第1章数据库系统基础知识精选文档.ppt

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1、第第1章数据库系统基础知章数据库系统基础知识识本讲稿第一页，共四十三页1.1.1.1.信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 信息信息信息信息是现实世界中事物的存在方式或运动状态的反映，是认识主是现实世界中事物的存在方式或运动状态的反映，是认识主体所感知或所表述的事物存在、运动及其变化的形式体所感知或所表述的事物存在、运动及其变化的形式、内容和内容和效用。效用。数据数据数据数据是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，这种格式适合于计算机及其相关设备自动地进行传输、转换和这种格式适合于计算机

2、及其相关设备自动地进行传输、转换和加工处理。加工处理。1.1数据处理与数据管理技术数据处理与数据管理技术本讲稿第二页，共四十三页数据处理是对各种类型的数据进行收集、存储、分类、计算、加是对各种类型的数据进行收集、存储、分类、计算、加工、检索与传输的过程。工、检索与传输的过程。包括：收集原始数据、数据规范化及其编码、数据输入、数包括：收集原始数据、数据规范化及其编码、数据输入、数据处理、数据输出。据处理、数据输出。2.2.数据管理技术的发展阶段数据管理技术的发展阶段人工管理阶段特点：特点：n数据管理尚无统一的数据管理软件数据管理尚无统一的数据管理软件n数据是面向应用程序的数据是面向应用程序的n应

3、用程序依赖于数据，不具有数据独立性应用程序依赖于数据，不具有数据独立性1.1数据处理与数据管理技术数据处理与数据管理技术本讲稿第三页，共四十三页u文件系统阶段特点特点n数据以文件形式可以长期存放在存储介质上数据以文件形式可以长期存放在存储介质上n程序与数据之间具有相对对立性程序与数据之间具有相对对立性n数据文件组织多样化数据文件组织多样化u数据库系统阶段特点：特点：n采用数据模型表示复杂的数据结构。采用数据模型表示复杂的数据结构。n有较高的数据独立性。有较高的数据独立性。n提提供供了了数数据据安安全全性性、完完整整性性等等管管理理与与控控制制功功能能，以以及及对对数数据据操作的并发控制、数据的

4、备份与恢复等功能。操作的并发控制、数据的备份与恢复等功能。n统一管理和控制数据，为用户提供了方便的用户接口。统一管理和控制数据，为用户提供了方便的用户接口。1.1数据处理与数据管理技术数据处理与数据管理技术本讲稿第四页，共四十三页1.1.基本概念基本概念n数据库（数据库（DB）定义：定义：是是指指一一组组按按照照一一定定数数据据模模型型组组织织的的、长长期期存存放放在在辅辅助助存存储储器器上上的的、可可共共享享的的相相关关数数据据的的集合。集合。1.2数据库系统的组成数据库系统的组成本讲稿第五页，共四十三页n特点特点 数据结构化数据结构化 数据可共享数据可共享 数据独立于程序数据独立于程序 统

5、一管理控制数据统一管理控制数据DBMS管理控制数据功能管理控制数据功能:安全性安全性,完整性完整性.并发控制并发控制,恢复恢复.从全局分析和描述数据，适应多个从全局分析和描述数据，适应多个用户、多种应用共享数据的需求。可用户、多种应用共享数据的需求。可减少数据冗佘，节省存储空间，保证减少数据冗佘，节省存储空间，保证数据的一致性数据的一致性.数据面向全局应用，用数据模型描述数据面向全局应用，用数据模型描述数据和数据之间的联系。数据和数据之间的联系。逻辑独立性逻辑独立性:应用程序与应用程序与DB的逻辑结构相的逻辑结构相互独立互独立.物理独立性物理独立性:应用程序与应用程序与DB的存储结构相的存储结

