Access数据库应用基础(第三版)

第1章 数据库系统概述 　　世界上**台电子计算机诞生于1946年，主要用于科学计算。到了 20世纪60年代后期，计算机的主要应用领域已经转移到数据处理方面，数据处理的核心问题是数据管理，而数据库技术是数据管理技术的基础，是数据管理大厦的基石，数据库和数据管理技术是计算机软件科学的重要分支。近年来，随着数据量的大幅度增加，社会信息化需求的日益增长，数据库技术应用已经渗透到各行各业的管理工作中。 　　1.1 数据库概述 　　1.1.1 数据、信息和数据库 　　1．数据 　　数据(Data)是对客观事物特征的抽象化和符号化的表示，凡是能够用计算机处理、加工存储的都是数据，不仅包括数值、数字、字母、汉字、民族语言，还包括图形、图像、声音、视频、动画等。一方面数据表示客观事物的属性，另一方面数据必须有一定的物理载体。例如，反映公司销售情况的报表，可以用纸质打印存储，也可以存储在计算机外存中；电影视频存储在光盘上等。 　　2．信息 　　信息(Information)是对大量数据进行处理和加工以后，对客观世界产生影响的数据。 　　3．数据库 　　数据库( DataBase，DB)是指以结构化的形式存储在计算机存储设备中的、相互之间有关联的数据的集合体。数据库中的数据来自现实世界中的事物，数据库不但包含描述事物的数据自身，还包含相关现实世界中事物之间的联系。在数据库应用系统中的一个核心问题就是设计一个能满足用户要求、性能良好的数据库，数据库设计是数据库应用的核心。 　　1.1.2 数据管理技术的发展 　　人类利用电子计算机进行数据管理的发展过程，总的来说经历了3个发展阶段：**个阶段为人工管理阶段，第二个阶段为文件系统阶段，第三个阶段为数据库系统阶段。 　　数据管理技术的**个阶段是人工管理阶段。 　　这一阶段在 20世纪 50年代中期以前。这个时期没有专门的数据管理软件，在数据处理过程中，需要在应用程序中对数据加以描述和定义，不同的应用程序均有各自的数据，数据不能够独立出来，如果数据的类型、格式、数量等改变了，应用程序也必须作相应的修改。因为数据不具有独立性，所以数据也不能为其他应用程序使用，数据不具有共享性，存在大量重复数据，数据冗余极大。人工管理阶段应用程序和数据之间的关系如图 1-1所示。 　　图 1-1 人工管理阶段应用程序和数据之间的关系 　　数据管理技术的第二个阶段是文件管理阶段。 　　文件管理阶段是在 20世纪 50年代后期至 60年代中期。由于操作系统软件的出现，应用程序和所要处理的数据分别以文件形式长期保存在计算机外部存储器中，程序与数据进行了分离，数据有了一定的独立性。但由于文件结构的设计仍然是基于特定用途的，程序与数据之间的依赖关系没有根本改变，所以不能共享数据，也导致数据冗余大，浪费存储空间，在修改数据时，易造成数据的不一致。文件管理阶段应用程序与数据之间的关系如图 1-2所示。 　　图 1-2 文件管理阶段应用程序和数据之间的关系 　　数据管理技术的第三个阶段是数据库系统阶段。 　　这个阶段从 20世纪 60年代后期开始。随着人类社会的发展，需要处理的数据量和信息量急剧增长，数据之间关系的复杂度和管理要求提高了，同时多种应用、多个应用互相覆盖 地共享数据集合的要求越来越强烈。文件管理系统中的文件之间缺乏相互联系，数据共享性差，数据冗余大，文件管理已经不能满足用户要求。这个时期的计算机软硬件水平都有了很大提高，特别是 20世纪 60年代末硬盘的广泛使用，极大地改变了数据处理的情况，硬盘可以直接对数据进行访问，硬盘的任何位置都可以在几十毫秒内被访问到，由此摆脱了顺序读取数据的限制。这时数据库技术便应运而生，出现了统一管理数据的软件系统，这就是数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS)。数据库系统阶段各应用程序与数据库之间的关系如图 1-3所示。 　　图 1-3 数据库系统阶段各应用程序与数据库之间的关系 　　1.2 数据库系统概述 　　1.2.1 数据库系统的定义 　　将数据库引入计算机系统后的系统就是数据库系统(DataBase System，DBS)。 　　1.2.2 数据库系统的组成 　　数据库系统主要由数据库( DB)、数据库管理系统( DBMS)、相关的计算机软硬件设备、数据库管理员(Data Base Administrator，DBA)和其他用户组成。 　　1．数据库 　　数据库系统中的数据库，实际是若干数据库的集合，是合乎设计需要的、设计合理的数据库的集合。 　　2．数据库管理系统 　　数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的数据管理软件，是数据库系统的核心部分。数据库管理系统起到管理数据库的作用，是操作系统支持下的系统软件。 DBMS负责数据库中组织数据、操纵数据、维护数据、控制程序、数据安全及保护和数据服务等。 　　数据库管理系统有以下几个功能：数据定义功能(负责数据的模式定义与数据的物理存取结构)、数据操纵功能(负责数据的查询、增、删、改操作)、数据控制功能(负责数据完整性、安全性、并发控制等)。 　　3．计算机硬件系统 　　计算机硬件必须具备大容量内存和外存以及较高的处理速度，因为计算机软件必须在计算机内存中运行，而软件和数据库永久保存在外存中。计算机硬件系统是计算机软件系统的支撑。 　　4．相关用户 　　相关用户包括：数据库管理员(DBA)和其他用户。 　　数据库管理员专门负责数据库的建立、维护和管理。