第1章 數(shù)據庫系統(tǒng)概述

主講:司瑞紅1.Access數(shù)據庫程序設計(40學時)

2.Excel函數(shù)（20學時）

3.課程設計（15學時）

Access能做什么?Access是關系型數(shù)據庫管理系統(tǒng);

Access是Office2003中的一個組件;以Access為例介紹數(shù)據庫應用系統(tǒng)的開發(fā)方法;Access是計算機二級的考試科目;作業(yè)提交網址:56

用戶名:srh_s

密碼:無Access,OracleVc,Pb,Java

民航售票系統(tǒng)第1章數(shù)據庫系統(tǒng)概述

1.1信息、數(shù)據、數(shù)據處理1.2數(shù)據庫基本概念1.3數(shù)據庫系統(tǒng)的體系結構1.4數(shù)據模型1.5關系數(shù)據庫1.6關系代數(shù)1.1信息、數(shù)據、數(shù)據處理1.信息(Information)信息是人們對客觀世界的物質進行描述的,可以在人們之間進行傳遞的一些知識.2.數(shù)據(data)為了記載信息人們使用了各種各樣的物理符號以及他們的總合來表示信息,這些符號及其組合就是數(shù)據.

3.

數(shù)據處理4.數(shù)據處理技術的發(fā)展階段:

人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據庫系統(tǒng)階段分布式數(shù)據庫系統(tǒng)面向對象數(shù)據庫系統(tǒng)

指對數(shù)據進行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總合是長期存儲在計算機內、有組織的、可共享的數(shù)據集合1.2數(shù)據庫基本概念1.數(shù)據庫（Database，DB）2.數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）

對數(shù)據庫進行管理、位于用戶與數(shù)據庫之間的一個數(shù)據管理軟件

DBMS的功能:(1)數(shù)據定義功能

它提供了數(shù)據定義語言(DataDefinitionLanguage，DDL)對數(shù)據庫中的數(shù)據對象進行定義(2)數(shù)據操縱功能

DBMS提供了數(shù)據操縱語言(DataManipulationLanguage，DML)來實現(xiàn)對數(shù)據庫的基本操作，如插入、檢索、刪除、修改等(3)數(shù)據運行管理

數(shù)據庫在建立、運行和維護時由DBMS統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據的并發(fā)使用等(4)數(shù)據庫建立和維護功能

它包括數(shù)據庫初始數(shù)據的輸入、轉換功能，數(shù)據庫的轉儲、恢復功能，數(shù)據庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能(5)數(shù)據庫通信功能

DBMS應提供網絡環(huán)境的數(shù)據通信功能定義：

指引入數(shù)據庫技術后的整個計算機系統(tǒng).3.數(shù)據庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，DBS）

數(shù)據庫;數(shù)據庫管理系統(tǒng)，它是數(shù)據庫系統(tǒng)的核心;應用系統(tǒng);管理和使用DBS的各類人員，可以分為：包括：終端用戶（EndUser）又分為操作層、管理層和決策層應用程序員（ApplicationProgrammer）依DBS的功能需求，設計、編寫和測試應用系統(tǒng)的程序模塊系統(tǒng)分析員(SystemAnalyst)

負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明，確定系統(tǒng)的基本功能、數(shù)據庫結構和應用程序的設計、以及軟硬件的配置，并組織整個系統(tǒng)的開發(fā)。數(shù)據庫管理員（DadabaseAdministrator，DBA）負責建立、使用和維護數(shù)據庫①數(shù)據低冗余、共享性高；②

數(shù)據獨立性高；邏輯獨立性（2）數(shù)據庫系統(tǒng)的特點

物理獨立性③有統(tǒng)一的數(shù)據控制功能。數(shù)據的安全性（security）控制數(shù)據的完整性(integrity)控制并發(fā)（concurrency）控制數(shù)據恢復（recovery）

數(shù)據的邏輯獨立性:

當數(shù)據的總體邏輯結構改變時，數(shù)據的局部邏輯結構不變，由于應用程序是依數(shù)據的局部邏輯結構編寫的，所以應用程序不必修改，從而保證了數(shù)據與程序間的邏輯獨立性。例如，在原有的記錄類型之間增加新的聯(lián)系，或在某些記錄類型中增加新的數(shù)據項，均可確保數(shù)據的邏輯獨立性。數(shù)據的物理獨立性:當數(shù)據的存儲結構改變時,數(shù)據的邏輯結構不變，從而應用程序也不必改變。例如，改變存儲設備和增加新的存儲設備,或改變數(shù)據的存儲組織方式，均可確保數(shù)據的物理獨立性。針對實際問題開發(fā)的面向用戶的系統(tǒng),如：民航售票系統(tǒng)財務管理系統(tǒng)銀行管理系統(tǒng)4.數(shù)據庫應用系統(tǒng)（DatabaseApplicationSystem，DBAS）

數(shù)據庫:強調的是數(shù)據;數(shù)據庫管理系統(tǒng):是管理數(shù)據庫的工具軟件;

如：Oracle,Access,SQLServer;數(shù)據庫系統(tǒng):強調的則是一個整體系統(tǒng)；數(shù)據庫應用系統(tǒng):依實際問題開發(fā)的面向用戶的系統(tǒng).四個概念區(qū)別:模式外模式內模式1.3數(shù)據庫系統(tǒng)的體系結構2.內部體系結構(三級模式結構)1.外部體系結構集中式DBS文件服務器式DBS客戶/服務器式DBS分布式DBS應用1應用2外模式1應用3應用4外模式2應用5應用6外模式3模式內模式用戶級數(shù)據庫概念級數(shù)據庫物理級數(shù)據庫外模式/模式映像模式/內模式映像數(shù)據庫系統(tǒng)的三級模式結構(1)模式(概念模式或邏輯模式)

是數(shù)據庫中全體數(shù)據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據視圖。定義模式時不僅要定義數(shù)據的邏輯結構(例如記錄由哪些數(shù)據項構成，數(shù)據項的名字、類型、取值范圍等)，而且要定義與數(shù)據有關的安全性、完整性要求，定義這些數(shù)據之間的聯(lián)系。(2)外模式(子模式或用戶模式)

它是數(shù)據庫用戶能看見和使用的局部數(shù)據的邏輯結構和特征的描述，是用戶的數(shù)據視圖，是與某一應用有關的數(shù)據的邏輯表示。(3)內模式(存儲模式或物理模式)

是數(shù)據物理結構和存儲結構的描述，是數(shù)據在存儲介質上的保存方式（如:記錄的存儲方式是順序存儲、還是按照B樹結構存儲；索引按照什么方式組織；數(shù)據是否壓縮存儲，是否加密等）。一個數(shù)據庫只有一個內模式。

三個模式反映數(shù)據庫的三種不同的層面：模式：表示概念級數(shù)據庫，體現(xiàn)數(shù)據庫操作的接口層；內模式：表示物理級數(shù)據庫，體現(xiàn)數(shù)據庫操作的存儲層；外模式：表示用戶級數(shù)據庫，體現(xiàn)數(shù)據庫操作的用戶層。以職工管理數(shù)據庫為例，說明三級模式和數(shù)據庫的三種層面。

①職工數(shù)據庫包含職工基本情況和工資情況，可看作是從物理數(shù)據庫中抽象出來的概念數(shù)據庫。

②在數(shù)據庫中：

要了解“文化程度”是“大?！钡穆毠せ厩闆r,結果如左表；要了解職工的崗位工資情況,結果如右表；把它們看作是用戶數(shù)據庫，是概念數(shù)據庫的一個個子集。③存儲在存儲介質上的職工數(shù)據庫便是物理數(shù)據庫①外模式／模式映射它定義了外模式與模式之間的對應關系。當模式改變時，由DBA對各個外模式／模式的映象作相應改變，可以使外模式保持不變，從而應用程序不必修改，保證了數(shù)據的邏輯獨立性。②模式／內模式映射它定義了數(shù)據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。當存儲結構改變了，由DBA對模式／內模式映象作相應改變，使模式保持不變，從而保證了數(shù)據的物理獨立性。(4)模式間的映射