6、构相互独立互独立.1.2数据库系统的组成数据库系统的组成本讲稿第六页，共四十三页n数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）n是用于建立使用和维护数据库的系统软件，是数据库是用于建立使用和维护数据库的系统软件，是数据库系统的核心。系统的核心。Visual FoxPro 属于一种关系型数据属于一种关系型数据库管理系统。库管理系统。1.数据定义语言（数据定义语言（DDL）：）：用来建立所需的数据库用来建立所需的数据库2.数据操作语言（数据操作语言（DML）：）：用来对数据库进行查询和插用来对数据库进行查询和插入、删除、修改入、删除、修改3.数据的组织和存取管理数据的组织和存取管理4.数据库的运行管

7、理功能数据库的运行管理功能5.数据库的维护数据库的维护1.2数据库系统的组成数据库系统的组成本讲稿第七页，共四十三页应用程序应用程序用户用户计算机支持系统计算机支持系统上上述述各各部部分分共共同同构构成成一一个个完完整整的的数数据据库系统（库系统（DBS）1.2数据库系统的组成数据库系统的组成本讲稿第八页，共四十三页1.1.1.1.三级模式结构三级模式结构三级模式结构三级模式结构外部层外部层 是面向单个用户的层次，是数据库的是面向单个用户的层次，是数据库的“外部视图外部视图”。内部层内部层 是是最最接接近近物物理理存存储储的的层层次次，是是数数据据库库的的“内内部部视视图图”或或“存储视图存储

8、视图”，与实际存储密切相关。，与实际存储密切相关。概念层概念层 是是数数据据库库的的“概概念念视视图图”，是是数数据据库库中中所所有有信信息息的的抽抽象表示。象表示。1.3数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构本讲稿第九页，共四十三页外部层外部层（数据库的外模式）（数据库的外模式）概念层概念层（数据库的模式）（数据库的模式）内部层内部层（数据库的内模式）（数据库的内模式）图图1-2数据库系统三级结构图数据库系统三级结构图1.3数据库系统的分级结构数据库系统的分级结构2.2.2.2.三级模式结构与数据库模式的对应关系三级模式结构与数据库模式的对应关系三级模式结构与数据库模式的对应关系三级模式结

9、构与数据库模式的对应关系本讲稿第十页，共四十三页1.1.1.1.数据模型数据模型n三个领域：三个领域：现实世界现实世界事物（对象、性质）事物（对象、性质）观念世界观念世界实体（对象、属性）实体（对象、属性）数据世界数据世界数据（记录、字段）数据（记录、字段）n实体模型实体模型 反映事物联系的实体。反映事物联系的实体。n数据模型数据模型描描述述实实体体模模型型的的数数据据。包包括括实实体体及及实实体体间间联联系系的的数数据据结构描述、对数据的操作，以及数据的完整性约束条件。结构描述、对数据的操作，以及数据的完整性约束条件。1.4数据模型数据模型本讲稿第十一页，共四十三页2.E-R2.E-R2.E

10、-R2.E-R模型模型模型模型 是是按按用用户户的的观观点点对对数数据据建建模模，它它是是对对现现实实世世界界的的第第一一层层抽抽象象，是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。E-RE-R模型的基本概念模型的基本概念n实体：客观存在的、可以相互区别的事物。实体：客观存在的、可以相互区别的事物。n联系：实体集之间关系的抽象表示。联系：实体集之间关系的抽象表示。n属性：实体或联系所具有的特征。属性：实体或联系所具有的特征。1.4数据模型数据模型本讲稿第十二页，共四十三页E-RE-R图：图：是是E-R模型的图形表示。模型的图形表示。例如：在学校的教学管理系

11、统中存在学生、成绩等实体集。例如：在学校的教学管理系统中存在学生、成绩等实体集。该系统的概念模型表示如下图：该系统的概念模型表示如下图：1.4数据模型数据模型学分学分班级班级姓名姓名学号学号课程号课程号课程名课程名学生学生课程课程考试考试1mE-R实例实例成绩成绩本讲稿第十三页，共四十三页 3.3.3.3.关系模型关系模型关系模型关系模型关系与关系模式：关系与关系模式：关系：关系：以以二二维维表表结结构构来来表表示示实实体体集集及及其其实实体体间间的的联联系系。一一个个关关系就是一张二维表。系就是一张二维表。数据模型的分类数据模型的分类数据模型的分类数据模型的分类 层次模型（采用树型结构）层次

