计算机基础实训教程,第8章 数据库技术基础,新世纪高职高专规划教材,主要内容,数据库技术即数据管理技术，是对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的技术，数据库技术作为数据管理最有效的手段，极大的促进了计算机应用的发展。本章将介绍数据库、数据库系统、数据管理系统、数据模型等基础理论知识。,数据库基础知识 数据库系统基础知识 数据库管理系统 数据库设计的步骤 关系型数据库 使用Access 2007,本章重点,8.1 数据库简介,数据库(Data Base)是计算机应用系统中的一种专门管理数据资源的系统。数据有多种形式，如文字、数码、符号、图形、图像以及声音等。 数据库的概念 数据处理,8.1.1 数据库的概念,数据库就是数据的集合，例如，日常生活中，公司记录了每个员工的姓名、地址、电话、学号等信息，这个员工记录就是一个简单的“数据库”(如图8-1所示)。每个员工的姓名、员工编号、性别等信息就是这个数据库中的“数据”，我们可以在这个“数据库”中添加新员工的信息，也可以由于某个员工的离职或联系方式变动而删除或修改该数据。 实际上“数据库”就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”，在信息社会中，数据库的应用非常广泛，如银行业用数据库存储客户的信息、账户、贷款以及银行的交易记录；外贸公司里用数据库存储仓储信息、交易额、交易量等。,8.1.2 数据处理,数据处理就是将数据转换为信息的过程，它包括对数据库中的数据进行收集、存储、传播、检索、分类、加工或计算、打印和输出等操作。 数据是对事实、概念或指令的一种表达形式，可由人工或自动化装置进行处理，数据经过解释并赋予一定的意义之后，便成为信息。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。数据处理是系统工程和自动控制的基本环节。数据处理贯穿于社会生产和社会生活的各个领域。例如，向【员工信息表】数据表中增加一条记录，或者在该表中查找某学生的出生日期操作都属于数据处理。,8. 2 数据库系统简介,数据库系统，从根本上说是计算机化的记录保持系统，它的目的是存储和产生所需要的有用信息。这些有用的信息可以是使用该系统的个人或组织的有意义的任何事情，是对某个人或组织辅助决策过程中不可少的事情。 数据库系统的概念 数据库系统的特点 数据库系统的分类 数据库系统的体系结构,8.2.1 数据库系统的概念,狭义地讲，数据库系统是由数据库、数据库管理系统和用户构成。广义地讲，数据库系统是指采用了数据库技术的计算机系统，它包括数据库、数据库管理系统、操作系统、硬件、应用程序、数据库管理员及终端用户 。,8.2.2 数据库系统的特点,面向文件的系统存在着严重的局限性，随着信息需求的不断扩大，克服这些局限性就显得愈加迫切。图8-4是传统的文件管理系统的示意图。,8.2.3 数据库系统的分类,对于企业而言，数据信息同样是宝贵的资产，应该妥善地使用、管理并加以保护。根据数据库存放位置的不同，数据库系统可以分为集中式数据库和分布式数据库。下面将具体介绍这两种数据库系统类型。 集中式数据库 分布式数据库,集中式数据库,分布式数据库,8.2.4 数据库系统的体系结构,数据库系统有着严谨的体系结构。虽然目前许多用户运行的数据库类型和规模有所不同，但是它们的体系结构算是大体相同。美国国家标准委员会所属标准计划和要求委员会(Standards Planning And Requirements Committee)在1975年公布了一个关于数据库标准的报告，提出了数据库的三级结构组织，也就是SPARC分级结构。三级结构对数据库的组织从内到位分3个层次描述，分别为内模式、概念模式(简称为模式)和外模式。