Access 2010数据库技术与应用 (第三版)(本科教材)

第1章 数据库系统概述 数据库是数据管理的一种技术，是计算机科学的重要分支。在当今信息社会中，信息已经成为各行各业的重要财富和资源，对数据库的应用无处不在。通过课程学习，掌握数据库的基本知识及使用方法不仅是计算机专业、信息管理专业学生的基本技能，也是非计算机专业学生应该具备的技能。 本章主要介绍数据库系统的基本概念，包括数据库系统常用术语、数据库管理系统、关系数据模型、关系运算等基础知识，并概要认识Access 2010的6种数据对象。 1.1 数据库的基本概念 早期的计算机主要用于科学计算，当计算机应用于生产管理、商业财贸、情报检索等领域时，它面对的是数量惊人的各种类型的数据。为了有效地管理和利用这些数据，就产生了数据库技术。 1.1.1 数据和信息 数据是数据库系统研究和处理的对象，本质上讲是描述事物的符号记录。数据用类型和值来表示。在现实世界中，数据类型不仅有数字符号、文字符号，而且有图形、图像、声音等。 信息是加工过的数据，这种数据对人类社会实践、生产及经营活动能产生决策性影响。也就是说，信息是一种数据，是经过数据处理后对决策者有用的数据。 所有的信息都是数据，而只有经过提炼和抽象之后，对决策者具有使用价值的数据才能称为信息。经过加工所得到的信息仍以数据的形式表现，此时的数据是信息的载体，是人们认识信息的一种媒体。 1.1.2 数据处理技术的发展概况 数据处理也称为信息处理。所谓数据处理，实际上就是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、存储、分类、排序、维护、加工、统计和传播等一系列操作过程。数据处理的目的是从人们收集的大量原始数据中获得人们所需要的资料并提取有用的数据成分，作为行为和决策的依据。 数据处理的核心问题是数据管理。数据管理指的是对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等。在计算机软硬件发展的基础上，在应用需求的推动下，数据管理技术得到了很大的发展，它主要经历了人工管理、文件系统和数据库系统3个发展阶段。 1. 人工管理阶段 20世纪50年代中期以前，计算机主要用于数值计算。在这一阶段，外存储器还只有卡片机、纸带机、磁带机，没有像硬盘一样可供客户快速、随机存储的外存储器；软件方面，没有操作系统和数据管理软件支持，数据处理方式基本是批处理。在这一管理方式下，应用程序与数据之间不可分割，当数据有所变动时程序随之改变，数据的独立性差。另外，各程序之间的数据不能相互传递，缺少数据的共享性。在人工管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图1.1所示。 人工管理阶段数据处理的特点如下。 (1) 数据不保存。这一阶段处理数据的过程是将数据与其对应的程序一同输入内存，通过应用程序对数据进行加工处理后输出处理结果，计算任务完成，随着应用程序的释放，数据也将从内存中释放。 (2) 应用程序与数据之间缺少独立性。应用程序与数据之间相互依存，不可分割，设计应用程序时不仅要设计数据处理的算法、数据的逻辑结构，还要指明数据在存储器上的存储地址，当数据有所变动时应用程序随之改变，编程效率很低。 (3) 数据不能共享。由于数据与应用程序不具有独立性，一个应用程序只能对应一组数据，各程序之间的数据不能相互传递，若多个应用程序需要使用同一组数据，仍然需要逐个进行数据定义，不能相互调用。数据不能共享，造成应用程序之间的大量数据冗余。 2. 文件系统阶段 20世纪50年代后期至60年代中后期，硬件方面，磁鼓、磁盘等联机外存储器研制成功并投入使用；软件方面，高级语言和操作系统软件出现，计算机应用不仅仅用于科学计算，同时开始以“文件”的方式介入数据处理。 在这一阶段，数据被组织成数据文件，这种数据文件可以脱离应用程序而独立存在，数据文件可长期保存在硬盘中多次存取。由于使用专门的文件管理系统实施数据管理，应用程序与数据文件之间具有了一定的独立性，同时数据的逻辑结构与物理结构之间也具有一定的相对独立性。文件系统阶段应用程序与数据之间的关系如图1.2所示。 图1.1 人工管理阶段应用程序与数据的关系 图1.2 文件系统阶段应用程序与数据的关系 文件系统阶段数据处理的特点如下。 (1) 数据可长期保存。外存储器的出现，使得数据处理过程中用到的数据可以以文件形式长期保存在硬盘上，供用户反复调用和进行更新操作。 (2) 应用程序与数据之间有了一定的独立性。在文件系统阶段，操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法，应用程序与数据之间有了数据存取接口，应用程序可以通过文件名对数据进行访问，不必再寻找数据的物理位置，至此，数据有了物理结构与逻辑结构的区别，因此比人工管理阶段前进了一大步。但此时，应用程序是基于特定的物理结构和特定的存取方法进行程序访问的，数据文件与应用程序仍彼此依赖，它们之间的独立性只是相对的“设备独立性”。 (3) 数据文件形式多样化。有了直接存取的存储设备，文件的形式不局限于顺序文件，还有了随机文件等，因而，对数据文件的访问可以是顺序访问，也可以是随机访问。 (4) 数据文件不再只属于一个应用程序。在文件系统阶段，一个数据文件可被多个应用程序使用，一个应用程序也可使用多个数据文件。由于应用程序对数据的访问基于物理结构和特定的存取方法，应用程序对数据的依赖不能从根本上改变。 (5) 仍有一定的数据冗余。由于数据文件的设计很难满足多个用户的不同需求，大多数情况下，仍是一个应用程序对应一个数据文件，同样的数据会出现在不同的应用程序中。 (6) 数据的不一致性。由于有一定的数据冗余，在进行数据更新时，可能导致同样的数据在多个应用程序中的不一致问题。 3. 