《数据库系统原理教学课件》

数据库系统原理本课程介绍数据库系统的基础知识，重点讲解数据库系统的概念、模型、结构和功能课程简介课程目标课程内容

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22.学习数据库系统基础知识，了包括关系数据模型、语言SQL解数据库系统的工作原理，掌、数据库设计、事务管理、并握数据库设计和开发的常用方发控制、数据库恢复、查询优法化、索引结构、数据库安全性、数据仓库、分布式数据库等学习方法考核方式

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44.理论讲解、案例分析、课后练平时作业、期中考试和期末考习，并结合实际项目进行实践试数据库系统概述数据库系统是管理和组织数据的软件系统它提供数据存储、检索、更新和维护等功能，并通过各种工具和接口为用户提供访问数据的方式数据库系统通常包含数据库管理系统、数DBMS据库本身以及相关的应用程序数据库系统广泛应用于各种领域，例如电子商务、金融、医疗保健、教育、政府等它有助于提高数据管理效率、增强数据安全性，并为决策支持提供有力支撑关系数据模型关系模型简介数据结构关系模型是目前最常用的数据模关系模型中的数据结构是关系，型，它使用二维表来表示数据关系由若干个属性组成属性的关系模型是一种逻辑数据模型，取值称为元组，元组是关系模型独立于物理实现中数据的基本单位操作优点关系模型提供了一系列操作，例关系模型具有简单、易于理解、如插入、删除、修改和查询关操作方便等优点它也具有良好系代数是关系模型的重要组成部的数据独立性，数据定义语言和分，它定义了一套运算符来处理数据操作语言之间相互独立关系关系代数关系代数操作表达式常见操作关系代数提供了一组操作，用于在关系数关系代数表达式使用操作符和运算符来表并集•据库上执行查询和数据操作示查询，并生成结果关系交集•差集•投影•选择•笛卡尔积•语言基础SQL数据查询数据更新检索数据库中存储的数据修改数据库中存储的数据数据插入数据删除将新数据添加到数据库中从数据库中删除数据数据库设计需求分析1明确用户需求，确定数据存储需求概念设计2将需求转化为概念模型，例如图，描述实体、属性和关系E-R逻辑设计3将概念模型转换为逻辑模型，选择合适的数据库模型，例如关系模型，并设计数据表结构物理设计4确定存储结构，例如索引、文件组织方式，优化数据库性能图设计E-R图（实体关系图）是一种常用的数据库设计方法，它可以帮助我们直观E-R-地表示现实世界中的实体和它们之间的关系图主要包含三个基本元素实体、属性和关系实体是指现实世界中可以E-R被识别和区分的任何事物，例如学生、课程和教师属性是实体的特征，例如学生的姓名、学号和年龄关系是指实体之间的联系，例如学生和课程之间存在选课关系图可以“”E-R帮助我们更好地理解数据库的结构和数据之间的联系，并为数据库设计提供指导规范化理论消除数据冗余提高数据完整性规范化理论旨在消除数据库中的数据冗余，减少数据更新和维护规范化可以确保数据的一致性，避免数据的不一致性导致错误和的复杂性混乱通过规范化，可以有效地提高数据一致性和完整性数据库的设计应该遵循规范化原则，以确保数据质量和可靠性事务管理原子性一致性隔离性持久性事务是一个不可分割的逻辑事务执行之前和之后，数据多个事务并发执行时，相互事务一旦提交，其对数据库工作单元要么全部执行成库的一致性状态保持一致之间不会受到影响每个事的修改就是永久性的即使功，要么全部执行失败事务必须使数据库从一个一务都像在独立的环境中执行系统崩溃，数据也不会丢失致状态转换为另一个一致状一样确保数据的一致性，防止部态分更新造成数据不一致性并发控制保证数据一致性常见技术

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22.并发控制是保证多个用户同时常见的并发控制技术包括锁机访问数据库时，数据的一致性制，时间戳机制，乐观锁机制和完整性，防止数据冲突，多版本并发控制等提高性能提高效率

