数据库原理李芳芳ch课件

数据库原理李芳芳探讨数据库的基本原理和理论,涵盖数据模型、数据库系统结构、查询优化、并发控制等关键概念,为掌握数据库系统知识奠定坚实基础绪论什么是数据库为什么需要数据库数据库是以某种有组织的方式存储和管理数据的电子系统它允数据库可以更好地组织和管理信息,提高数据的可靠性和安全性,支许用户快速高效地存储、管理和访问信息持复杂的查询和分析什么是数据库数据存储数据管理广泛应用数据库是一个集中化的、可共享的、可持久数据库系统包含一个数据库管理系统数据库广泛应用于各种领域,如企业管理、化的数据存储系统,用于有效地管理各种类DBMS,用于控制数据的存储、组织和访问,电子商务、社交网络、科学研究等,是现代型的数据它能提供安全、可靠、高效的数确保数据的完整性和一致性信息系统的基石据存储和访问数据库系统的三大组成部分数据库数据库管理系统应用程序DBMS数据库是存储和管理数据的核心部分,它DBMS是一种应用程序,它管理和控制数应用程序是与最终用户交互的软件,它通按照一定的数据模型和结构来有组织地据库的创建、使用和维护,提供数据的安过DBMS访问和操作数据库中的数据保存数据全性和完整性数据库系统的管理功能数据管理权限管理12数据库系统负责数据的存储、控制用户对数据的访问和操作访问和维护保证数据的完整权限,确保数据安全实现个人性、安全性和一致性隐私和商业机密的保护性能管理并发控制34优化数据库的运行效率,提高响协调多个用户同时访问数据,避应速度和吞吐量,确保系统稳定免数据不一致和丢失的问题可靠数据库系统的特点数据共享数据安全性多个用户可以共享和访问数据,提高了通过访问控制、备份等技术确保数据数据使用效率的安全性和可靠性数据集成数据查询将分散的数据集中管理,提高了数据的通过SQL语言实现对数据的高效查询一致性和完整性和分析,满足各种信息需求数据库系统的发展历程1960s-1970s1数据库系统诞生时代，出现了网状模型和层次模型等早期数据模型1970s-1980s2关系数据模型被广泛应用，数据库管理系统开始流行SQL语言等标准逐渐形成1980s-1990s3数据库技术飞速发展，分布式数据库、对象数据库等新兴技术应运而生今天1990s-4数据库系统日益复杂,面临大数据、NoSQL、云数据库等新的挑战与机遇数据模型数据模型是描述数据、数据之间的关系以及数据的语义等的一种抽象模型它为数据库的设计和实现提供了基础和参考常用的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型数据模型的概念数据模型是描述数据的组织结构和相关操作的一种抽象概念它定义了数据在数据库中的存储方式以及数据之间的关系数据模型是设计数据库的基础,可帮助开发人员更好地理解和管理数据常见的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型等每种模型都有其独特的特点和适用场景,开发人员需要根据具体需求选择合适的数据模型常用的数据模型实体关系模型层次模型-该模型基于现实世界的实体和实采用树状结构表示数据之间的上体之间的关系进行描述,具有良好下级关系,能很好地反映部分到整的可视化特性和直观性体的逻辑关系网状模型关系模型数据之间可以有多种复杂的联系,以二维表格的形式组织数据,具有提供了更加灵活的数据组织方式简单、规范、易扩展的特点,是目前使用最广泛的模型关系数据模型及其特点结构简单数据独立数据一致性查询灵活关系数据模型采用简单的二维关系模型通过数据库管理系统关系模型通过数据完整性约束关系代数和关系演算提供了灵表格结构,可以很容易地理解DBMS实现数据与应用程序来确保数据的一致性和正确性活的查询机制,可以满足各种和操作的分离,提高了数据的独立性复杂的查询需求关系代数基本运算关系代数包括选择、投影、并、交、差等基本运算,可用于定义复杂的查询符号表达通过使用符号如σ、π、×、∪、∩、-等,可以用简洁的方式表达复杂的数据操作代数变换关系代数查询可以通过代数变换进行优化,提高查询效率关系演算元组关系演算1定义在关系上的一阶谓词逻辑域关系演算2在关系中定义约束条件表达能力3两种演算语言具有等价的表达能力关系演算是通过构建一组逻辑公式来查询关系数据库中的数据元组关系演算和域关系演算是两种主要的关系演算形式前者定义在关系上的一阶谓词逻辑,后者则在关系中定义约束条件尽管语法不同,但两种关系演算语言具有等价的表达能力数据库设计数据库设计是指根据用户的需求和系统的性能需求,设计出一个合理的、高效的数据库系统它包括概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计三个阶段概念结构设计分析需求