12、模型（采用树型结构）网络模型（采用无向图型结构）网络模型（采用无向图型结构）关系模型（采用二维表结构）关系模型（采用二维表结构）1.4数据模型数据模型E.F.Codd-关系数据库之关系数据库之父父国内目前超过国内目前超过90%以上的数据库系统以上的数据库系统采用关系模型采用关系模型本讲稿第十四页，共四十三页关系模型的数据结构关系模型的数据结构 关系数据模型的基本结构是关系数据模型的基本结构是关系关系。在在用用户户观观点点下下，关关系系数数据据模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二二维维表表（Table），它由表名、行和列组成。），它由表名、行和列组成。表的每一行称为一个元组（表

13、的每一行称为一个元组（Tuple），），每一列称为一个属性（每一列称为一个属性（Attribute）。）。例如，例表例如，例表1.学生登记表（学生登记表（S）:本讲稿第十五页，共四十三页关系模型的数据结构关系模型的数据结构 例表例表2.课程开设表课程开设表 (C):本讲稿第十六页，共四十三页关系模型的数据结构关系模型的数据结构n例表例表3.学生选课成绩表学生选课成绩表 (SC):本讲稿第十七页，共四十三页关系数据模型关系数据模型(结构结构)n 学生登记表学生登记表(S),课程开设表课程开设表(C)与学生选课成绩表之间的联与学生选课成绩表之间的联系系:本讲稿第十八页，共四十三页关系模式：是对关系

14、结构的描述，它包括模式名以及组成该关系模式：是对关系结构的描述，它包括模式名以及组成该关系的诸属性名。关系的诸属性名。1.4数据模型数据模型如表如表1-1是一个关系的实例：是一个关系的实例：学号学号课程代号课程代号成绩成绩备注备注99100100189考试考试99100200276考试考试99100300360补考补考表表1-1 1-1 关系关系“成绩成绩”“成绩成绩”关系的关系模式可表示为：关系的关系模式可表示为：成绩（学号，课程代号，成绩，备注）成绩（学号，课程代号，成绩，备注）刚才看到的学生关系刚才看到的学生关系S的关系模式是什么呢？的关系模式是什么呢？S（SNO，SNAME，DEPAR

15、T，SEX，BDATE，HEIGHT）本讲稿第十九页，共四十三页关键字关键字超关键字：能唯一确定记录的一列或几列的组合。候选关键字：最简练的超关键字。即如果一个超关键字去掉其中任何一个字段后不再能唯一地确定记录。主关键字：候选关键字中的一个。外部关键字：当A表的主关键字被包含到B表中时，则称A表的主关键字为B表的外部关键字。1.4数据模型数据模型超关键字超关键字:(学号，姓名，出生年月学号，姓名，出生年月)候选关键字候选关键字:(学号学号)(姓名姓名,出生年月出生年月)主关键字主关键字:(学号学号)本讲稿第二十页，共四十三页关系模型关系模型定义：定义：用二维表表示实体集，通过外部关键字表示实体

16、间联系的数用二维表表示实体集，通过外部关键字表示实体间联系的数据模型。据模型。关系模型通过一系列的关系模式来表述数据的结构和属性，关系模型通过一系列的关系模式来表述数据的结构和属性，一般有三个组成部分：一般有三个组成部分：数据结构、数据操作和完整性规则。数据结构、数据操作和完整性规则。1.4数据模型数据模型本讲稿第二十一页，共四十三页关系模型的性质关系模型的性质属性是原子的，不可分解的。属性是原子的，不可分解的。二维表的记录数随数据的增加而改变，但其字段数二维表的记录数随数据的增加而改变，但其字段数是相对固定的。是相对固定的。二维表中的每一列均有唯一的字段名二维表中的每一列均有唯一的字段名二维

