《数据库系统教程》课件

数据库系统教程欢迎来到数据库系统教程本课程旨在全面介绍数据库系统的基本概念、原理、设计与应用通过本课程的学习，你将掌握数据库系统的核心技术，为未来的学习和工作奠定坚实的基础我们将深入探讨关系数据库、语言、SQL数据库安全性、完整性、关系数据理论、数据库设计、数据库编程以及数据库恢复技术等关键领域让我们一起开启数据库系统学习之旅！课程概述课程目标学习内容考核方式本课程旨在使学生掌握数据库系统的基课程内容包括数据库系统概述、关系数考核方式包括平时作业、实验报告和期本概念、原理、设计方法和应用技术，据库、语言、数据库安全性、完整末考试期末考试主要考察学生对数据SQL培养学生分析和解决实际数据库问题的性、关系数据理论、数据库设计、数据库系统基本概念、原理和设计方法的掌能力库编程以及数据库恢复技术等握程度第一章数据库系统概述数据库系统的发展历程数据库系统的应用领域12从文件系统到数据库系统，数据库系统广泛应用于金融再到现代数据库系统，经历、电信、医疗、教育等各个了漫长的发展过程了解这领域，是现代信息系统的重一过程有助于理解数据库系要组成部分数据库无处不统设计的演变在，构成了我们现代生活的基石数据库系统的未来发展趋势3随着大数据、云计算等技术的快速发展，数据库系统正朝着智能化、分布式、云化的方向发展新技术的涌现，也对数据库提出了新的挑战和机遇数据库的基本概念数据Data描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本对象数据可以是数字、文字、图像、音频等多种形式数据库Database长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据的集合数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储数据库管理系统DBMS用于管理数据库的软件系统，负责数据的存储、检索、更新和安全控制常见的有、、等DBMS MySQLOracle SQLServer数据库系统DBS由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员组成的整体数据库系统是实现数据管理的完整解决方案数据库系统的特点数据结构化共享性高独立性高数据库中的数据按照一定多个用户可以同时访问和数据库中的数据与应用程的数据模型组织，具有清使用数据库中的数据，实序相互独立，应用程序的晰的结构和语义，便于数现数据的共享共享性提修改不会影响数据的存储据的存储、检索和管理高了数据的利用率，降低和管理独立性提高了系了数据的冗余度统的可维护性和可扩展性统一管理数据由统一管理和DBMS控制，保证数据的完整性、一致性和安全性统一管理降低了数据管理的复杂性，提高了数据管理的效率数据库系统的构成数据库1存储数据的集合，是数据库系统的核心组成部分数据库的设计直接影响到数据的存储效率和检索速度DBMS2管理数据库的软件，提供数据的定义、操纵、安全控制等功能是数据库系统的基础设施DBMS应用程序3访问和使用数据库的程序，实现特定的业务逻辑应用程序是数据库系统的用户界面DBA4负责数据库系统的管理、维护和优化是数据库系统的守护者DBA数据模型概念模型描述现实世界中的实体、属性和关系，用于表达用户的需求模型是常用的概念模型E-R逻辑模型将概念模型转换为计算机可以理解的数据模型，如关系模型、层次模型和网状模型关系模型是目前应用最广泛的逻辑模型物理模型描述数据在计算机中的存储方式，如索引、存储结构和数据压缩物理模型直接影响到数据的存储效率和检索速度数据库系统的体系结构三级模式结构外模式124内模式模式3描述了数据库系统的三个抽象层次外模式、模式和内模式三级模式结构实现了数据的逻辑独立性和物理独立性两级映像功能外模式模式映像和模式内模式映像两级映像保证了数据的高度独立性，也允许我们修改数据库的结构//数据库管理系统的功能数据库的建立和维护1数据库的运行管理2数据操纵3数据定义4数据定义提供数据模式定义语言，定义数据的结构、类型和约束数据操纵提供数据操纵语言，实现数据的查询、DDL