第1章关系数据库基础关系数据库建立在关系数据模型基础之上。它可以使两个数据表中的值匹配，将一个数据表中的数据与另一个数据表中的数据相关联。在关系数据库中，通常只存储特定类型的数据。Access 是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库管理系统（RDBMS），是Office系列应用软件之一。本章围绕Access 2003数据库应用软件，介绍关系数据库中一些简单的理论内容。通过这些理论内容再深入地学习Access 2003数据库的相关内容。本章学习要点 数据库概述 数据模型 关系模型理论 完整性及范式理论1.1 数据库概述数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。在日常工作中，常常需要把某些相关的数据放进数据库，并根据管理的需要进行相应的处理。1.1.1 数据库的基本概念在学习数据库之前，首先了解数据库的概念。如果从不同的角度来描述数据库，则数据库的概念也就有不同的定义。如数据库是一个“记录保存系统”（强调数据库是若干记录的集合）；数据库是“人们为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合”（重于数据的组织性）等。当然，各种说法不一，并不严谨。下面介绍数据库的一些基本概念，有助于更好地了解数据库。1数据与信息数据是描述事物的符号记录。描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等多种表现形式。为了了解世界，交流信息，人们需要描述事物。在日常生活中，可以直接用自然语言（如汉语）来描述。有时需要将这些事物记录下来，即将事物变成信息进行存储。而信息是对客观事物属性的反映，也是经过加工处理并对人类客观行为产生影响的数据表现形式。例如，在计算机中，为了存储和处理这些事物，需要抽象地描述这些事物的特征。下面以“学生信息表”为例，通过学号、姓名、性别、年龄、系别、专业和年级等内容来描述学生在校的特征：（0411002郑晓明女25历史系文学历史04专升本）这里的学生记录就是信息。在数据库中，记录与事物的属性是对应的关系，其表现如示意图1-1所示。 记录信息2数据库（Database，DB）从上述内容中可以理解数据库为存储在一起的相互有联系的数据集合，所以可以将它比作一个存储数据的“仓库”。在这个“仓库”中，数据被分门别类、有条不紊的保存。严格地说，数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时，则该系统包含一个“数据库集合”。这是J.Martin给数据库下的一个比较完整的定义。 存储信息因此，在Access数据库中，可以将这个“数据仓库”以表的形式表现出来。其中，每条记录中存储的内容即所指的信息。例如，在“图书信息表”中，“图书信息表”数据表存储了图书情况的数据内容，如图1-2所示。通过数据库记录数据，与以前的数据记录方式相比，可以带来许多好处：如减少了数据的冗余度，从而大大节省了数据的存储空间；实现数据资源的充分共享等。此外，数据库技术还为用户提供了非常简便的使用手段使用户易于编写有关数据库应用程序。3数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。 定义数据 删除记录用户通过DBMS访问数据库中的数据，数据库管理员也通过DBMS进行数据库的维护工作。它提供多种功能，可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立、修改和询问数据库。主要包括以下几方面的功能： 数据定义功能DBMS提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），通过它可以方便的对数据库中的数据对象进行定义。例如，在Access数据表中，可以定义数据的类型、数据的属性（如字段大小、格式）等，如 图1-3所示。 数据操纵功能DBMS还提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML），可以使用DML操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。例如，在“图书信息表”中，可以右击记录，执行【删除记录】命令，即可删除数据内容，如图1-4所示。 数据库的运行管理 分析数据表中的数据数据库在建立、运用和维护时，由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性。 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；数据库的管理重组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能通常是由一些实用程序完成的。例如，执行【工具】|【分析】|【性能】命令，弹出【性能分析器】对话框，在【表】选项卡中，启用【库存图书表】复选框，单击【确定】按钮，即可在【性能分析器】对话框中显示分析结果，如图1-5所示。4数据库系统（DataBase System，DBS）数据库系统数据库系统是一个实际可运行的存储、维护和为应用系统提供数据的软件系统。它通常由存储介质、软件、处理对象和管理系统、数据库和数据管理员组成，如图1-6所示。其中，软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数据库由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员（DataBase Administrator，DBA）负责创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用的人有效使用。数据库管理员一般由业务水平较高、资历较深的人员担任。1.1.2 数据管理技术的发展数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。