,8.3 数据库管理系统,数据库管理系统，简称DBMS，由一个互相关联的数据的集合和一组访问这些数据的程序组成，它负责对数据库的存储数据进行定义、管理、维护和使用等操作，因此，DBMS是一种非常复杂的、综合性的、在数据库系统中对数据进行管理的大型计算机系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。 数据库管理系统的功能 数据库管理系统的组成,8.3.1 数据库管理系统的功能,数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，主要包括以下功能。 数据定义功能：数据库管理系统提供数据定义语言(DDL，Data Definition Language)，用户可以使用它定义数据库中的数据对象。以结构化查询语言SQL为例，其DDL语言有Create Table/Index、Drop Table/Index等语句，可分布供用户建立和删除关系型数据库的关系(二维表)，或者建立和删除数据库关系的索引。 数据操纵功能：数据库管理系统提供数据操纵语言(DML，Data Manipulation Language)，用户可以使用它实现对数据库中数据的查询、更新等操纵。如SQL语言中的SELECT、FROM、EHERE等。 数据库的运行管理：数据库的建立、运用和维护是由数据库管理系统统一管理和控制，用以保证数据的安全性、完整性、并发控制以及出现故障后的系统恢复。 数据库的建立和维护功能：使用该功能可以完成对数据库开始数据的录入和转换，数据的转换、恢复和重组织，实现对数据库的性能监视和性能分析等。 数据通信功能：主要包括数据库与用户应用程序的接口，以及数据库与操作系统的接口。,8.3.2 数据库管理系统的组成,DBMS大多是由许多系统程序所组成的一个集合。每个程序都有各自的功能，一个或几个程序一起协调完成DBMS的一件或几件工作任务。各种DBMS的组成因系统而异，一般来说，它由以下几个部分组成。 语言编译处理程序：语言编译处理程序主要包括数据描述语言翻译程序、数据操作语言处理程序、终端命令解释程序、数据库控制命令解释程序等。 系统运行控制程序：主要包括系统总控程序、存取控制程序、并发控制程序、完整性控制程序、保密性控制程序、数据存取和更新程序和通信控制程序等。 系统建立、维护程序：主要包括数据装入程序、数据库重组织程序、数据库系统恢复程序和性能监督程序等。 数据字典：数据字典通常是一系列表，它存储着数据库中有关信息的当前描述。它能帮助用户、数据库管理员和数据库管理系统本身使用和管理数据库。,8.4 数据库设计的一般步骤,数据库应用程序的开发过程是一项复杂的系统工程。通过大量的研究和实践，人们提出了不少开发数据库的方法，如新奥尔良法(New Orleans)，规范化法和基于E-R模型的数据库设计方法等。这些方法都将数据库开发纳入到软件工程的范畴，把软件工程的原理、技术和方法应用到数据库开发中。 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施 数据库的运行与维护,8.4.1 需求分析,需求分析的具体步骤如下。 调查基本情况：包括了解各部门的组成情况和职责等，为分析信息流程做准备。 调查业务活动情况：包括了解各部分使用的数据类型、输入内容、数据处理、输出等。此步骤是需求分析的重点调查对象。 明确需求：掌握了业务活动后，协助用户明确对新系统的各种需求，包括信息要求、处理要求、安全与完整型要求等。 确定新系统的边界：对调查结果进行初步的分析，确定分别由计算机和人工完成各项功能。,8.4.2 概念结构设计,概念结构设计的主要特点如下。 能够真实地反映现实世界。 易于理解：可以使用它与用户交换意见，用户积极参与是数据库设计成功的关键。 易于更改：当应用环境与应用需求改变时，容易对概念模型修改和扩充。 易于数据模型的转换：能够实现向关系、网状、层次等各种数据模型转换。 此外，对概念结构而言有4种设计思路，即自顶向下设计、自底向上设计、逐步分解设计、混合策略设计。,8.4.3 逻辑结构设计,逻辑结构设计是数据库设计的第3个阶段，它将概念结构设计的结构转换为某个数据库管理系统所支持的数据模型，并对其进行优化。 