第1章數據庫技術基礎學習目標通過本章的學習，應該掌握（1）數據庫、數據庫管理系統和數據庫應用系統的基本概念（2）關系型數據庫的相關知識。（3）Access系統的特點（4）Access系統的組成和主要功能。主要內容1.1數據庫的基本概念1.2關系型數據庫的基本概念1.3ACCESS系統概述1．1數據庫的基本概念信息在現代社會中所起的作用越來越大，信息系統越來越突顯出重要性，數據庫技術作為信息系統的核心技術和基礎也更加受到人們的關注。數據庫系統已融入人們的日常生活和工作中，扮演著相當重要的角色。人們在信息管理中，積累了大量的信息，如商品銷售情況、學生成績、職工工資等信息，這些信息都需要長期保存，必要時需要對信息進行查詢、匯總和統計。應用數據庫技術可以很容易地將這些信息存儲并加以處理。1.1.1一個案例及分析1．問題的提出在高等院校中，教學管理是教育管理者的一個重要的工作。教學工作包括：教師教學、學生學習。教師的工作包括：備課、授課、批改作業、答疑解惑、考試出題、登錄成績等。學生的工作包括上課、選課、提交作業、考試等。這些工作涉及大量的信息，主要包括學生信息、教師信息、授課信息、選課信息、成績信息等。例如，，選課環節：學生選課、教師授課、課程安排。學生：查詢個人信息、課程安排、選課情況、考試成績等教師：查詢個人授課安排、他人授課安排、學生課表、成績統計等。教學管理信息化的作用：（1）長期保存信息（2）為教師學生提供查詢信息平臺。實現教學管理信息化的技術手段就是使用數據庫技術。首先將需要的信息保存到計算機中，以數據庫的形式存放，然后實現系統的功能設計，數據庫和功能模塊構成一個完整的數據庫應用系統。作為用戶的學生和教師通過教學管理系統即可以進行各種信息的查詢。2．數據庫應用系統設計的步驟一般來說，數據庫應用系統開發要經過四個階段：系統分析、系統設計、系統實施和系統維護。（1）系統分析階段在數據庫應用系統開發的分析階段，明確數據庫應用系統的總體需求目標是最重要的內容。作為系統開發者，要明確為誰開發數據庫應用系統，由誰來使用數據庫應用系統，由于使用者的角度不同，數據庫應用系統的目標是不一樣的。在教學管理系統中，該系統的使用對象包括學生、教師和教學管理人員，數據庫管理系統所管理的信息應該包括學生情況、教師情況、教學計劃、教學任務安排、學生選課、考核考試等。（2）系統設計階段在數據庫應用系統開發設計階段確立的總體目標的基礎上，就可以進行數據庫應用系統開發的功能設計和數據庫設計了。功能設計包括功能組成以及各功能模塊的調用關系等內容。根據系統分析階段所確定的總體目標確定數據庫應用系統所具有的功能，明確各功能模塊所承擔的任務以及各模塊之間的關系。系統功能通常用功能結構圖表示，教學管理系統的功能結構如圖1-1所示。學生選課管理系統院系管理學生檔案選課管理成績管理系統管理教師檔案課程管理基本資料圖1-1教學管理系統的功能結構如圖（3）系統實施階段在數據庫應用系統開發的實施階段，主要任務是按系統的功能模塊的設計方案，具體實施系統的逐級控制和各模塊的建立，從而形成一個完整的應用開發系統。設計數據庫應用系統時，要選擇合適的系統開發工具，要做到每一個模塊易維護、易修改，并使每一個功能模塊盡量簡單，使模塊間的接口數目盡可能少。（4）系統維護數據庫應用系統建立后，就進入了調試和維護階段。在數據庫應用系統開發的維護階段，要修正數據庫應用系統的缺陷。在應用系統開發的測試階段，不僅要通過測試工具檢查和調試數據庫應用系統，還要通過模擬實際操作或實際驗證應用系統，若出現錯誤或不適當的地方要及時加以修正。1.1.2數據庫的相關概念1．數據、信息和數據處理的概念

數據（Data）是指存儲在某一種介質上的能夠被識別的物理信號，用來表示各種信息，可以描述事物的特征、特點和屬性。數據：數字、文字和其他字符、圖形、圖像、動畫和聲音。例如：學生的信息可以用學號、姓名、性別、出生日期、家庭住址、成績及照片等來描述。其中，學號、姓名、性別：字符串；成績：數值照片：圖像，因此，不同的信息用不同類型的數據來表示。