17、表中不允许出现完全相同的两行二维表中行的二维表中不允许出现完全相同的两行二维表中行的顺序、列的顺序均可以任意交换。顺序、列的顺序均可以任意交换。1.4数据模型数据模型本讲稿第二十二页，共四十三页1.4 数据模型n关系运算关系的基本运算有两类：关系的基本运算有两类：n传统的集合运算（并、差、交等）传统的集合运算（并、差、交等）n专门的关系运算（选择、投影、联接）专门的关系运算（选择、投影、联接）本讲稿第二十三页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (传统集合的关系操作传统集合的关系操作)n并并 并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关系有相同的关系并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关

18、系有相同的关系模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义，模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义，并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第二个关系，或者在两个关系中皆有。二个关系，或者在两个关系中皆有。结果关系表示选课结果关系表示选课程学生的程学生的“60100分成绩分成绩表表”本讲稿第二十四页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (传统集合的关系操作传统集合的关系操作)n交交 交操作也是一个二元操作。它对两个具有相同关系模式的关交操作也是一个二元操作。它对两个具有相同关

19、系模式的关系进行操作，创建一个新关系。根据集合论的定义，交操作所系进行操作，创建一个新关系。根据集合论的定义，交操作所创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员。创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员。结果表示选课学结果表示选课学生生“70分分80分分成绩表成绩表”。本讲稿第二十五页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (传统集合的关系操作传统集合的关系操作)n.差差 差操作也是一个二元操作。它应用于具有相同关系模式的两差操作也是一个二元操作。它应用于具有相同关系模式的两个关系。生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第个关系。生成新关系中的元组是存在于第一个关系

20、而不存在于第二个关系中的元组。二个关系中的元组。例如，关系例如，关系SC1与关系与关系SC2进行差操作进行差操作:结果关系包括那些在结果关系包括那些在SC1表中而不在表中而不在SC2表中的成绩信息表中的成绩信息，即，即“60 69分成分成绩表绩表”本讲稿第二十六页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (专门的关系操作专门的关系操作)n插入插入 插入操作是一种一元操作。它应用于一个关系，其操作是在插入操作是一种一元操作。它应用于一个关系，其操作是在关系中插入新的元组（或另一个具有相同模式的关系）关系中插入新的元组（或另一个具有相同模式的关系）.例如例如:在课程开设表（在课程开设表（C）中插入一个

21、新的课程信息）中插入一个新的课程信息 （CW101，论文写作论文写作，30，春春）。）。本讲稿第二十七页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (专门的关系操作专门的关系操作)n删除删除n 删除操作为一元操作。它根据要求删去表中相删除操作为一元操作。它根据要求删去表中相应的元组。应的元组。n 例如例如:从课程表（从课程表（C）中删除课程）中删除课程CC112。本讲稿第二十八页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (专门的关系操作专门的关系操作)n选择选择选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另一个选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的元组（行）是原关系中元组的子集

22、。选新关系。新关系中的元组（行）是原关系中元组的子集。选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组。结果关系中的择操作根据要求从原先关系中选择部分元组。结果关系中的属性（列）与原关系相同（保持不变）。属性（列）与原关系相同（保持不变）。例如例如:从学生登记表从学生登记表(S)中，选出性别为中，选出性别为“男男”的学生的学生元组，组成一个新关系元组，组成一个新关系“男学生登记表男学生登记表”。本讲稿第二十九页，共四十三页关系数据模型关系数据模型 (专门的关系操作专门的关系操作)n投影投影是一元操作，它作用于一个关系并产生另一个新关系。是一元操作，它作用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的属性（列

23、）是原关系中属性的子集。在一般情新关系中的属性（列）是原关系中属性的子集。在一般情况下，虽然新关系中的元组属性减少了，但其元组（行）况下，虽然新关系中的元组属性减少了，但其元组（行）的数量与原关系保持不变。的数量与原关系保持不变。例如例如:需要了解学生选课情况而不关心其成绩时，可需要了解学生选课情况而不关心其成绩时，可对学生选课成绩表（对学生选课成绩表（SC）进行相关的投影操作）进行相关的投影操作.其结果的每个元组仅包括其结果的每个元组仅包括学（学（SNO）课程号（课程号（CNO）两个属性两个属性本讲稿第三十页，共四十三页1.5 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQLnSQL是一种非过程语

