个结点可以有多于一个的父结点。,在教学过程中，学生、教师、课程和教室之间的关系可用网状模型表示，如图,1-4,所示。,教师,学生,课程,教室,图,1-4,网状模型结构图,（,3,）关系模型,在关系模型中，数据的逻辑结构是一个二维表，由行和列组成。一个关系对于一个表，以二维表的形式表示实体和实体之间联系的数据模型称为关系数据模型。在关系模型中，操作对象和操作结果都是二维表。关系模型是目前最重要的数据模型，被几乎所有数据库管理系统支持。,在教学管理系统中，学生信息、教师信息和课程信息分别用表,1-1,、表,1-2,和表,1-3,表示。,表,1-1,学生信息,学号,姓名,性别,出生日期,婚否,政治面貌,家庭住址,电话号码,05040011,周强,男,2005-11-12,否,团员,沈阳市沈河区,024-88994321,05010001,刘一丁,男,1986-1-1,否,共青团员,北京市海淀区,010-2111111,05040002,王霖,男,1985-6-8,否,团员,北京市海淀区,010-3456789,05040003,赵莉,女,1985-12-23,否,民主党派,北京市西城区,8768544,05020001,李想,女,1983-11-12,是,无,北京市东城区,029-8986756,05020002,张男,女,1983-6-5,是,团员,北京市大兴区,69220000,05020003,李悦明,男,1984-4-5,否,团员,北京市房山区,89002345,表,1-2,教师信息,职工号,姓名,性别,参加工作日期,职称,工资,系部,邮政编码,04004,许亚芬,女,1995-6-23,副教授,2900.00,计算机系,100085,04008,周树春,男,1984-6-2,教授,1200.00,计算机系,100085,04012,张振,男,2005-3-28,助教,2900.00,计算机系,100085,05004,张雨生,女,2001-2-28,教授,3400.00,管理系,100077,05024,汪家伟,女,2004-5-29,助教,1800.00,管理系,100085,06001,王中合,男,1985-6-16,副教授,1500.00,外语系,100051,06004,龙云,女,1994-7-20,讲师,3000.00,外语系,100010,07001,郝爱民,男,1980-6-30,教授,2700.00,艺术设计系,100084,07005,刘丽,女,1994-6-28,讲师,1700.00,艺术设计系,100015,表,1-3,课程信息,课程号,课程名称,开课学期,学时,学分,课程性质,B010101,大学英语,一,72,4,必修,B020101,高等数学,一,80,4,必修,B040101,电路基础,一,80,4,必修,B040201,计算机基础,一,40,2,公选,B040205,计算机组成原理,二,92,5,必修,B040202,C,程序设计,二,64,3,必修,B030101,大学语文,二,36,2,公选,B040203,离散数学,三,64,3,必修,B040204,数据结构,三,72,4,必修,B040206,操作系统,三,64,3,必修,B040209,计算机网络,四,64,3,必修,X040207,网页制作与发布,五,40,2,限选,B040218,毕业设计,六,10,实践,关系模型是建立在数学二维理论基础上，概念单一，结构简单，实体间的联系都用关系表示。关系模型具有更高的数据独立性，更好的安全性。,基于关系模型的数据库系统是目前应用最广泛的一种数据管理系统，它具有完备的理论基础，简单的数据模型，使用起来也比较方便。,1,2,关系型数据库的基本概念,利用关系模型建立的数据库就是关系型数据库。关系数据库建立在严格的数学二维理论基础上，数据结构简单，易于操作和管理。在关系数据库中，数据被分散到不同的数据表中，每个表中的数据只记录一次，从而避免数据的重复输入，减少数据冗余。,1.2.1,基本概念,用关系模型建立的数据库就是关系型数据库。,关系数据库建立在严格的数学二维理论基础上，数据结构简单，易于操作和管理。,在关系数据库中，数据被分散到不同的数据表中，每个表中的数据只记录一次，从而避免数据的重复输入，减少数据冗余。,1,关系,一个关系就是一个二维表，每个关系都有一个关系名。在,Access,中，一个关系可以存储在一个数据表中，每个表有唯一的表名，即数据表名。,2,元组,在二维表中，每一行称为一个元组，对应表中一条记录。,例如，在表,1-2,中，高等数学的信息用元组（,B0001,，高等数学，公共必修，,5,）表示，而该元组表示的是高等数学课程的信息，在表中对应一条记录。,3,属性,在二维表中，每一列称为一个属性，每个属性都有一个属性名。,在,Access,数据库中，属性也称为字段。,字段由字段名、字段类型组成，在定义和创建表时对其进行定义。,在学生表中，有字段“姓名”，而其类型为字符型。,4,域,属性的取值范围称为域，即不同的元组对同一属性的取值所限定的范围。