《数据库系统概念》课件

《数据库系统概念》本课件介绍了数据库系统的基本概念、原理和技术涵盖数据库模型、数据库设计、数据库管理系统、数据库安全等内容数据库系统简介数据管理工具数据管理系统数据存储和管理数据库系统是用于管理和组织数据的软件系数据库系统包含数据库管理系统DBMS数据库系统为用户提供各种数据存储模式，统，帮助用户有效地存储、检索和处理数据，它负责数据的存储、访问、维护和控制包括关系型数据库、NoSQL数据库等，满足不同应用需求数据库系统的组成数据库管理系统数据库数据库应用程序数据库用户DBMS数据库是存储数据的集合，通数据库应用程序是使用户能够数据库用户是指访问和使用数DBMS是数据库系统的核心常组织成表格形式，并使用关访问和操作数据库的软件，它据库的人员，他们可以是管理它负责管理和维护数据库中系模型来描述数据之间的关系通常包括用户界面、业务逻辑员、开发人员、数据分析师或的数据，并提供访问数据的接和数据访问组件最终用户口数据库包含数据文件、索引文应用程序可以是网站、桌面应不同的用户角色拥有不同的权DBMS提供数据定义语言件、日志文件等，用于存储、用程序或移动应用程序，它们限，例如，管理员可以管理数DDL、数据操纵语言检索和管理数据利用DBMS提供的接口访问据库，而最终用户只能访问和DML和数据控制语言数据库中的数据查询数据DCL等功能数据库系统的分类

11.按数据模型分类

22.按应用领域分类主要有层次模型、网状模型和关系模型等，关系模型是目前例如，有事务型数据库、数据仓库、数据分析等，它们在数应用最为广泛的数据库模型据处理、数据存储和数据分析等方面各有侧重

33.按数据规模分类

44.按管理方式分类可分为小型数据库、中型数据库和大型数据库，它们在性能可以分为集中式数据库和分布式数据库，它们在数据分布、、容量和功能等方面有所差异管理方式和性能等方面有所区别数据模型概述数据模型是数据库系统的基础它描述了数据结构、数据关系和数据约束数据模型用于表示现实世界中的事物及其关系常见的数据模型包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型和半结构化模型关系模型是目前应用最广泛的模型，它使用二维表格来表示数据关系数据模型关系元组属性域关系是数据组织的基本单元，关系中的每一行称为元组，表关系中的每一列称为属性，表属性取值的范围称为域，例如以二维表格形式表示，由行和示一个实体或一个事件示实体或事件的某个特征，年龄属性的域可以是0到列组成150的整数关系代数与关系演算关系代数关系代数是一种基于集合论的数据库查询语言，用操作符对关系进行操作，并得到新的关系关系演算关系演算是一种基于谓词逻辑的数据库查询语言，用逻辑表达式来描述查询条件关系代数与关系演算的关系关系代数和关系演算是等价的，它们都能表达相同的查询，但表达方式不同语言概述SQL结构化查询语言数据操作语言SQL语言是结构化查询语言，专门用于操作关系型数据库用于对数据库中的数据进行增、删、改、查等操作，实现数据的管理和维护数据定义语言数据控制语言用于定义数据库的结构，包括表、字段、数据类型等，以及数据的用于控制数据库的访问权限、安全策略和事务处理等，保证数据库完整性约束等的安全性与完整性语言的数据定义SQL数据类型列定义定义数据类型，如整型、浮点型、字定义列名、数据类型、约束等符型等主键约束外键约束定义主键列，确保数据唯一性定义外键，实现数据关联和完整性语言的数据操作SQL数据查询数据插入SELECT语句用于从数据库中检INSERT语句用于将新数据插入索数据，可以使用各种条件和排到数据库表中，需要指定要插入序方式进行查询的数据值数据更新数据删除UPDATE语句用于修改数据库DELETE语句用于从数据库表中表中的现有数据，需要指定要修删除数据，可以使用条件语句选改的列和新值择要删除的行数据库的完整性约束数据一致性实体完整性参照完整性用户定义约束完整性约束确保数据一致性，实体完整性约束要求每个关系参照完整性约束用于维护多个用户可以根据业务需求定义各避免数据错误或不一致，提高表的主键不能为NULL值，确表之间数据关联的正确性，保种约束，例如数据类型、范围数据质量保每个元组唯一性证外键值在相关表中存在、唯一性等数据库的安全性访问控制数据加密12授权用户访问特定数据，限制未经授权保护敏感信息，如加密数据库文件或加访问例如，使用用户名和密码进行身密特定字段份验证数据备份审计跟踪34防止数据丢失，定期备份数据库，以便记录用户操作，监控数据库活动，以识在出现故障时恢复数据别潜在的安全威胁数据库的并发控制并发访问事务处理锁机制时间戳机制多个用户同时访问数据库，可事务是一个逻辑工作单元，具锁用于控制对数据的访问，防时间戳用于跟踪数据的修改历能会导致数据不一致有原子性和一致性止并发冲突史，防止并发访问冲突并发控制机制确保数据完整性并发控制需要保证事务的隔离锁机制分为排他锁和共享锁，每个事务都有一个时间戳，用和一致性性和持久性以确保数据完整性于比较和判断是否发生冲突数据库的恢复技术备份与恢复日志文件事务恢复崩溃恢复备份是数据库恢复的基础，定日志文件记录数据库操作，用事务恢复处理部分完成的事务崩溃恢复处理系统崩溃情况，期备份数据库可以有效防止数于追踪数据库状态变化恢复，确保事务的原子性和一致性恢复到崩溃前的状态通过日据丢失恢复技术可以从备份时，通过日志文件重放操作，日志文件和检查点机制保证志文件和检查点机制，恢复数中恢复数据，确保数据完整性恢复到故障前状态事务恢复的可靠性据库到一致性状态数据库管理系统