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44.通过并发控制，多个用户可以通过并发控制，多个用户可以同时访问数据库，提高数据库同时访问数据库，提高数据库的利用率和性能的效率数据库恢复备份与恢复日志文件检查点恢复策略定期备份数据库数据，以防数记录数据库事务操作，用于恢定期将数据库状态写入日志文使用备份和日志文件恢复数据据丢失复数据件到一致性状态查询优化查询优化概述优化目标查询优化是指在执行查询之前，减少查询执行时间，降低系统资对查询语句进行优化，以提高查源消耗，提升数据库性能询效率常见优化技术优化策略索引使用、查询语句重写、视图选择最优执行计划，避免不必要合并、数据预处理等的磁盘访问，减少数据传输量索引结构树形索引结构哈希索引结构树形索引以树状结构存储数据，例如树和树，支持高效的哈希索引使用哈希函数将键值映射到索引表中的位置，支持快速B B+范围查询和排序查询查找操作，但无法进行范围查询树与树B B+树是一种平衡的多路搜索树，适用于磁盘存储结构B树是树的一种变体，更适合数据库索引结构B+B树将所有数据都存储在叶子节点，内部节点只存储关键字，提高了查询效B+率哈希表存储结构冲突处理哈希表是一种数据结构，使用哈当多个键映射到同一位置时，需希函数将键映射到表中的特定位要使用冲突处理方法，例如线性置，用于快速查找、插入和删除探测、二次探测或链地址法来解决性能分析应用场景哈希表的平均时间复杂度为哈希表广泛应用于数据库索引、O1，对于大多数操作，例如插入、缓存、密码存储和散列表等领域删除和查找，效率非常高磁盘存储结构磁盘结构磁盘块磁盘扇区磁盘磁道磁盘存储结构包括磁盘块、磁每个磁盘块包含一定大小的数磁盘扇区是磁盘上的一个物理磁盘磁道是磁盘表面上的一条盘块号、磁盘扇区、磁道、柱据，通常以字节或其倍数存储单元，是磁盘的最小的存同心圆，数据存储在磁道上，512面，这些是数据存储的最小单为单位数据以块为单位读写储单位数据存储在扇区中，每个磁道包含多个扇区元，影响着数据访问的效率每个扇区包含一定的数据量文件组织与存取文件组织方法是数据库系统中存储数据的关键环节文件组织方法顺序文件组织索引顺序文件组织1散列文件组织存取方法顺序存取2直接存取索引存取数据存储结构记录3块文件存取方法是操作系统提供的基本服务，是数据库系统读取和写入数据的关键数据库安全性访问控制数据加密

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22.权限管理，确保不同用户对数据库的访问权限敏感数据加密存储，防止非法访问和窃取完整性约束事务管理

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44.保证数据完整性和一致性，防止错误数据进入事务的原子性、一致性、隔离性和持久性，保证数据的一致性访问控制模型基于角色的访问控制基于策略的访问控制RBAC PBAC是最常见的模型之一它将用户使用规则或策略来定义访问权限RBAC PBAC分配给不同的角色，角色与数据库对象这些策略可以基于用户属性、时间、相关联，授权角色访问权限数据内容或其他条件加密技术数据加密访问控制身份验证将数据转换为无法理解的格式，只有拥有限制对敏感数据的访问权限，确保只有授验证用户身份，确保访问数据库的人是合解密密钥的人才能访问权人员才能访问法用户完整性约束实体完整性每个关系中必须存在一个主键，保证每个元组在关系中唯一识别参照完整性外键值必须与主表中对应属性值相匹配，维护数据一致性域完整性每个属性值都必须属于其定义的域，确保数据类型和范围的合法性视图机制虚拟表数据访问控制数据简化视图是基于基础表或其他视图创建的虚拟视图可以限制用户对数据的访问权限，只视图简化了对复杂数据的访问，提供一个表，它提供对数据的另一种视角显示他们需要看到的特定数据更易于理解和操作的接口存储过程与触发器存储过程触发器存储过程是一组预编译的触发器是与特定事件关联的数据SQL语句，存储在数据库服务器中，库对象，当该事件发生时，触发可供应用程序调用器会自动执行预定义的操作优点应用场景提高代码可重用性、简化应用程复杂业务逻辑、数据校验、安全序开发、增强数据完整性控制、数据审计等数据仓库数据仓库概述数据仓库特点数据仓库是面向主题的、集成的、非易失性的、随时间变化的数面向主题

1.据集合，用于支持决策制定集成

2.非易失性数据仓库通常用于商业智能、数据挖掘和分析等领域，提供对历

3.史数据和趋势的洞察随时间变化

4.联机分析处理数据分析技术商业决策12为多维数据分析提供了帮助用户以更直观的方OLAP OLAP强大工具，支持数据挖掘、数式理解复杂数据，支持做出更据仓库和商业智能明智的商业决策灵活分析数据可视化34提供了灵活的分析方法通常与可视化工具集成OLAP OLAP，包括切片、切块、钻取和旋，将复杂的分析结果以图形和转操作，可以深入分析数据图表形式呈现，易于理解和解释数据挖掘模式发现预测分析从大量数据中提取有用的模式和基于历史数据，预测未来趋势和知识事件关联规则挖掘异常检测发现数据集中不同项之间的关联识别数据中的异常值和不寻常模关系式分布式数据库数据分布分布式事务管理12分布式数据库将数据存储在多分布式事务确保多个节点上的个节点上，增强可扩展性和容操作的一致性，复杂性更高错能力数据复制与一致性常见类型34不同节点间数据副本同步，保常见的分布式数据库类型包括证数据一致性，维护数据完整分片数据库、复制数据库等性对象关系型数据库面向对象数据模型继承和多态数据类型丰富对象关系型数据库融合了面向对象数据模支持继承和多态，以便更灵活地表示和操除了基本数据类型，还可以定义用户自定型和关系型数据库模型作复杂数据义数据类型，更适合复杂应用场景数据库NoSQL文档型数据库键值对数据库列式数据库图数据库使用文档存储数据，可以键值对形式存储数据，速度按列存储数据，适合高吞吐量以节点和关系为基础存储数据JSON灵活适应复杂结构，适合高并快，适合缓存、消息队列、会、实时分析等场景，擅长分析数据之间的关联关发读写话管理等系结语本课程涵盖了数据库系统原理的核心内容，从基础知识到高级应用学习数据库系统原理有助于理解数据管理的机制，并为实际应用打下坚实基础。