,例如，“性别”属性的取值范围只能是“男”或“女”，“年龄”属性只能是大于,0,的整数。“成绩”属性应在,0,100,之间。,5,关键字、主键,关键字是二维表中的一个属性或若干属性的组合，即属性组，它的值可以唯一地标志一个元组。,例如，在学生表中，学号可以作为学生表的关键字，而姓名不能作为关键字。,当一个表中存在多个关键字时，可以指定其中一个作为主关键字，而其它的关键字为候选关键字。主关键字称为主键。,6,外部关键字,如果一个关系中的属性或属性组并非该关系的关键字，但它们是另外一个关系的关键字，则称其为该关系的外关键字。,1.2.2,关系运算,在关系数据库中，可以对表中的数据进行处理，如查找满足条件的记录，或选取某些列，或从多个表中获取数据项。,采用的操作：三种关系运算，即选择、投影和连接。,（,1,）选择,选择运算是指在关系中选择满足条件的元组，也就是在二维表中选择满足指定条件的行。,例如，在学生表中，若查询所有男同学的信息，则使用选择运算，条件是：性别,=“,男”。,（,2,）投影,投影运算是指在关系中选择某些属性，也就是在二维表中选择某些列。,例如，在学生表中，取学生的学号、姓名、性别生成学生名单，则可以使用投影运算来实现。,（,3,）联接,联接是将两个和多个关系模式通过公共的属性名连接成一个新的关系模式，生成的新关系包含满足联接条件的元组。,例如：设有三个关系：学生（学号，姓名，所在系，性别，现住址）；课程（课程号，课程名，学分）；选修（学号，课程号，成绩）。若想查询成绩,90,分以上的学生姓名。联接结果包括学生、课程、选修三个关系中属性的并集。,连接运算的两种形式：,等值连接、自然联接。,等值连接,以连接条件中的关系运算符“,=”,表示，即两个属性等值连接。,自然联接,是去掉重复属性的等值连接。它属于联接运算的一个特例。,1.2.3,关系的完整性,关系模型对数据一般都具有一定的限制，这种限制称为完整性或完整性约束。关系模型的完整性是保证关系数据表正确的关键。,关系模型支持的完整性约束有,3,种：,实体完整性约束,参照完整性约束,域约束完整性约束。,1,实体完整性约束,实体完整性规则是指关系中主键不能取空值和重复的值。单列主键的值不能为空，复合主键的任何列也不能接收空值。,例如，在学生信息表中，“学号”为该表的主键，那么在数据库的任何记录中，“学号”列的值都不能为空。这样的约束称为实体完整性约束。,2,参照完整性约束,参照完整性约束是指逻辑相关的表中值与值之间的约束关系。,假设,X,是一个表,A,的主键，在表,B,中是外键，那么若,K,是表,B,中一个外部键值，则表,A,中必然存在,X,上的值为,K,的记录。,例如，“系号”是院系信息表的主键，而在学生信息表中是相对于院系信息表的外键（学生信息表中的主关键字是由“学号”和“系号”组合而成），对于学生信息表的任何记录，其所包含的“系号”的值，在院系信息表的“系号”列中必然存在一个相同的值。这样的约束称为参照完整性约束。,3,域约束,域是逻辑相关的值的集合，从域中可以得出特定列的值。,例如，在学生信息表中，“出生日期”域的值必须按照特定的统一格式存放，而不能有时用,1986.12.23,格式，有时用,12/23/1986,格式，造成数据混乱。,对于“性别”，该域中的值必须局限于“男”、“女”等。,1.3 ACCESS,系统概述,Microsoft Access 2003,是,Microsoft office 2003,系列应用软件的一个主要组成部分，是目前最普及的关系数据库管理软件之一。,Access 2003,不仅具有传统的数据库管理系统的功能，还具备面向对象的特性，使其应用更加简单。,Access,提供多种向导和控件，使用户不必编写代码，就可以得到具有较强功能的数据库应用程序。,1.3.1 ACCESS,的功能和特性,Microsoft Access2003,与,Microsoft office,应用程序高度集成，为用户提供了友好的用户界面和方便快捷的运行环境。,1,完善的数据库管理,2,完善的帮助和向导,3,良好的兼容性,4,“所见即所得”的窗体和报表,5,强大数据库转换功能,6,不同格式的文件的转换,7,面向对象的集成开发环境,8,集成,Internet/Intranet,1.3.2 ACCESS,集成环境和基本操作,1,Access 2003,的启动,方法有以下几种：,从“开始”菜单启动。,通过桌面上的快捷方式。,通过文件夹中的,Access,文件图标。,2,Access 2003,的退出,退出可使用以下方法：,单击文件菜单中的“退出”命令。,单击,Access 2003,窗口右上角的“关闭”按钮。,3,Access,主界面,主界面是基本的操作环境，如图,1-5,所示。,本章小结,1.,掌握数据库的相关概念,数据、信息、信息处理,数据库、数据库管理系统和数据库应用系统,2.,了解数据库系统的主要组成部分,3.,了解数据模型及其类型,4.,掌握关系型数据库的相关概念,5.,了解,Access,的功能和特性,