DML插入、更新和删除数据库的运行管理提供并发控制、事务管理和故障恢复等功能，保证数据的完整性、一致性和安全性数据库的建立和维护功能提供数据库的备份、恢复、性能优化等功能，保证数据库的可靠性和高效性第二章关系数据库关系数据库的发展历程关系数据库的优势关系数据库的应用领域123从层次数据库和网状数据库发展而关系数据库具有数据结构简单、数关系数据库广泛应用于金融、电信来，关系数据库以其简洁的结构和据独立性高、数据一致性好等优点、医疗、教育等各个领域，是现代强大的功能成为主流了解关系数，易于学习和使用关系数据库是信息系统的重要组成部分关系数据库的演进过程有助于理解其设计现代企业级应用的首选据库是数据管理的核心技术思想关系数据结构及形式化定义关系Relation一个关系对应通常说的一张表关系是元组的集合，可以形式化地表示为RA1,A2,...,An元组Tuple表中的一行即为一个元组元组是属性值的有序列表，可以表示为v1,v2,...,vn属性Attribute表中的一列即为一个属性属性描述了元组的某个特征，每个属性都有一个取值范围，称为域码Key能够唯一标识一个元组的属性或属性的集合码是关系中的重要概念，用于保证数据的唯一性关系的完整性约束实体完整性参照完整性用户定义的完整性主码不能为空，保证每外码必须引用已存在的用户根据实际需求定义个元组都有唯一的标识元组的主码，保证关系的约束条件，如属性的实体完整性是关系数之间的引用关系正确取值范围、值的唯一性据库的基本约束参照完整性维护了关系等用户定义的完整性数据库的一致性增强了数据的可靠性关系代数运算集合运算1包括并、交、差、笛卡尔积等，用于对关系进行集合操作集合运算是关系代数的基础选择Selection2选择满足指定条件的元组，用表示选择是关系代数中常用的σ操作投影Projection3选择指定的属性列，用表示投影可以简化关系，减少数据的π冗余连接Join4将两个关系按照指定的条件连接起来，用⋈表示连接是关系代数中最常用的操作关系演算元组关系演算以元组为变量，描述元组之间的关系元组关系演算是一种非过程化的查询语言域关系演算以属性为变量，描述属性之间的关系域关系演算也是一种非过程化的查询语言关系演算的表达能力关系演算的表达能力与关系代数等价，可以表达所有的关系查询关系演算为语言提供了理论基础SQL第三章语言SQL的标准化SQL1的特点SQL2的应用SQL3（）是关系数据库的标准查询语言，广泛应用于各种关系数据库系统中语言随着数据库的SQL StructuredQuery LanguageSQL发展在不断进步支持数据的定义、操纵、查询和控制，功能强大，易于学习和使用为数据库操作提供了统一的接口SQL SQL概述SQL的特点的基本结构SQL SQL高度非过程化数据定义语言••DDL面向集合的操作方式数据操纵语言••DML语法简洁灵活数据控制语言••DCL功能强大•数据定义创建表修改表CREATE TABLEALTER TABLE12定义表的结构、属性和约束修改表的结构、属性和约束语句是语句可以动CREATE TABLEALTER TABLE中最重要的语句之一态地改变表的结构SQL删除表DROP TABLE3删除表及其所有数据语句是危险的操作，需要谨慎DROP TABLE使用数据查询单表查询连接查询嵌套查询SELECT JOINSubquery从单个表中查询数据语句是从多个表中查询相关联的数据将一个查询嵌套在另一个查询中嵌SELECT JOIN中最常用的语句操作可以实现复杂的数据查询套查询可以实现更灵活的数据查询SQL数据更新插入数据修改数据删除数据INSERT DELETEUPDATE向表中插入新的数据从表中删除数据行修改表中已存在的数行语句可以语句可以删除INSERT DELETE据行语句UPDATE一次插入一行或多行一行或多行数据可以修改一行或多行数据数据视图视图的概念1视图是从一个或多个表中导出的虚拟表视图不存储实际数据，只存储查询语句视图的优点2简化数据查询、提高数据安全性、提供数据逻辑独立性视图可以隐藏底层表的复杂性创建视图CREATE