三級模式之間的聯(lián)系是通過二級映射來實現(xiàn)的1.4數(shù)據模型模型:是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象，如航模、車模。在數(shù)據庫中用數(shù)據模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據和信息。數(shù)據模型:分成兩個層次,概念模型和實施模型（數(shù)據模型）它應滿足：能比較真實地模擬現(xiàn)實世界容易為人所理解便于在計算機上實現(xiàn)1.4.1基本概念客觀對象的抽象過程---兩步現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型（信息模型)；把概念模型轉換為某一DBMS支持的數(shù)據模型。

現(xiàn)實世界認識抽象信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據模型轉換現(xiàn)實世界認識抽象信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據模型轉換現(xiàn)實世界認識抽象信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據模型轉換現(xiàn)實世界認識抽象信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據模型轉換信息世界概念模型對象實體關系1.4.2概念模型概念模型用于信息世界的建模，是對現(xiàn)實世界的第一層抽象，是數(shù)據庫設計的有利工具。1、概念模型中的基本概念

(1)實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。如一個工廠、一幅畫，還可以是抽象的概念，如某人參加的一個討論，同學的一次選課等。

(2)屬性：實體所具有的某方面的特性。一個學生實體可用學號、姓名、性別等屬性來描述。屬性有“型”和“值”之分：“型”即為屬性名，如“姓名”；“值”即為屬性的具體內容，如“張三”。(3)鍵：唯一標識實體的屬性或屬性集稱為鍵。

如學生的學號可以作為學生實體的鍵，但學生的姓名有可能有重名，不能作為學生實體的鍵。

(4)域：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。

如姓名的域為字符串集合，性別的域為“男”和“女”。(5)實體型：用實體名及屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。

如學生(學號,姓名,年齡,性別,系)就是一個實體型(6)實體集:同類型實體的集合稱為實體集。如所有的學生信息就構成實體集。(7)聯(lián)系

現(xiàn)實世界中:事物內部以及事物之間是有聯(lián)系的，信息世界中:反映為實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。實體內部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系，而實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系。2、兩個實體間聯(lián)系的類型

(1)一對一聯(lián)系（1:1）設有實體集A和實體集B

對A中每一個實體,在B中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱A與B為一對一的聯(lián)系(1:1)。如班級與班長具有1:1聯(lián)系。

(2)一對多聯(lián)系（1:n）

A中的每一個實體，實體集B中有幾個實體與之聯(lián)系，反之，對于B中每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱A與B為一對多聯(lián)系(1:n)。如班級與學生有1:n聯(lián)系.(3)多對多聯(lián)系（m:n）

對A中的每一個實體，在實體集B中有多個實體與之聯(lián)系，反之,對于B中的每一個實體，在A中也有m個實體與之聯(lián)系，則稱A與B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。

如一個學生可以選修多門課程，一門課程可以被多名學生選修,則學生與課程m:n聯(lián)系。3、概念模型的表示方法:

實體-聯(lián)系(Entity-Relationship)方法，即E-R圖是最廣泛使用的概念模型設計方法。(1)矩形--表示實體型,矩形框內寫明實體名(2)橢圓--表示屬性,并用連線將其與相應的實體連接起來(3)菱形--表示聯(lián)系,菱形框內寫明聯(lián)系名，并注明聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）教師管理E-R圖編號姓名性別學歷職稱課程m教師講授n1系部聘任n聘任時間1.4.3實施模型（數(shù)據模型）實施模型是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據建模，與具體的DBMS有關，側重于數(shù)據和聯(lián)系的表示或存儲方法。分類:層次模型：用“樹結構”來表示實體之間的聯(lián)系；網狀模型：是用“圖結構”來表示實體之間的聯(lián)系；關系模型：是用“二維表”來表示實體之間的聯(lián)系。關系模型建立在嚴格的數(shù)學概念基礎上，結構簡單、清晰，是數(shù)據模型的主流。