11.管理数据

22.访问数据数据库管理系统DBMS是DBMS提供了各种工具和语用于管理和操作数据库的软件言，用于访问和操作存储在数据库中的数据

33.控制数据

44.安全性DBMS确保数据的一致性、DBMS采用访问控制机制，完整性和安全性，并管理并发保护数据免受未经授权的访问访问和修改数据库系统的体系结构用户层1提供数据查询和更新接口应用层2提供应用程序访问数据库的接口数据库管理系统层3提供数据管理功能，如数据存储、检索和安全控制数据层4存储实际数据，包括数据文件和索引文件数据库系统的体系结构是一个分层的结构，从上到下依次是用户层、应用层、数据库管理系统层和数据层数据库系统的设计流程数据库系统设计流程是一个系统性过程，涉及多个阶段，每个阶段都至关重要需求分析1确定用户需求，明确数据类型和关系概念设计2建立概念模型，描述数据结构和语义逻辑设计3选择数据模型，确定数据结构和操作物理设计4选择存储结构，确定数据存储方式数据库实现5根据设计方案构建数据库系统从需求分析到数据库实现，每个阶段都需要仔细规划，确保数据库系统符合用户需求，并具有良好的性能和安全性概念结构设计目标方法概念结构设计是数据库系统设计的第一阶常用的概念结构设计方法包括实体关系模段，其目标是建立一个与具体DBMS无型（ERM）和面向对象方法，这些方法关的数据模型，描述现实世界中的数据，通过图形化工具来表达数据之间的关系，并建立数据之间存在的各种语义联系方便用户理解和维护概念结构设计需要与用户、业务专家等进概念结构设计需要将现实世界中的实体、行沟通，以确保设计出来的概念结构能够属性和联系抽象成概念模型，以反映数据准确地反映现实世界的业务需求库系统的业务需求逻辑结构设计关系模式设计数据类型选择关系模式是逻辑结构设计的核心根据属性的性质，选择合适的数，它定义了数据库中每个关系的据类型，例如整数、字符、日期属性和约束等完整性约束定义视图设计定义主键、外键和其他完整性约设计视图以满足用户对数据的特束，保证数据的完整性和一致性定需求，提高数据访问的安全性物理结构设计存储结构访问路径安全性确定数据在磁盘上的存储方式，例如文件组优化数据访问路径，例如创建索引、优化查考虑数据的安全性，例如数据加密、访问控织方式、索引结构、数据压缩方式等询计划，以提高数据库系统的性能制、备份和恢复策略等数据库应用开发数据模型设计用户界面开发应用程序开发测试与调试根据业务需求，设计数据模型设计用户友好的界面，便于用使用编程语言编写应用程序，对数据库应用进行测试，确保，确保数据的一致性和完整性户访问和操作数据库实现对数据库的操作应用程序的稳定性和可靠性数据库系统的性能优化查询优化数据存储优化优化查询执行计划，减少磁盘访问次数，提高查询速度采用合理的存储结构，减少数据冗余，提高数据访问效率•索引•数据压缩•查询优化器•分区数据仓库系统数据集成数据转换12从多个数据源收集数据，并将将来自不同数据源的数据进行其整合到一个统一的数据仓库清洗、转换、标准化，使其统中一的格式和结构数据分析数据应用34利用数据仓库中的数据进行多将分析结果