VIEW3使用语句创建视图创建视图需要指定视图的名称和查CREATE VIEW询语句删除视图DROP VIEW4使用语句删除视图删除视图不会影响底层表的数据DROP VIEW索引索引的概念索引是提高数据查询效率的数据结构索引类似于书的目录，可以快速定位到需要的数据索引的优点提高数据查询速度、降低成本索引可以减少数据库的扫描I/O范围创建索引CREATE INDEX使用语句创建索引创建索引需要指定索引的CREATE INDEX名称和表名删除索引DROP INDEX使用语句删除索引删除索引会降低查询速度DROP INDEX第四章数据库安全性数据库安全威胁21数据库安全性的重要性数据库安全措施3数据库安全性是保证数据库系统免受未经授权的访问、使用、修改、破坏或泄露的措施数据库是信息系统的核心，保护数据库安全至关重要本章介绍数据库安全性的基本概念、安全威胁和安全措施，帮助读者了解如何保护数据库系统数据库安全性概述安全性控制的需求安全性控制的方法保护数据的机密性用户身份鉴别••保证数据的完整性存取控制••维护数据的可用性视图机制••审计•数据加密•用户身份鉴别静态口令鉴别动态口令鉴别生物特征鉴别123使用固定的口令进行身份验证静使用动态生成的口令进行身份验证使用生物特征（如指纹、虹膜）进态口令容易被破解，安全性较低动态口令安全性较高，但使用较行身份验证生物特征具有唯一性为复杂，安全性最高存取控制自主存取控制DAC用户可以自主地控制对数据库对象的访问权限灵活性高，但容DAC易导致权限扩散强制存取控制MAC数据库管理员对数据库对象的访问权限进行统一控制安全性高MAC，但灵活性较低视图机制视图在安全性方面的作用视图的实现通过视图可以限制用户对底层表的访视图的实现依赖于查询重写技术问，保护数据的机密性视图可以隐将用户对视图的查询转换为对DBMS藏敏感数据底层表的查询审计审计的概念1审计是对数据库操作进行监控和记录的过程审计可以追踪数据库的安全事件，及时发现安全漏洞审计的内容2审计的内容包括用户登录、数据查询、数据更新等审计可以记录所有的数据库操作审计的实现3审计的实现依赖于数据库的审计日志会将所有的数DBMS据库操作记录到审计日志中数据加密加密的概念加密是将数据转换为不可读的形式，保护数据的机密性加密是数据库安全的重要措施常用加密算法、、等不同的加密算法具有不同的安全性和性DES AESRSA能加密的应用数据存储加密、数据传输加密加密可以保护数据在存储和传输过程中的安全第五章数据库完整性数据库完整性的重要性1完整性约束2完整性控制方法3数据库完整性是指数据的正确性、一致性和有效性保证数据库完整性是数据库系统的重要任务本章介绍数据库完整性的基本概念、完整性约束和完整性控制方法，帮助读者了解如何保证数据库数据的质量实体完整性实体完整性的概念实体完整性的实现方法保证表中的每个元组都有唯一的标识主码不能为空，且不能通过定义主码约束来实现实体完整性会自动检查主码DBMS重复是否为空和重复参照完整性参照完整性的概念参照完整性的实现方法12保证表之间的引用关系正确通过定义外码约束来实现参外码必须引用已存在的元照完整性会自动检DBMS组的主码，或者为空查外码是否引用已存在的元组的主码参照完整性的维护3删除被引用元组时，需要考虑级联删除、设置为空等策略参照完整性的维护是数据库设计的重要内容用户定义的完整性属性上的约束条件限制属性的取值范围、值的唯一性等属性上的约束条件可以保证数据的有效性元组上的约束条件限制元组的取值范围、值的唯一性等元组上的约束条件可以保证数据的正确性完整性约束命名子句命名约束的意义命名约束的语法为完整性约束指定名称，便于管理约束名约束定义CONSTRAINT和维护命名约束可以提高代码的命名约束的语法简单易懂可读性断言断言的概念1断言是定义在数据库上的逻辑表达式，用于检查数据的有效性断言可以实现复杂的完整性约束断言的语法2断言名条件断言的语法CREATE