24、言，用户只要说明是一种非过程语言，用户只要说明“做什么做什么”。n是目前为关系数据库提供非过程化关系语言最成功、是目前为关系数据库提供非过程化关系语言最成功、应用最广的应用最广的；n可以独立使用，也可以嵌入到宿主语言。可以独立使用，也可以嵌入到宿主语言。n功能包括功能包括1.数据定义数据定义2.数据查询数据查询3.数据更新数据更新本讲稿第三十一页，共四十三页 1.SQL数据定义语言DDL作为建立数据库最重要的一步，根据关系模式定义所需的基本表，SQL语句表示为：其中:表示可含有该子句，也可为空.基本表名字.每个基本表可以由一个或多个列组成。定义基本表时要指明每个列的类型和长度，同时还可以定义与

25、该表有关的完整性约束条件。CREATE TABLE （列名数据类型完整性约束条件，（列名数据类型完整性约束条件，）关系数据库语言关系数据库语言SQL本讲稿第三十二页，共四十三页 2.SQL的数据查询的数据查询 查询是数据库的核心操作。SQL提供SELECT语句,具有灵活的使用方式和极强查询的功能。关系操作中最常用的是“投影、选择和连接”,都体现在SELECT语句中:SELECT A1，A2，An FROM R1，R2，Rm WHERE F SELECT语句语义为：将FROM子句所指出的R(基本表或视图)进行连接，从中选取满足WHERE子句中条件F的行（元组），最后根据SELECT子句给出的A(

26、列名)将查询结果表输出。指出目标表的列名指出目标表的列名,相应于相应于“投影投影”指出基本表或视图指出基本表或视图,相应于相应于“连接连接”F为为“选择选择”操作的条件操作的条件关系数据库语言关系数据库语言SQL本讲稿第三十三页，共四十三页n单表查询单表查询 从指定的一个表中找出符合条件的元组.例如，查询所有男学生名的情况例如，查询所有男学生名的情况.SELECT *FROM S WHERE SEX男男；关系数据库语言关系数据库语言SQL本讲稿第三十四页，共四十三页 3.SQL的数据更新SQL提供了插入数据、更改数据和删除数据的3类语句。(1)插入语句 插入语句INSERT可将一个记录插入到指

27、定的表中：例如，将一个新的课程记录插入到课程开设表C中:INSERT INTO （，）VALUES（，）INSERT INTO S（CNO，CNAME，LHOUR，SEMESTER）VALUES（CW101，论文写作论文写作，30,春春)关系数据库语言关系数据库语言SQL本讲稿第三十五页，共四十三页关系数据库语言关系数据库语言SQL （2）更改语句）更改语句对指定表中已有数据进行修改。语句格式如下：对指定表中已有数据进行修改。语句格式如下：其功能是修改指定表中满足其功能是修改指定表中满足WHERE子句条件的记录，子句条件的记录，其中其中SET子句给出子句给出的值用于取代相应列的值的值用于取代相

28、应列的值.例如例如:将将ME234课程的课时改为课程的课时改为30,并改成春季开设：并改成春季开设：UPDATE SET.WHEREUPDATE C SET LHOUR=30,SEMESTER春春 WHERE CNOME234；本讲稿第三十六页，共四十三页 （3）删除数据）删除数据SQL删除语句的格式为：删除语句的格式为：其功能是从指定表中删除满足其功能是从指定表中删除满足WHERE子句条件的子句条件的记录。如果省略记录。如果省略WHERE子句，则删除表中所有记录子句，则删除表中所有记录.例如，从例如，从C表中删除课程号为表中删除课程号为CC112的记录：的记录：DELETE FROM WHE