应用于商业智能，维度分析，提取有价值的商业数据挖掘、机器学习等应用场洞察，支持企业决策景数据库前沿技术新型数据库管理系统数据分析和挖掘新型数据库管理系统，如数据库技术不断融入数据分析和NoSQL数据库，提供了更灵活挖掘功能，帮助用户更深入地理的数据存储和访问方式解数据分布式数据库系统云计算环境下的数据库分布式数据库系统能够有效地处云数据库服务为用户提供更便捷理海量数据，提高系统可扩展性、高效的数据库管理和访问体验和容错性分布式数据库系统数据分布节点间通信分布式事务数据分散存储在多个节点上，提高可扩展性节点之间需要相互通信，以协调数据访问和确保多个节点上的操作保持一致性，避免数和容错性更新据不一致云计算环境下的数据库可扩展性成本效益云平台提供弹性伸缩能力，轻松应对按需付费模式，降低硬件投资成本峰值负载高可用性安全保障分布式架构，提高数据库系统的可靠云服务提供商提供完善的安全防护措性和容错性施大数据环境下的数据库数据仓库云数据库分布式数据库人工智能技术大数据环境下，数据仓库系统云数据库为大数据应用提供可分布式数据库系统将数据分布人工智能技术在数据分析、预需要处理海量数据，提供快速扩展、高可用性和可靠的数据在多个节点上，以提高性能和测和决策方面提供了新的解决查询和分析功能存储和管理服务可扩展性方案，为大数据环境下的数据库系统带来创新人工智能与数据库系统

11.智能化查询

22.数据分析人工智能技术可以帮助用户更机器学习算法可以自动识别数自然地与数据库交互，提高查据库中的模式和关系，进行更询效率深入的数据分析

33.自动化管理

44.数据安全人工智能可以优化数据库性能人工智能技术可以帮助检测和，例如自动调整参数、识别异防御数据库攻击，提高数据安常情况全性数据库系统的未来发展云原生数据库人工智能与数据库区块链与数据库数据隐私与安全云原生数据库将成为主流，提人工智能技术将与数据库系统区块链技术将与数据库系统结数据隐私和安全将成为数据库供弹性、可扩展性和高可用性深度融合，实现智能化管理和合，提高数据安全性和可信度系统的重要议题，需要加强数分析据保护云服务提供商将提供更多数据数据挖掘、机器学习等技术将数据库系统将支持分布式账本数据库系统将采用更安全的数库服务，以满足不同需求应用于数据库系统，提高数据技术，实现数据共享和协作据加密技术，保障用户数据隐价值私总结与展望数据库技术发展迅速数据安全至关重要数据库技术不断创新，新技术层出不穷，例数据安全问题越来越突出，需要加强数据库如云数据库、大数据数据库等，为数据管理安全防护，防止数据泄露和攻击提供了更多选择数据应用场景不断拓展未来方向数据库应用场景不断扩大，例如人工智能、未来数据库技术将继续发展，更加智能化、物联网等领域，对数据库技术提出了更高要自动化，满足更多应用场景需求求问答讨论课程结束后，可以进行问答环节鼓励学生积极提问，老师针对学生的问题进行解答问答环节有利于学生对课程内容的理解，同时也能够帮助老师了解学生的学习情况通过问答环节，可以进一步巩固学生的知识，解决学生学习中遇到的难题，并促进师生之间的互动和交流。