数据库系统阶段 在20世纪60年代后期，计算机性能得到很大提升，人们为了克服文件系统的不足，开发出一种软件系统，称为数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS)，从而将传统的数据库管理技术推向一个新阶段，即数据库系统阶段。 一般来说，数据库系统由计算机软硬件资源组成。它实现了有组织地、动态地存储大量的相关联数据，方便多用户访问。它与文件系统的重要区别是数据的充分共享、交叉访问及应用程序的高度独立性。通俗地讲，数据库系统可把日常的一些表格、卡片等数据有组织地集合在一起，输入计算机中，然后通过计算机处理，再按一定要求输出结果。所以，数据库相对文件系统来说，主要解决了以下3个问题。 (1) 有效地组织数据，主要指对数据进行合理设计，以便计算机存取。 (2) 将数据方便地输入到计算机中。 (3) 根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来(这是人们处理数据的*终目的)。 数据库也是以文件方式存储数据的，它把所有应用程序中使用的数据汇集在一起，并以记录为单位存储起来，便于应用程序查询和使用，其关系如图1.3所示。 图1.3 数据库系统阶段应用程序与数据的关系 数据库系统与文件系统的区别是，数据库对数据的存储是按照同一结构进行的，不同的应用程序都可以直接操作这些数据(体现了应用程序的高度独立性)。数据库系统，而不是应用程序，对数据的完整性、**性和安全性提供一套有效的管理手段(体现了数据的充分共享性)。数据库系统还提供管理和控制数据的各种简单操作命令，使用户编写程序时容易掌握(体现了操作的方便性)。 数据库系统的出现是计算机数据处理技术的重大进步，它具有以下特点。 (1) 实现数据共享。数据共享允许多个用户同时存取数据而互不影响。数据共享包括3个方面：首先，所有用户可以同时存取数据；其次，数据库不仅可以为当前的用户服务，而且可以为将来的新用户服务；*后，可以使用多种语言完成与数据库的接口设计。 (2) 实现数据独立。所谓数据独立是指应用程序不随数据存储结构的改变而改变。数据独立包括两个方面：物理数据独立和逻辑数据独立。 物理数据独立是当数据的存储格式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响用户设计的应用程序，即用户的应用程序无须修改。 逻辑数据独立是当数据库逻辑结构变化时(如数据定义的修改、数据间联系的变更等)，不会影响到用户的应用程序。 数据独立性提高了数据处理系统的稳定性，从而提高了程序维护的效率。 (3) 减小了数据冗余度。在数据库系统中，用户的逻辑数据文件和具体的物理数据文件不必一一对应，存在着“多对一”的重叠关系，有效地节约了存储资源。 (4) 避免了数据的不一致性。由于数据只有一个物理备份，所以数据的访问不会出现不一致的情况。 (5) 加强了对数据的保护。数据库中加入了安全保密机制，可以防止对数据的非法存取。由于进行集中控制，故有利于控制数据的完整性。数据库系统还采取了并发访问控制，保证了数据的正确性。 4. 数据库技术的新进展 20世纪80年代以来，数据库技术经历了从简单应用到复杂应用的巨大变化，数据库系统的发展呈现出百花齐放的局面。目前在新技术内容、应用领域和数据模型三个方面都取得了很大进展。 数据库技术与其他学科的有机结合是新一代数据库技术的一个显著特征，出现了各种新型的数据库，例如： ① 数据库技术与分布处理技术相结合，出现了分布式数据库； ② 数据库技术与并行处理技术相结合，出现了并行数据库； ③ 数据库技术与人工智能技术相结合，出现了知识库和主动数据库系统； ④ 数据库技术与多媒体处理技术相结合，出现了多媒体数据库； ⑤ 数据库技术与模糊技术相结合，出现了模糊数据库等。 数据库技术应用到其他领域中，出现了数据仓库、工程数据库、统计数据库、时态数据库、空间数据库、时空数据库、实时数据库、内存数据库、科学数据库以及Web数据管理、流数据管理、无线传感器网络数据管理等多种数据库技术，扩大了数据库的应用领域。 1.1.3 数据库的定义 数据库是利用信息技术和方法管理数据的成果。数据库(DataBase，DB)顾名思义是存放数据的仓库，可以把数据库简单地定义为“人们为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在计算机中的相关数据的集合”。 所谓数据库，是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩张性，并可以为各种用户共享。 1.1.4 数据库管理系统 在收集、整理出一个系统所需要的数据之后，如何合理地组织与存储数据，如何高效地处理这些数据都是必须解决的问题，这些问题都可以交给数据库管理系统来解决。 数据库管理系统是数据库系统的一个重要组成部分，是操作和管理数据库的软件系统，在计算机软件系统的体系结构中，数据库管理系统位于用户和操作系统之间，如Access、Visual FoxPro、SQL Server、Oracle等都是常用的数据库管理系统。数据库管理系统负责数据库在建立、使用、维护时的统一管理和统一控制。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操作数据；能够保证数据的安全性、完整性；能够保证多用户对数据的并发使用以及发生错误后的系统恢复。 数据库管理系统的功能包括以下几点。 (1) 数据库定义功能。DBMS提供数据定义语言(Data Definition Language，DDL)，使得用户通过它可以方便地对数据库结构进行定义和描述。 (2) 数据操作功能。DBMS提供数据操作语言(Data Manipulation Language，DML)，实现对数据库数据的增加、修改、删除