Access 2010數據庫技術與應用 (第三版)(本科教材) 節選

第1章 數據庫系統概述 數據庫是數據管理的一種技術，是計算機科學的重要分支。在當今信息社會中，信息已經成為各行各業的重要財富和資源，對數據庫的應用無處不在。通過課程學習，掌握數據庫的基本知識及使用方法不僅是計算機專業、信息管理專業學生的基本技能，也是非計算機專業學生應該具備的技能。 本章主要介紹數據庫系統的基本概念，包括數據庫系統常用術語、數據庫管理系統、關系數據模型、關系運算等基礎知識，并概要認識Access 2010的6種數據對象。 1.1 數據庫的基本概念 早期的計算機主要用于科學計算，當計算機應用于生產管理、商業財貿、情報檢索等領域時，它面對的是數量驚人的各種類型的數據。為了有效地管理和利用這些數據，就產生了數據庫技術。 1.1.1 數據和信息 數據是數據庫系統研究和處理的對象，本質上講是描述事物的符號記錄。數據用類型和值來表示。在現實世界中，數據類型不僅有數字符號、文字符號，而且有圖形、圖像、聲音等。 信息是加工過的數據，這種數據對人類社會實踐、生產及經營活動能產生決策性影響。也就是說，信息是一種數據，是經過數據處理后對決策者有用的數據。 所有的信息都是數據，而只有經過提煉和抽象之后，對決策者具有使用價值的數據才能稱為信息。經過加工所得到的信息仍以數據的形式表現，此時的數據是信息的載體，是人們認識信息的一種媒體。 1.1.2 數據處理技術的發展概況 數據處理也稱為信息處理。所謂數據處理，實際上就是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、存儲、分類、排序、維護、加工、統計和傳播等一系列操作過程。數據處理的目的是從人們收集的大量原始數據中獲得人們所需要的資料并提取有用的數據成分，作為行為和決策的依據。 數據處理的核心問題是數據管理。數據管理指的是對數據的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護等。在計算機軟硬件發展的基礎上，在應用需求的推動下，數據管理技術得到了很大的發展，它主要經歷了人工管理、文件系統和數據庫系統3個發展階段。 1. 人工管理階段 20世紀50年代中期以前，計算機主要用于數值計算。在這一階段，外存儲器還只有卡片機、紙帶機、磁帶機，沒有像硬盤一樣可供客戶快速、隨機存儲的外存儲器；軟件方面，沒有操作系統和數據管理軟件支持，數據處理方式基本是批處理。在這一管理方式下，應用程序與數據之間不可分割，當數據有所變動時程序隨之改變，數據的獨立性差。另外，各程序之間的數據不能相互傳遞，缺少數據的共享性。在人工管理階段，應用程序與數據之間的關系如圖1.1所示。 人工管理階段數據處理的特點如下。 (1) 數據不保存。這一階段處理數據的過程是將數據與其對應的程序一同輸入內存，通過應用程序對數據進行加工處理后輸出處理結果，計算任務完成，隨著應用程序的釋放，數據也將從內存中釋放。 (2) 應用程序與數據之間缺少獨立性。應用程序與數據之間相互依存，不可分割，設計應用程序時不僅要設計數據處理的算法、數據的邏輯結構，還要指明數據在存儲器上的存儲地址，當數據有所變動時應用程序隨之改變，編程效率很低。 (3) 數據不能共享。由于數據與應用程序不具有獨立性，一個應用程序只能對應一組數據，各程序之間的數據不能相互傳遞，若多個應用程序需要使用同一組數據，仍然需要逐個進行數據定義，不能相互調用。數據不能共享，造成應用程序之間的大量數據冗余。 2. 文件系統階段 20世紀50年代后期至60年代中后期，硬件方面，磁鼓、磁盤等聯機外存儲器研制成功并投入使用；軟件方面，高級語言和操作系統軟件出現，計算機應用不僅僅用于科學計算，同時開始以“文件”的方式介入數據處理。 