區(qū)別在于數(shù)據結構不同，即實體之間聯(lián)系的表示方式不同1.5關系數(shù)據庫1.5.1關系模型和基本術語

1、關系模型關系數(shù)據結構

關系操作集合

關系完整性約束

關系模型的數(shù)據結構是一張二維表,由行和列組成。

2、基本術語(1)關系(Relation):

一個關系就是一張二維表。(2)元組(Tupple):表中的一行稱為元組(記錄)，是構成關系的一個實體。

(3)屬性(Attribute):表中的一列即為一個屬性(字段)，第一行列出的是屬性名(字段名)。

(4)域(Domain)：屬性的取值范圍。

(5)分量(Component)：元組中的一個屬性值。

關系模型要滿足的規(guī)范條件:關系的每一個分量必須是一個不可分的數(shù)據項，即不允許表中還有表。(6)關系模式(RelationSchema)：對關系的描述.

表示為：關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）(7)關系數(shù)據庫：以關系模型為基礎創(chuàng)建的數(shù)據庫稱為關系數(shù)據庫。(8)候選關鍵字:

關系中的某個屬性組(一個或幾個屬性的集合)，它可以唯一標識一個元組，這個屬性組稱為候選關鍵字。(9)主關鍵字:

一個關系中可能有多個侯選關鍵字,選定其中一個作為主關鍵字(主碼或主鍵)。(10)外部關鍵字:

如果一個屬性組不是所在關系的關鍵字,但是是其他關系的關鍵字，則該屬性組稱為外部關鍵字，也稱為外碼或外鍵。(11)主屬性:

主碼的諸屬性稱為主屬性。1.5.2關系的數(shù)學定義

1、域

域是一組具有相同數(shù)據類型的值的集合。例如教師職稱的集合{助教,講師,副教授,教授}就是一個域。2、笛卡兒積D1,D2，…,Dn為一組域,那么D1,D2,…,Dn的笛卡兒積為：D1×D2×…×Dn＝{(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n}

其中每一個元素(d1,d2,…,dn)叫做一個n元組,

元組中的每一個值di叫做一個分量。例如設：D1={張三,李四,王五}D2={講師,教授}則D1×D2={(張三,講師),(張三,教授),(李四,講師),(李四,教授),(王五,講師),(王五,教授)}

笛卡兒積可表示為一張二維表。張三講師張三教授李四講師李四教授王五講師王五教授笛卡兒積D1×D2×…×Dn的任何一個子集稱為在域D1,D2,…,Dn上的關系。關系是笛卡兒積的有限子集，所以關系也是一個二維表3、關系定義4、關系的性質關系是一張二維表，但并不是所有的二維表都是關系。關系應具有以下性質：(1)每一列中的分量是同一類型的數(shù)據,來自同一個域;(2)不同的列要給予不同的屬性名;(3)列的順序無所謂，即列的次序可以任意交換;(4)任意兩個元組不能完全相同;(5)行的順序無所謂，即行的次序可以任意交換;(6)每一個分量都必須是不可分的數(shù)據項。教師編號姓名性別工作時間01張樂男1969-11-1010趙希明女1983-1-2511李小平男1963-5-1912王新女1967-12-31.5.3關系模型的完整性約束

實體完整性和參照完整性統(tǒng)稱為關系完整性規(guī)則。實體完整性—對主鍵的約束參照完整性—對外鍵的約束用戶定義完整性1、實體完整性

◆實體完整性規(guī)則：

若屬性A是基本關系R的主屬性，則屬性A不能取空值。

◆例如學生關系：學生(學號，姓名，性別，班級)