其他用户包括专业用户和*终用户，专业用户是设计数据库和开发应用程序的人员，*终用户是使用数据库的普通用户。 　　1.2.3 数据库系统的核心 　　开发数据库系统的主要目的是让普通用户方便快捷地从数据库中检索和查询数据，这个任务主要由数据库管理系统软件完成。数据库系统的核心是数据库管理系统，它将所有应用程序中使用的数据汇集在一起，以记录为单位保存，便于用户对数据进行提取、查询和使用。 　　1.2.4 数据库系统的特点 　　1．数据共享性好、数据冗余低 　　数据库系统中的数据是面向整个系统的，而不是面向某一应用程序的，所以数据可供多个用户同时进行使用，数据共享性好，数据冗余低。 　　2．数据独立性高 　　在数据库系统中，DBMS提供了数据定义和数据管理功能，包括数据定义、查询、插入、修改和删除等。数据的物理结构和逻辑结构发生变化时，应用程序不受影响或影响很小。数据独立性是指数据库中如果数据有变化，应用程序不变或者变化很小，即数据与程序间的互不依赖性好、独立性强。 　　3．数据有特定的组织结构 　　将现实世界中存在事物及其联系转化为数据，再将其按数据模型组织成为符合规范的组织形式。这种数据模型不仅可以描述事物，还可以表示事物与事物之间的联系。数据库系统中的数据用特定的数据模型来表示其组织结构和联系。 　　4．有统一的数据控制功能 　　由于数据共享，必然会发生多个用户同时访问或修改同一个数据库中数据的操作，也就是出现并发操作，并发操作的结果可能会导致数据错误，数据库系统必须提供保护措施来防止错误发生。 　　1.2.5 数据库应用系统中的核心问题 　　在开发一个数据库应用系统时，例如教学管理系统，重要问题是要描述的事物实体有哪些？具体的二维表结构是怎样的？这些事物实体之间的联系是什么？用二维表设计的表结构能够描述实体以及实体之间的联系。数据库应用系统是指系统开发人员利用数据库系统资源开发出来的，面向某一类实际应用的软件系统。因此，数据库应用系统中的核心问题是数据库设计。 　　1.3 数据库系统的内部体系结构 　　对数据库系统的体系结构分析的意义在于，可以更加深刻地了解数据库系统的特点，了解数据独立性的含义，以及从*终用户的角度来加深对数据库系统的认识。根据美国国家标准协会( ANSI)和标准规划与需求委员会( SPARC)提出的建议，数据库的内部体系结构是三级模式和二层映射。三级模式即概念模式、外模式和内模式；两层映射即数据库系统中存在外模式—概念模式映射和概念模式—内模式映射。 　　1.3.1 三级模式 　　数据库系统的三级模式是将数据库内部体系进行抽象化，表示为概念模式、外模式和内模式，它们的作用和联系结构如图 1-4所示。 　　图1-4 数据库系统的内部体系结构 　　(1)概念模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是由数据库管理系统提供的数据模式语言来描述、定义的。概念模式也称为(全局)逻辑模式。一个数据库只有一个概念模式。 　　(2)外模式是数据库用户(某个或某几个)能够看见和使用的。与某一具体应用相对应的数据视图，是数据库局部数据的逻辑结构，也称外模式为子模式或用户模式。一个数据库可以有多个外模式。 　　(3)内模式是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据物理结构和存储方式的描述，内模式也称为存储模式。一个数据库只有一个内模式。 　　1.3.2 两层映射 　　数据库系统的三级模式结构是对数据的 3个抽象级别，这 3个抽象级别的作用是使用户层、逻辑数据库和物理数据库相互独立，而对于用户来说，希望能够方便地使用数据库系统，数据库系统应能做到，用户不需要担心和关注数据在计算机中的具体表示以及如何存储。然而三级模式之间如何做到既互相独立又互相联系和转换，这个任务由两层映射来完成，分别是外模式—概念模式映射，以及概念模式—内模式映射。这两层映射由数据库管理系统提供，带来的好处是保证数据库系统中的数据能够具有较高独立性，修改三级其中的一级，不影响其他级。这里有两个独立性，我们把这两个独立性概括为逻辑独立性和物理独立性。 　　(1)外模式—概念模式映射：它定义了外模式与概念模式(用户模式与全局模式)之间的对应关系。如果全局逻辑结构有变化，比如实体结构发生变化、表结构改变、增减属性、修改字段数据类型等，则由概念模式到各个外模式之间的映射作相应调整，可以使外模式保持不变，达到不必修改应用程序的效果，系统可以正常运行。这样就保证了全局逻辑模式与用户模式，或者说数据与应用程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。数据库系统所支持的查询语言的工作原理，即可以从公共模式中按照用户的需要选取属性构成用户模式，能够很好地解释这一映射的作用。 　　(2)概念模式—内模式映射：这个映射定义了数据的全局逻辑结构和数据的内部底层存储结构之间的对应关系，概念模式与内模式之间的映射是唯一的。如果数据库的底层存储结构改变了，比如存储数据的位置发生了变化，这时概念模式与内模式之间的映射作相应修改和转换，可以使概念模式保持不变，这样就达到了数据与程序的相互独立的目的，系统几乎无障碍运转。这种独立性称为数据的物理独立性。 　　数据库的两层映射从数据库系统的底层保证了数据库外模式和应用程序有较高的稳定性。数据与程序之间相对独立，数据库的存取由 DBMS管理，使应用程序得到简化，方便维护和修改。 　　1.4 数据模型 　　计算机进行信息处理是将现实世界的客观事物逐步抽象，转化成为计算机能够存储和处理