信息（information）是經過加工處理的有用的數據，數據經過提煉、處理和抽象變成有用的數據才成為信息。信息以數據的形式表示，信息通過數據記錄可以實現載體傳遞，并實現存儲、加工、傳播、再生和增值。數據處理是指利用計算機對各種類型的數據進行加工處理，它包括對數據的采集、整理、排序、檢索、維護、加工、統計和傳輸等一系列操作過程。數據處理的目的是從大量原始數據中，獲得所需要的資料、提取有用的數據成分，作為行為和決策的依據。2．數據庫、數據庫系統、數據庫管理系統和數據庫應用系統的概念數據庫（DataBase）：可理解為存放數據的倉庫，它是指按照一定的組織結構存儲在計算機存儲介質上的各種信息的集合，并可被應用程序所共享。數據庫的作用：描述數據，反映事物間的聯系。數據庫的特點：數據具有較小數據冗余較高的數據獨立性和可擴展性為各種合法用戶共享。數據庫管理系統（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）：是位于用戶與操作系統之間的一個數據庫管理軟件。數據庫管理系統主要有以下功能：（1）數據定義功能通過數據定義語言對數據庫中的數據對象進行定義。（2）數據操縱功能使用數據操縱語言操縱數據，如查詢、插入、刪除和修改。（3）數據庫的運行管理功能數據庫在建立、運行和維護時由數據庫管理系統統一管理和控制。（4）數據庫的建立和維護功能它包括數據庫初始數據的輸入、轉換功能，數據庫的轉儲、恢復功能等。數據庫應用系統：是指系統開發人員利用數據庫系統資源開發出來的，面向某一類實際應用的應用軟件系統。例如：教學管理系統、財務管理系統，人事管理系統等等。數據庫系統（DataBaseSystem，簡稱DBS）：引入了數據庫的計算機系統，它一般由支持數據庫的硬件環境，數據庫軟件支持環境、數據庫、開發、使用和管理數據庫應用系統的人員組成。（1）硬件環境硬件環境是運行數據庫系統的設備環境，包括CPU、內存、外存及輸入/輸出設備。（2）軟件環境軟件環境包括系統軟件和應用軟件兩類。系統軟件主要包括操作系統軟件、數據庫管理系統軟件、開發應用系統的高級語言及編譯系統、應用系統開發的工具等。（3）數據庫它是數據庫系統的核心，是數據庫系統的主體構成，是數據庫系統的管理對象，是為用戶提供數據的信息源。（4）人員數據庫系統的人員是指管理、開發和使用數據庫系統的全部人員，主要包括數據庫管理員、系統分析員、應用程序員和用戶。

1.1.3數據模型數據模型是用來抽象、表示和處理現實世界中的數據和信息的工具，是反映客觀事物及客觀事物之間聯系的數據組織的結構和形式。在數據庫技術中，用數據模型描述數據的整體結構，包括數據的結構和性質、數據之間的聯系、完整性約束以及數據變換規則等。數據模型可分為兩種形式：概念模型和實現模型。1．概念模型概念模型是現實事物之間的一種抽象，它表示數據的邏輯特性，從概念上表示數據庫中將要存儲的信息，而不涉及這些信息在數據庫中的存儲形式。最常見的是實體-聯系（E-R）圖。（1）實體實體是指客觀存在并相互區別的事物及其事物之間的聯系。例如，一個學生、一門課程、學生的一次選課、一次考試等都是實體。（2）屬性屬性是指實體所具有的某一特性。例如，學生的學號、姓名、性別、出生年份、系、入學時間等都是屬性。屬性由兩部分組成，即屬性的名稱和屬性的取值。（3）實體型和實體集用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。例如，學生(學號，姓名，性別，出生年份，系，入學時間)就是一個實體型。同類型實體的集合稱為實體集。（4）實體間的聯系實體與實體之間以及實體與組成它的各屬性間的關系稱為實體間的聯系。例如，一名學生可以學習多門課程，每門課程又有多名同學選修；一名教師可以教授多名學生，而每名學生又由多名教師講授。課程和學生，教師和學生之間都具有實體間的聯系。

實體間的聯系分為三種情況：①一對一聯系（1:1）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯系，記為1:1。②一對多聯系（1:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有個n實體（n≥0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多有一個實體與之聯系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯系，記為1:n。③多對多聯系（m:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m≥0）與之聯系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯系，記為m:n