ASSERTIONCHECK简单明了断言的实现3断言的实现依赖于数据库的触发器机制会在数据更新DBMS时检查断言是否满足触发器触发器的概念触发器是与表关联的存储过程，在表的数据发生变化时自动执行触发器可以实现复杂的完整性约束触发器的类型触发器、触发器、触发器不BEFORE AFTERINSTEAD OF同类型的触发器在不同的时机执行触发器的应用实现复杂的完整性约束、审计数据库操作、维护数据的一致性触发器是数据库编程的重要手段第六章关系数据理论关系数据理论的重要性函数依赖124模式分解范式3关系数据理论是关系数据库设计的基础，用于指导数据库模式的设计，保证数据的完整性、一致性和减少数据冗余好的数据库设计可以提高数据的存储效率和查询速度本章介绍关系数据理论的基本概念、函数依赖、范式和模式分解，帮助读者了解如何设计高质量的数据库模式函数依赖函数依赖的概念函数依赖的性质属性之间的依赖关系如果属性的值唯一确定属性的值，则自反性、增广性、传递性等函数依赖的性质用于推导其他的A B称函数依赖于函数依赖是关系数据理论的核心概念函数依赖关系B A码候选码主码外码123能够唯一标识一个元组的属性或属从候选码中选择一个作为主码主引用另一个关系的主码外码用于性的集合一个关系可以有多个候码用于唯一标识一个元组建立关系之间的联系选码范式第一范式第二范式1NF2NF关系中的所有属性都是不可再分在的基础上，每个非主属性1NF的是最基本的范式完全函数依赖于主码消除部分1NF函数依赖第三范式3NF在的基础上，每个非主属性都不传递依赖于主码消除传递函数依赖2NF范式BCNF的概念的条件BCNF BCNF在的基础上，每个属性都不传递所有属性都不传递依赖于任何候选码3NF依赖于任何候选码是更高级，需要对表进行更严格的分析和分解BCNF的范式，可以消除更多的冗余，以满足的要求BCNF多值依赖与第四范式多值依赖的概念1属性之间的多值依赖关系如果属性的值唯一确定属性A的一组值，则称多值依赖于B BA第四范式4NF2在的基础上，消除多值依赖可以消除更多的BCNF4NF冗余的意义4NF3通过消除多值依赖，可以进一步提高数据的完整性和4NF一致性，避免数据冗余和更新异常模式分解无损连接分解保持函数依赖分解模式分解的意义分解后的关系能够通过连接操作恢复到分解后的关系能够保持原始关系的函数通过模式分解，可以将复杂的模式分解原始关系，且不丢失信息无损连接分依赖保持函数依赖分解可以保证数据为更简单的模式，提高数据的存储效率解是模式分解的重要目标的完整性和查询速度模式分解是数据库设计的重要手段第七章数据库设计数据库设计的步骤1需求分析2概念结构设计3逻辑结构设计4物理结构设计5数据库设计是将用户的需求转换为数据库模式的过程良好的数据库设计可以提高数据的存储效率、查询速度和可维护性本章介绍数据库设计的步骤、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计，帮助读者了解如何设计高质量的数据库数据库设计概述数据库设计的目标数据库设计的步骤满足用户的需求需求分析••保证数据的完整性概念结构设计••提高数据的存储效率逻辑结构设计••提高数据的查询速度物理结构设计••数据库实施•数据库运行与维护•需求分析需求分析的任务数据字典需求分析的方法123收集用户的需求、分析数据的特点记录数据的元数据，如数据的名称访谈、问卷调查、实地考察等选、确定数据的范围需求分析是数、类型、长度、约束等数据字典择合适的需求分析方法可以提高分据库设计的基础是数据库设计的重要工具析的效率和准确性概念结构设计模型图E-R E-R实体关系模型，用于描述现实世模型的图形表示图可以-E-R E-R界中的实体、属性和关系直观地表达数据的结构和关系E-R模型是常用的概念模型概念结构设计的步骤确定实体、确定属性、确定关系、绘制图概念结构设计是数据库设E-R计的重要步骤逻辑结构设计图向关系模式的转换数据模型的优化E-R将图转换为关系模式图向关对关系模式进行优化，消除冗余、提E-R