1.1深入了解用户需求确定实体

2.2识别系统中的核心实体定义属性

3.3为实体确定相关属性建立联系

4.4分析实体之间的相互关系概念结构设计是数据库设计的第一步,旨在针对业务需求,建立高层次的数据模型其主要任务包括分析需求、确定实体、定义属性以及建立实体之间的联系这个阶段的设计成果为后续的逻辑和物理结构设计提供了基础逻辑结构设计确定实体和属性根据概念结构设计确定数据库中的实体及其属性建立实体关系确定实体之间的联系,如一对多、多对多等关系选择合适数据类型为每个属性选择合适的数据类型,如整型、字符型等定义主键和外键确定每个实体的主键,并建立实体间的外键关系物理结构设计硬件选型1根据系统需求选择合适的硬件平台,如服务器、存储设备、网络设备等,确保系统有足够的计算和存储能力系统部署2将数据库及其相关软件部署在选定的硬件平台上,并进行调优以达到最佳性能性能监控3通过性能监控工具持续监测系统的运行状况,发现并解决性能瓶颈数据字典数据字典概述数据字典是一个集中管理数据库模式信息的系统,描述了数据库中数据元素的属性和相互关系数据元素描述数据字典记录了数据元素的名称、类型、长度、取值范围等基本特性,为数据使用者提供参考数据模式信息数据字典保存了数据库的逻辑结构和物理结构信息,有利于数据库的维护和优化数据库正规化理论第一范式第二范式第三范式确保每个属性都是原子性的,不可再分消建立在第一范式的基础上,消除部分函数依在第二范式的基础上,消除传递函数依赖,确除重复数据,消除部分依赖赖,确保数据表中的所有属性完全依赖于主保数据表中的列只依赖于主键,而不依赖于键其他非主键属性语言SQLSQLStructured Query Language是一种用于管理和操作关系数据库的标准语言它提供了强大的数据定义、数据操纵和数据查询功能语言的概念SQLSQL StructuredQueryLanguage是一种专门用于管理关系型数据库的编程语言它提供了对数据进行增加、删除、修改和查询的功能,并支持定义数据库对象和控制访问权限等管理功能SQL已成为关系型数据库的事实标准语句的分类SQL数据定义语句数据操纵语句1DDL2DML用于定义和管理数据库对象,如用于对数据进行增删改查等基创建、修改和删除表、视图、本操作,如INSERT、UPDATE索引等、DELETE、SELECT等数据控制语句嵌入式语句3DCL4SQL用于管理数据库的访问权限和SQL语句可以嵌入到宿主语言安全性,如GRANT、REVOKE如Java、C++等中使用等数据定义语言DDL创建数据库对象控制数据库权限12DDL用于定义和管理数据库对DDL可分配和撤销用户对数据象,如表、视图、索引等可创库对象的访问权限,控制数据库建、修改和删除数据库对象的安全性定义数据类型维护数据库结构34DDL可为数据库对象中的数据DDL可对数据库结构进行修改项指定数据类型,确保数据完整和优化,确保数据库的高效运行性数据操纵语言DMLINSERT用于向数据库表中插入新的数据记录UPDATE用于修改数据库表中已存在的数据记录DELETE用于从数据库表中删除已存在的数据记录数据查询语言DQL数据查询基础复杂查询结果优化数据查询语言DQL是用于从数据库中DQL支持多表连接、嵌套查询、聚合函DQL还提供了对查询结果进行排序、过提取和检索数据的语言,它提供了强大的数等高级查询,可以满足复杂的信息检索滤、分组等操作,使查询结果更加精确和查询功能,如SELECT、WHERE、需求可读ORDER BY等。