在這一階段，數據被組織成數據文件，這種數據文件可以脫離應用程序而獨立存在，數據文件可長期保存在硬盤中多次存取。由于使用專門的文件管理系統實施數據管理，應用程序與數據文件之間具有了一定的獨立性，同時數據的邏輯結構與物理結構之間也具有一定的相對獨立性。文件系統階段應用程序與數據之間的關系如圖1.2所示。 圖1.1 人工管理階段應用程序與數據的關系 圖1.2 文件系統階段應用程序與數據的關系 文件系統階段數據處理的特點如下。 (1) 數據可長期保存。外存儲器的出現，使得數據處理過程中用到的數據可以以文件形式長期保存在硬盤上，供用戶反復調用和進行更新操作。 (2) 應用程序與數據之間有了一定的獨立性。在文件系統階段，操作系統提供了文件管理功能和訪問文件的存取方法，應用程序與數據之間有了數據存取接口，應用程序可以通過文件名對數據進行訪問，不必再尋找數據的物理位置，至此，數據有了物理結構與邏輯結構的區別，因此比人工管理階段前進了一大步。但此時，應用程序是基于特定的物理結構和特定的存取方法進行程序訪問的，數據文件與應用程序仍彼此依賴，它們之間的獨立性只是相對的“設備獨立性”。 (3) 數據文件形式多樣化。有了直接存取的存儲設備，文件的形式不局限于順序文件，還有了隨機文件等，因而，對數據文件的訪問可以是順序訪問，也可以是隨機訪問。 (4) 數據文件不再只屬于一個應用程序。在文件系統階段，一個數據文件可被多個應用程序使用，一個應用程序也可使用多個數據文件。由于應用程序對數據的訪問基于物理結構和特定的存取方法，應用程序對數據的依賴不能從根本上改變。 (5) 仍有一定的數據冗余。由于數據文件的設計很難滿足多個用戶的不同需求，大多數情況下，仍是一個應用程序對應一個數據文件，同樣的數據會出現在不同的應用程序中。 (6) 數據的不一致性。由于有一定的數據冗余，在進行數據更新時，可能導致同樣的數據在多個應用程序中的不一致問題。 3. 數據庫系統階段 在20世紀60年代后期，計算機性能得到很大提升，人們為了克服文件系統的不足，開發出一種軟件系統，稱為數據庫管理系統(DataBase Management System，DBMS)，從而將傳統的數據庫管理技術推向一個新階段，即數據庫系統階段。 一般來說，數據庫系統由計算機軟硬件資源組成。它實現了有組織地、動態地存儲大量的相關聯數據，方便多用戶訪問。它與文件系統的重要區別是數據的充分共享、交叉訪問及應用程序的高度獨立性。通俗地講，數據庫系統可把日常的一些表格、卡片等數據有組織地集合在一起，輸入計算機中，然后通過計算機處理，再按一定要求輸出結果。所以，數據庫相對文件系統來說，主要解決了以下3個問題。 (1) 有效地組織數據，主要指對數據進行合理設計，以便計算機存取。 (2) 將數據方便地輸入到計算機中。 (3) 根據用戶的要求將數據從計算機中抽取出來(這是人們處理數據的*終目的)。 數據庫也是以文件方式存儲數據的，它把所有應用程序中使用的數據匯集在一起，并以記錄為單位存儲起來，便于應用程序查詢和使用，其關系如圖1.3所示。 圖1.3 數據庫系統階段應用程序與數據的關系 數據庫系統與文件系統的區別是，數據庫對數據的存儲是按照同一結構進行的，不同的應用程序都可以直接操作這些數據(體現了應用程序的高度獨立性)。數據庫系統，而不是應用程序，對數據的完整性、**性和安全性提供一套有效的管理手段(體現了數據的充分共享性)。數據庫系統還提供管理和控制數據的各種簡單操作命令，使用戶編寫程序時容易掌握(體現了操作的方便性)。 數據庫系統的出現是計算機數據處理技術的重大進步，它具有以下特點。 (1) 實現數據共享。數據共享允許多個用戶同時存取數據而互不影響。數據共享包括3個方面：首先，所有用戶可以同時存取數據；其次，數據庫不僅可以為當前的用戶服務，而且可以為將來的新用戶服務；*后，可以使用多種語言完成與數據庫的接口設計。 (2) 實現數據獨立。所謂數據獨立是指應用程序不隨數據存儲結構的改變而改變。數據獨立包括兩個方面：物理數據獨立和邏輯數據獨立。 物理數據獨立是當數據的存儲格式和組織方法改變時，不影響數據庫的邏輯結構，從而不影響用戶設計的應用程序，即用戶的應用程序無須修改。 邏輯數據獨立是當數據庫邏輯結構變化時(如數據定義的修改、數據間聯系的變更等)，不會影響到用戶的應用程序。 數據獨立性提高了數據處理系統的穩定性，從而提高了程序維護的效率。 (3) 減小了數據冗余度。在數據庫系統中，用戶的邏輯數據文件和具體的物理數據文件不必一一對應，存在著“多對一”的重疊關系，有效地節約了存儲資源。 (4) 避免了數據的不一致性。由于數據只有一個物理備份，所以數據的訪問不會出現不一致的情況。 (5) 加強了對數據的保護。數據庫中加入了安全保密機制，可以防止對數據的非法存取。由于進行集中控制，故有利于控制數據的完整性。數據庫系統還采取了并發訪問控制，保證了數據的正確性。 4. 數據庫技術的新進展 20世紀80年代以來，數據庫技術經歷了從簡單應用到復雜應用的巨大變化，數據庫系統的發展呈現出百花齊放的局面。目前在新技術內容、應用領域和數據模型三個方面都取得了很大進展。 數據庫技術與其他學科的有機結合是新一代數據庫技術的一個顯著特征，出現了各種新型的數據庫，例如： ① 數據庫技術與分布處理技術相結合，出現了分布式數據庫； ② 數據庫技術與并行處理技術相結合，出現了并行數據庫； ③ 數據庫技術與人工智能技術相結合，出現了知識庫和主動數據庫系統； ④ 數據庫技術與多媒體處理技術相結合，出現了多媒體數據庫； ⑤ 數據庫技術與模糊技術相結合，出現了模糊數據庫等。 數據庫技術應用到其他領域中，出現了數據倉庫、工程數據庫、統計數據庫、時態數據庫、空間數據庫、時空數據庫、實時數據庫、內存數據庫、科學數據庫以及Web數據管理、流數據管理、無線傳感器網絡數據管理等多種數據庫技術，擴大了數據庫的應用領域。 1.1.3 數據庫的定義 數據庫是利用信息技術和方法管理數據的成果。數據庫(DataBase，DB)顧名思義是存放數據的倉庫，可以把數據庫簡單地定義為“人們為解決特定的任務，以一定的組織方式存儲在計算機中的相關數據的集合”。 所謂數據庫，是指長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫中的數據按照一定的數據模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數據獨立性和易擴張性，并可以為各種用戶共享。 1.1.4 數據庫管理系統 在收集、整理出一個系統所需要的數據之后，如何合理地組織與存儲數據，如何高效地處理這些數據都是必須解決的問題，這些問題都可以交給數據庫管理系統來解決。 數據庫管理系統是數據庫系統的一個重要組成部分，是操作和管理數據庫的軟件系統，在計算機軟件系統的體系結構中，數據庫管理系統位于用戶和操作系統之間，如Access、Visual FoxPro、SQL Server、Oracle等都是常用的數據庫管理系統。數據庫管理系統負責數據庫在建立、使用、維護時的統一管理和統一控制。數據庫管理系統使用戶能方便地定義數據和操作數據；能夠保證數據的安全性、完整性；能夠保證多用戶對數據的并發使用以及發生錯誤后的系統恢復。 數據庫管理系統的功能包括以下幾點。 (1) 數據庫定義功能。DBMS提供數據定義語言(Data Definition Language，DDL)，使得用戶通過它可以方便地對數據庫結構進行定義和描述。 (2) 數據操作功能。DBMS提供數據操作語言(Data Manipulation Language，DML)，實現對數據庫數據的增加、修改、刪除