。舉例:對于教學管理系統來說,(1)一個學生只能有一個學號，而一個學號只能指向一個學生，則學生與學號之間具有一對一聯系(1:1)。(2)一個班級中有若干名學生，而每個學生只在一個班級中學習，則班級與學生之間具有一對多聯系(1:n)。(3)一門課程同時有若干個學生選修，而一個學生可以同時選修多門課程，則課程與學生之間具有多對多聯系(m:n)。（5）實體-聯系模型實體-聯系模型是反映實體之間聯系的結構形式，簡稱E-R模型。描述E-R模型通常E-R圖表示，E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯系的方法。E-R圖有三個要素：①實體型：用矩形表示，矩形框內寫明實體名。②屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來。③聯系：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型(1:1，1:n或m:n)。學生課程選課學號姓名性別專業課號課名學分圖1-2學生和課程實體-聯系圖2．實現模型為了反映現實世界中的客觀事物本身及其與其它事物之間的聯系，將數據按雜一定的結構存儲在數據庫中，這種結構就是實現模型，也為數據模型。數據模型是數據之間邏輯關系的一種反映。數據模型通常分為三種類型：層次模型網狀模型關系模型。（1）層次模型從數據結構的角度來說，層次模型是有向樹結構，其主要特征如下：有且僅有一個結點無父結點，這個結點稱為根結點；其他結點有且僅有一個父結點。某高校的系級組織結構如圖1-3所示。學院系1系2系3系4專業1專業2專業1專業2專業1專業2專業1圖1-3層次模型結構圖（2）網狀模型從數據結構的角度來說，網狀模型是一個有向圖結構，其主要特征如下：允許一個以上的結點無父結點；一個結點可以有多于一個的父結點。在教學過程中，學生、教師、課程和教室之間的關系可用網狀模型表示，如圖1-4所示。教師學生課程教室圖1-4網狀模型結構圖（3）關系模型在關系模型中，數據的邏輯結構是一個二維表，由行和列組成。一個關系對于一個表，以二維表的形式表示實體和實體之間聯系的數據模型稱為關系數據模型。在關系模型中，操作對象和操作結果都是二維表。關系模型是目前最重要的數據模型，被幾乎所有數據庫管理系統支持。在教學管理系統中，學生信息、教師信息和課程信息分別用表1-1、表1-2和表1-3表示。

表1-1學生信息學號姓名性別出生日期婚否政治面貌家庭住址電話號碼05040011周強男2005-11-12否團員沈陽市沈河區024-8899432105010001劉一丁男1986-1-1否共青團員北京市海淀區010-211111105040002王霖男1985-6-8否團員北京市海淀區010-345678905040003趙莉女1985-12-23否民主黨派北京市西城區876854405020001李想女1983-11-12是無北京市東城區029-898675605020002張男女1983-6-5是團員北京市大興區6922000005020003李悅明男1984-4-5否團員北京市房山區89002345表1-2教師信息職工號姓名性別參加工作日期職稱工資系部郵政編碼04004許亞芬女1995-6-23副教授2900.00計算機系10008504008周樹春男1984-6-2教授1200.00計算機系10008504012張振男2005-3-28助教2900.00計算機系10008505004張雨生女2001-2-28教授3400.00管理系10007705024汪家偉女2004-5-29助教1800.00管理系10008506001王中合男1985-6-16副教授1500.00外語系10005106004龍云女1994-7-20講師3000.00外語系10001007001郝愛民男1980-6-30教授2700.00藝術設計系10008407005劉麗女1994-6-28講師1700.00藝術設計系100015表1-3課程信息課程號課程名稱開課學期學時學分課程性質B010101大學英語一724必修B020101高等數學一804必修B040101電路基礎一804必修B040201計算機基礎一402公選B040205計算機組成原理二925必修B040202C程序設計二643必修B030101大學語文二362公選B040203離散數學三643必修B040204數據結構三724必修B040206操作系統三643必修B040209計算機網絡四643必修X040207網頁制作與發布五402限選B040218畢業設計六10實踐關系模型是建立在數學二維理論基礎上，概念單一，結構簡單，實體間的聯系都用關系表示。關系模型具有更高的數據獨立性，更好的安全性。基于關系模型的數據庫系統是目前應用最廣泛的一種數據管理系統，它具有完備的理論基礎，簡單的數據模型，使用起來也比較方便。1．2關系型數據庫的基本概念利用關系模型建立的數據庫就是關系型數據庫。關系數據庫建立在嚴格的數學二維理論基礎上，數據結構簡單，易于操作和管理。在關系數據庫中，數據被分散到不同的數據表中，每個表中的數據只記錄一次，從而避免數據的重復輸入，減少數據冗余。1.2.1基本概念用關系模型建立的數據庫就是關系型數據庫。關系數據庫建立在嚴格的數學二維理論基礎上，數據結構簡單，易于操作和管理。在關系數據庫中，數據被分散到不同的數據表中，每個表中的數據只記錄一次，從而避免數據的重復輸入，減少數據冗余。1．關系一個關系就是一個二維表，每個關系都有一個關系名。在Access中，一個關系可以存儲在一個數據表中，每個表有唯一的表名，即數據表名。2．元組在二維表中，每一行稱為一個元組，對應表中一條記錄。例如，在表1-2中，高等數學的信息用元組（B0001，高等數學，公共必修，5）表示，而該元組表示的是高等數學課程的信息，在表中對應一條記錄。