数据的处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。它经历了人工管理、文件管理、数据库管理3个阶段。每一阶段的发展以数据存储冗余不断减小、数据独立性不断增强、数据操作更加方便和简单为标志，各有各的特点。1人工管理阶段早期，人们运用常规的手工从事记录、存储和加工数据，也就是利用纸张来记录及计算，并主要使用人的大脑来管理这些数据。计算机主要用于数值计算，也无管理数据的软件，并且计算机内记录的数据量小、数据无结构。用户直接进行管理，数据间缺乏逻辑组织，数据仅依赖特定的应用，缺乏独立性，如图1-7所示。人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系文件系统数据不能长期保存，一个程序中的数据无法被其他程序利用，程序与程序间存在大量的重复数据，称为数据冗余。2文件系统阶段这一阶段，计算机处理数据的速度和存储能力大大提高，可直接存取的磁盘成为联机的主要外存，软件上也出现了高级语言和操作系统。这样数据可长期保存在计算机外存上，可以对数据进行反复处理，并支持文件的查询、修改、插入和删除等操作，这就是文件系统。但是这一时期的文件系统的数据文件主要是服务于某一特定的应用程序，数据和程序相互依赖，而且同一数据项可能重复出现在多个文件中，数据冗余量大，浪费空间，增加更新开销。由于冗余多，不能统一修改数据，造成了数据的不一致性。在文件系统阶段，程序与数据之间的关系如图1-8所示。文件系统是专门管理外存储器的数据管理软件。在文件系统阶段，程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开，有了程序文件和数据文件的区别。3数据库系统阶段20世纪60年代后期，计算机性能得到了进一步的提高，应用范围也越来越广泛。同时多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合的要求越来越强烈。更重要的是出现了大容量磁盘，存储容量大大增加且价格下降。数据库系统技术此时，为克服文件系统管理数据时的不足，满足和解决实际应用中多个用户、多个应用程序共享数据的要求，从而使数据能为尽可能多的应用程序服务，数据库技术便应运而生，出现了统一管理数据的专门软件系统数据库管理系统，如图1-9所示。4技术特点的简单比较用数据库系统来管理数据比文件系统具有明显的优点，从文件系统到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃。20世纪80年代后不仅在大、中型计算机上实现并应用了数据管理的数据库技术，如Oracle、Sybase、Informix等，在微型计算机上也可使用数据库管理软件，如常见的SQL Server、Access、FoxPro等软件，使数据库技术得到了广泛应用和普及。1.1.3 数据库系统的三级模式结构 数据库的系统结构数据模式是数据库的框架，是数据模型用数据描述语言给出的精确描述。数据库系统的结构一般划分为3个层次，它们是概念模式、外模式和内模式，如图1-10所示。这样，整个数据库的体系结构可以分为三级模式和二级映射，其中三级模式包含有以下3种。1概念模式概念模式亦称模式，是数据库的总框架。描述数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性，基本操作和目标与目标及目标与操作的关系和依赖性，以及对数据的安全性、完整性等方面的定义。所有数据都按这一模式进行装配。概念模式由概念模式描述语言DDL来进行描述。概念模式的一个具体值称为模式的一个实例（Instance）。同一个模式可以有很多实例。模式是相对稳定的，而实例是相对变动的。模式反映的是数据的结构及其关系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。2外模式外模式亦称子模式，是数据库用户的数据视图。它属于概念模式的一部分，描述用户数据的结构、类型、长度等。所有的应用程序都是根据外模式中对数据的描述而不是概念模式中对数据的描述而编写的。一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。3内模式内模式亦称存储模式，是对数据库在物理存储器上的具体实现的描述。它规定数据在存储介质上的物理组织方式、记录寻址技术、定义物理存储块的大小，溢出处理方 法等。为了实现上述3个抽象级别的模式联系和转换，数据库管理系统在这三层结构之间提供了二级映像。 逻辑映像（外模式/模式映像）对于每一个外模式，数据库系统都有一个逻辑映像。它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式的映像作相应改变，可以使外模式保持不变，从而不必修改应用程序，保证了数据的逻辑独立性。如： 在模式中增加新的记录类型，而不破坏原有记录类型之间的联系； 在原有记录类型之间增加新的联系； 在某些记录类型中增加新的数据项。 物理映像（模式/内模式）数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以物理映像是唯一的。它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对物理映像作相应改变，可以使模式保持不变，从而保证了数据的物理独立性。如： 改变存储设备或引进新的存储设备； 改变数据的存储位置； 改变存储记录的体积； 改变数据组织方式。1.2 数据模型数据模型（Data Model）是现实世界数据特征的抽象。它不仅反映数据本身的内容，而且反映数据之间的联系。1.2.1 数据模型概述数据模型的转变数据库是某个单位、企业、组织所涉及的数据的综合，它不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以需要事先将具体事物转换成计算机能够处理的数据。描述从现实世界转换为DBMS所支持的数据模型，如 图1-11所示。不同的数据模型实际上所提供的