E-R系模式的转换是逻辑结构设计的核心高数据的完整性和一致性数据模型任务的优化是逻辑结构设计的重要内容物理结构设计物理结构设计的内容1确定数据的存储方式、选择合适的索引、进行性能优化物理结构设计直接影响到数据的存储效率和查询速度索引设计2选择合适的索引可以提高数据的查询速度索引设计是物理结构设计的重要内容存储结构设计3选择合适的存储结构可以提高数据的存储效率存储结构设计是物理结构设计的重要内容数据库实施建立数据库使用语句创建数据库、表、索引等建立数据库是数SQL据库实施的第一步数据加载将数据加载到数据库中数据加载是数据库实施的重要步骤应用程序编码与调试编写应用程序、调试应用程序应用程序编码与调试是数据库实施的重要步骤数据库运行与维护1数据库的运行数据库的维护2数据库的运行是指数据库系统的正常运行数据库的维护是指对数据库系统进行维护、优化和更新数据库的运行与维护是保证数据库系统可靠性和高效性的重要措施定期备份数据、监控数据库性能、优化数据库查询数据库的运行与维护需要的专业知识和技能DBA第八章数据库编程数据库编程技术1嵌入式SQL2存储过程3动态SQL4ODBC5数据库编程是指使用编程语言访问和操作数据库数据库编程是开发数据库应用程序的重要技能本章介绍数据库编程的基本概念、嵌入式、存储过程、动态和，帮助读者了解如何进行数据库编程SQL SQLODBC嵌入式SQL嵌入式的处理过程主语言变量的说明SQL将语句嵌入到编程语言中需要使用预编译器将语句需要使用特定的语法将主语言变量与语句中的参数绑定SQL SQL SQL转换为编程语言可以识别的代码主语言变量用于传递数据存储过程存储过程的概念存储过程的创建与调用12存储在数据库中的一组语使用语SQL CREATEPROCEDURE句存储过程可以提高数据库句创建存储过程使用CALL的性能、简化数据库的维护语句调用存储过程存储过程的优点3提高性能、简化维护、提高安全性存储过程是数据库编程的重要手段动态SQL动态的概念动态的实现SQL SQL在程序运行时动态生成语句使用字符串拼接或预编译语句SQL动态可以提高程序的灵活动态的实现需要注意注SQLSQLSQL性入攻击动态的应用SQL开发灵活的查询界面、实现动态报表动态是数据库编程的重要手段SQLODBC的概念的体系结构ODBC ODBC开放数据库连接，是一种标准的数据包括应用程序、驱动管理器、数据库库访问接口可以实现不同数驱动程序和数据库的体系结ODBC ODBC据库之间的互操作构简单明了第九章数据库恢复技术数据库恢复技术的重要性事务124恢复实现技术故障种类3数据库恢复技术是指在数据库发生故障后，将数据库恢复到一致状态的技术保证数据库的可靠性和可用性本章介绍数据库恢复技术的基本概念、事务、故障种类和恢复实现技术，帮助读者了解如何保证数据库的可靠性和可用性事务的概念事务的特性事务的状态ACID原子性活动状态•Atomicity•一致性部分提交状态•Consistency•隔离性提交状态•Isolation•持久性失败状态•Durability•终止状态•故障的种类事务内部的故障系统故障12由于程序错误、死锁等原因由于操作系统、硬件等原因导致的故障可以通过回滚导致的故障可以通过重启事务来恢复动数据库系统来恢复介质故障3由于磁盘损坏等原因导致的故障需要使用备份和日志文件来恢复恢复的实现技术数据转储将数据库的数据备份到另一个存储介质中数据转储是数据库恢复的基础登记日志文件记录数据库的操作日志日志文件用于在故障发生后恢复数据恢复算法利用日志文件和备份文件将数据库恢复到一致状态恢复算法是数据库恢复的核心技术课程总结重点回顾学习建议参考资料本课程全面介绍了数据库系统的基本概数据库系统是一门实践性很强的课程，《数据库系统概念》、《数据库系统实念、原理、设计与应用，包括关系数据建议大家多做实验、多编写程序，加深现》、《语言艺术》等这些参考SQL库、语言、数据库安全性、完整性对知识点的理解同时，也要关注数据资料可以帮助大家更深入地学习数据库SQL、关系数据理论、数据库设计、数据库库技术的最新发展动态，不断学习新的系统编程以及数据库恢复技术等关键领域知识和技能希望大家在数据库领域取希望大家有所收获！得更大的成就！。