由于逻辑设计与具体的数据库管理系统有关。以Microsoft Office Access为例，逻辑结构设计主要完成两个任务： 按照一定的原则将数据组织成一个或多个数据库，指明每个数据库中包含哪几个表，并指出每个表包含的字段。 确定表间关系。通俗地说，就是设计一种逻辑结构，通过该逻辑结构能够导出与用户需求一致的结果。如果不能达到用户的需求，就要反复修正或重新设计,8.4.4 物理结构设计,物理结构设计阶段是数据库设计的第4个阶段，它将为逻辑结构设计的结构选择一个最为合适的应用环境的物理结构存储结构和存储方法。 物理结构设计同样依赖于具体的数据库管理系统。对Access来说，物理结构的设计过程通常包括以下步骤： 创建数据库 创建表 创建表之间的关系 针对不同的数据库管理系统，要根据其特点和处理的需要，进行物理存储的安排，建立索引，形成数据库的内模式。,8.4.5 数据库实施,数据库实施阶段是数据库设计的第5个阶段，是建立数据库的实质性阶段，需要完成装入数据、完成编码、进行测试等工作。 完成以上工作后，即可投入试运行，即把数据库连同有关的应用程序一起装入计算机，从而考察他们在各种应用中能否达到预定的功能和性能要求。,8.4.6 数据库的运行与维护,数据库的运行与维护是数据库设计的最后一个阶段，数据库系统经过调试运行后即可投入正式运行。在运行过程中还需要对其评价、调整和修改，甚至还有进行备份。 完成了部署数据库系统，用户也开始使用系统，但这并不标志着数据库开发周期的结束。要保持数据库持续稳定地运行，需要数据库管理员具备特殊的技能，同时要付出更多的劳动。而且，由于数据库环境是动态的，随着时间的推移，用户数量和数据库事务不断扩大，数据库系统必然增加。因此，数据库管理员必须持续关注数据库管理，并在必要的时候对数据库进行升级。,8.5 关系数据库,关系模型是用二维表格结构来表示实体与实体之间联系的数据模型。关系模型的数据结构是一个二维表框架组成的集合，而每个二维表又可称为关系，每个二维表都有一个名字。目前大多数数据库管理系统都是关系型的，如Access就是一种关系型的数据库管理系统。本节将为读者介绍关系数据模型最基本的术语概念和常见的关系运算。,8.5.1 关系,关系是一个具有如下特点的二维表。 行存储实体的数据； 列存储实体属性的数据； 表中单元格存储单个值； 每列具有唯一名称且数据类型一致； 列的顺序任意，行的顺序也任意； 任意两行内容不能完全重复。,8.5.2 函数依赖,函数依赖是从数学角度来定义的，在关系中用来标识关系各属性之间相互制约而又相互依赖的情况。 完全函数依赖 部分函数依赖 传递函数依赖,8.5.3 范式,一般而言，关系数据库设计的目标是生成一组关系模式，使我们既不必存储不必要的重复信息，又可以方便地获取信息。方法之一就是设计满足适当范式的模式。在学习范式前，首先来了解非规范化的表格。 第一范式 第二范式 第三范式 其他范式,第一范式,第二范式,图8-14所示的表格虽然已经符合1NF的要求，但表中仍然存在着大量的数据冗余和潜在的数据更新异常。此时，可以将表格分解成两个关系，如图8-15所示。,第三范式,如果关系模式R(U)满足第一、第二范式，且R中的所有非主属性对任何候选关键字都不存在传递信赖，则称关系R是属于第三范式的。3NF是一个可用的关系模式应满足的最低范式，也就是说，如果一个关系不服从3NF，这个关系其实是不能使用的。,其他范式,除了上面3种常见的范式外，还有其他范式，如BC范式(BCNF)、第四范式(4NF)、第五范式(5NF)。虽然它们并不常用，用户只需对它们有个了解。 BC范式(BCNF)：如果关系模式R(U)的所以属性(包括主属性和非主属性)都不传递依赖于R的任何候选关键字，那么称关系R是属于BCNF的。 第四范式(4NF)：4NF禁止主键列和非主键列，一对多关系不首约束。 第五范式(5NF)：5NF将表分割成尽可能小的块，为了排除在表中所以的冗余。,8.6 Access 2007数据库的创建与应用