29、RE DELETE FROM C WHERE CNO=CC112;关系数据库语言关系数据库语言SQL本讲稿第三十七页，共四十三页1.6 数据库设计基础（略讲）数据库设计基础（略讲）1.概述概述2.系统规划系统规划3.需求分析需求分析4.系统设计系统设计5.系统实施系统实施6.系统运行和维护系统运行和维护本讲稿第三十八页，共四十三页软件产品软件产品OracleDB2SybaseMS-SQL ServerAccessVisual FoxPro1.7主流的主流的DBMS产品简介产品简介本讲稿第三十九页，共四十三页uu 掌掌 握握n数据库系统的基本概念数据库系统的基本概念n关系模型的基本内容关系模型的

30、基本内容n关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQLSQL数据库系统的相关概念E-R图关系运算重点和难点：重点和难点：本讲稿第四十页，共四十三页1 1、下列不属于关系代数运算的是下列不属于关系代数运算的是 。A.A.查询查询 B.B.投影投影 C.C.选择选择 D.D.联接联接2 2、实体是信息世界的术语，与之对应的数据库术语是、实体是信息世界的术语，与之对应的数据库术语是 。A.A.文件文件 B.B.数据库数据库 C.C.记录记录 D.D.字段字段3 3、关系模型中，超关键字、关系模型中，超关键字 。A.A.可由多个任意属性组成可由多个任意属性组成B.B.能由一个属性组成，其值能唯一标识该关

31、系模式中任何一能由一个属性组成，其值能唯一标识该关系模式中任何一个元组个元组C.C.可由一个或多个属性组成，其值能唯一标识该关系模式中任可由一个或多个属性组成，其值能唯一标识该关系模式中任何一个元组何一个元组D.D.以上都不是以上都不是 课堂练习课堂练习AAC CC C本讲稿第四十一页，共四十三页4 4、在关系模型中，同一个关系中的不同属性，其属性名是、在关系模型中，同一个关系中的不同属性，其属性名是_A.A.可以相同可以相同 B.B.不能相同不能相同C C.可以相同，但数据类型不同可以相同，但数据类型不同 D.D.必须相同必须相同5 5、数据库系统由数据库、数据库系统由数据库、组成。组成。A

32、.A.DBMSDBMS、应用程序、支持数据库运行的软、硬件环境和应用程序、支持数据库运行的软、硬件环境和DBADBAB.DBMSB.DBMS和和DBADBAC.DBMSC.DBMS、应用程序和应用程序和DBADBAD.DBMSD.DBMS、应用程序、支持数据库运行的软件环境和应用程序、支持数据库运行的软件环境和DBADBA6 6、对关系、对关系S S和关系和关系R R进行集合运算，结果中既包含进行集合运算，结果中既包含S S中元组也包含中元组也包含R R中中元组，这种集合运算称为元组，这种集合运算称为_A.A.并运算并运算 B.B.交运算交运算 C.C.差运算差运算 D.D.积运算积运算 课堂

33、练习课堂练习BBAAAA本讲稿第四十二页，共四十三页7 7、数据库要求有最小的、数据库要求有最小的 ，是指数据尽可能不重复。数据库的，是指数据尽可能不重复。数据库的 ，是指数据库以最优的方式服务于一个或多个应用程序；数据，是指数据库以最优的方式服务于一个或多个应用程序；数据库的库的 ，是指数据的存储尽可能独立于使用它的应用程序。，是指数据的存储尽可能独立于使用它的应用程序。8 8、二维表中能唯一确定记录的一列或多列的组合称、二维表中能唯一确定记录的一列或多列的组合称 。若。若一个超关键字去掉其中任何一个列后不再能唯一确定记录，则一个超关键字去掉其中任何一个列后不再能唯一确定记录，则称其为称其为 。9 9、关系的基本运算有两类。一是传统的集合计算，包括并、差、交、关系的基本运算有两类。一是传统的集合计算，包括并、差、交运算；二是专门的关系运算，包括：选择、运算；二是专门的关系运算，包括：选择、和联接。和联接。冗余度冗余度共享性共享性独立性独立性超关键字超关键字侯选关键字侯选关键字投影投影课堂练习课堂练习本讲稿第四十三页，共四十三页