3．屬性在二維表中，每一列稱為一個屬性，每個屬性都有一個屬性名。在Access數據庫中，屬性也稱為字段。字段由字段名、字段類型組成，在定義和創建表時對其進行定義。在學生表中，有字段“姓名”，而其類型為字符型。4．域屬性的取值范圍稱為域，即不同的元組對同一屬性的取值所限定的范圍。例如，“性別”屬性的取值范圍只能是“男”或“女”，“年齡”屬性只能是大于0的整數。“成績”屬性應在0～100之間。5．關鍵字、主鍵關鍵字是二維表中的一個屬性或若干屬性的組合，即屬性組，它的值可以唯一地標志一個元組。例如，在學生表中，學號可以作為學生表的關鍵字，而姓名不能作為關鍵字。當一個表中存在多個關鍵字時，可以指定其中一個作為主關鍵字，而其它的關鍵字為候選關鍵字。主關鍵字稱為主鍵。6．外部關鍵字如果一個關系中的屬性或屬性組并非該關系的關鍵字，但它們是另外一個關系的關鍵字，則稱其為該關系的外關鍵字。1.2.2關系運算在關系數據庫中，可以對表中的數據進行處理，如查找滿足條件的記錄，或選取某些列，或從多個表中獲取數據項。采用的操作：三種關系運算，即選擇、投影和連接。（1）選擇選擇運算是指在關系中選擇滿足條件的元組，也就是在二維表中選擇滿足指定條件的行。例如，在學生表中，若查詢所有男同學的信息，則使用選擇運算，條件是：性別=“男”。（2）投影投影運算是指在關系中選擇某些屬性，也就是在二維表中選擇某些列。例如，在學生表中，取學生的學號、姓名、性別生成學生名單，則可以使用投影運算來實現。（3）聯接聯接是將兩個和多個關系模式通過公共的屬性名連接成一個新的關系模式，生成的新關系包含滿足聯接條件的元組。例如：設有三個關系：學生（學號，姓名，所在系，性別，現住址）；課程（課程號，課程名，學分）；選修（學號，課程號，成績）。若想查詢成績90分以上的學生姓名。聯接結果包括學生、課程、選修三個關系中屬性的并集。連接運算的兩種形式：

等值連接、自然聯接。等值連接以連接條件中的關系運算符“=”表示，即兩個屬性等值連接。自然聯接是去掉重復屬性的等值連接。它屬于聯接運算的一個特例。1.2.3關系的完整性關系模型對數據一般都具有一定的限制，這種限制稱為完整性或完整性約束。關系模型的完整性是保證關系數據表正確的關鍵。關系模型支持的完整性約束有3種：實體完整性約束參照完整性約束域約束完整性約束。1．實體完整性約束實體完整性規則是指關系中主鍵不能取空值和重復的值。單列主鍵的值不能為空，復合主鍵的任何列也不能接收空值。例如，在學生信息表中，“學號”為該表的主鍵，那么在數據庫的任何記錄中，“學號”列的值都不能為空。這樣的約束稱為實體完整性約束。2．參照完整性約束參照完整性約束是指邏輯相關的表中值與值之間的約束關系。假設X是一個表A的主鍵，在表B中是外鍵，那么若K是表B中一個外部鍵值，則表A中必然存在X上的值為K的記錄。例如，“系號”是院系信息表的主鍵，而在學生信息表中是相對于院系信息表的外鍵（學生信息表中的主關鍵字是由“學號”和“系號”組合而成），對于學生信息表的任何記錄，其所包含的“系號”的值，在院系信息表的“系號