學號是主關鍵字,不能為空值,也不能有重復值

◆例如學生選課關系：學生選課(學號,課程編號,學年,學期,成績)(學號,課程編號)共同構成主關鍵字，因此學號和課程編號都不能為空值，而且學號和課程編號這個整體不能有重復值。2、參照完整性

參照完整性規(guī)則：若屬性(或屬性組)F是基本關系R的外鍵，它與關系S的主關鍵字K相對應,則對于關系R中每個元組在F上的值必須為:

或者取空值(F的每個屬性值均為空值);

或者等于S中某個元組的主關鍵字的值。

例:R:學生(學號,姓名,專業(yè)號,年齡)S:專業(yè)(專業(yè)號,專業(yè)名)被參照關系外碼(F)外碼定義:設F是基本關系R的一個或一個屬性組,但不是關系R的碼,如果F與基本關系S的主碼Ks相對應,則F是基本關系R的外碼.稱R為參照關系,S為被參照關系

3、用戶定義的完整性是與應用密切相關的數(shù)據完整性的約束.

例如：限定屬性的取值范圍，學生成績的取值必須在0~100，性別的取值必須是{男,女}。1.6關系代數(shù)關系代數(shù)：是一種抽象的查詢語言，是關系數(shù)據操縱語言的一種傳統(tǒng)表達方式，通過對關系的運算來表達查詢要求的。關系代數(shù)的運算對象是關系，運算結果也是關系。關系代數(shù)的分類：傳統(tǒng)的集合運算和專門的關系運算。1.6.1傳統(tǒng)的集合運算

設R和S均是n元關系(元數(shù)相同),且兩個關系屬性的性質相同。下面以教師A和教師B兩個關系為例,來說明傳統(tǒng)的集合運算:

并運算、交運算和差運算。教師編號姓名性別工作時間01張樂男1969-11-1010趙希明女1983-1-2511李小平男1963-5-19教師編號姓名性別工作時間11李小平男1963-5-1930沈核男1957-10-1931李龍吟男1990-5-26教師A教師B1、并運算

(R∪S：由屬于R或S的元組組成)將兩個關系的所有元組組成一個新的關系,若有完全相同的元組,只留一個。教師編號姓名性別工作時間01張樂男1969-11-1010趙希明女1983-1-2511李小平男1963-5-1930沈核男1957-10-1931李龍吟男1990-5-262、交運算(R∩S：由既屬于R又屬于S的元組組成)將兩個關系中公共元組組成一個新的關系。

教師編號姓名性別工作時間11李小平男1963-5-193、差運算(R－S)由屬于R,但不屬于S的元組組成一個新的關系。教師編號姓名性別工作時間01張樂男1969-11-1010趙希明女1983-1-254、集合的廣義笛卡兒積運算設R和S是兩個關系,如R是m元關系,有i個元組,S是n元關系,有j個元組,

則笛卡兒積R×S是一個m+n元關系,有i×j個元組。教師編號姓名0302010115張智軍0302010129梁宵課程編號課程名稱學時01高級語言程序設計6802高等數(shù)學7003商務應用60教師編號姓名課程編號課程名稱學時302010115張智軍01高級語言程序設計68302010115張智軍02高等數(shù)學70302010115張智軍03商務應用60302010129梁宵01高級語言程序設計68302010129梁宵02高等數(shù)學70302010129梁宵03商務應用60關系：R關系：SR×S1.6.2專門的關系運算

有4種:選擇、投影、連接和除運算。1、選擇運算從指定的關系中選擇出滿足指定條件的元組組成一個新關系，記作：

σ<條件表達式>（R）

其中:σ是選擇運算符，R是關系名。例如選出性別為“男”的教師名單,

可記為：σ性別=[男]（教師A）

2、投影運算從關系R中選擇出若干屬性列組成新關系，記作：

∏A（R）

其中∏是投影運算符，A是被投影