《数据库原理与应用》课件2

数据库原理与应用欢迎来到《数据库原理与应用》课程！本课程将带您深入探索数据库世界的奥秘，从基础概念到高级技术，助您掌握数据库的核心知识与实践技能让我们一起开启这段精彩的数据库之旅，探索数据的力量，驱动未来的创新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本课程内容涵盖数据库系统概述、关系数据考核方式包括平时作业、实验报告和期末概念、原理和设计方法，具备使用SQL语库、SQL语言、数据库设计、数据库编程考试其中，平时作业和实验报告占总成言进行数据库操作和管理的能力，以及运、数据库完整性与安全性、数据库恢复技绩的40%，期末考试占总成绩的60%用数据库技术解决实际问题的能力术以及数据库新技术等多个方面第一章数据库系统概述本章将介绍数据库系统的基本概念和发展历程我们将从数据与信息的定义入手，探讨数据管理技术的发展阶段，深入了解数据库系统的基本概念，并分析数据库系统的特点和结构通过本章的学习，您将对数据库系统有一个全面的认识此外，我们还将讨论数据库系统的三级模式结构和两级映像功能，这对于理解数据库系统的内部运作机制至关重要掌握这些基础知识，将为后续章节的学习打下坚实的基础数据与信息

1.1数据的定义信息的定义数据与信息的关系123数据是描述客观事物的符号记录，是信息是经过加工处理的数据，具有一数据是信息的原始素材，信息是数据信息的载体它可以是数字、文字、定的意义，能够被人们理解和利用的加工结果数据经过处理后才能成图像、声音等多种形式数据本身没信息是人类认识世界、改造世界的重为信息，信息反过来可以指导数据的有意义，需要经过解释才能转化为信要工具收集和处理数据与信息是相互依存息、相互转化的关系数据管理技术的发展

1.2人工管理阶段1数据由人工记录和管理，效率低下，容易出错，数据共享性差文件系统阶段2数据存储在文件中，由文件系统管理，数据共享性有所提高，但数据独立性差，冗余度高数据库系统阶段3数据存储在数据库中，由数据库管理系统管理，数据结构化、共享性高、独立性高、冗余度低数据库系统的基本概念

1.3数据库数据库管理系统数据库是长期存储在计算机内的、数据库管理系统（DBMS）是管理有组织的、可共享的数据集合数和控制数据库的软件系统它提供据库中的数据按照一定的结构组织数据定义、数据操纵、数据控制和，可以高效地存储、检索和管理数据维护等功能，保证数据的完整性、安全性和一致性数据库系统数据库系统（DBS）是由数据库、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计算机系统中一个重要的组成部分，为各种应用提供数据支持数据库系统的特点

1.4数据结构化数据的共享性高数据独立性高数据冗余度低数据库中的数据按照一定的结数据库中的数据可以被多个用数据库中的数据独立于应用程数据库中的数据冗余度低，避构组织，便于存储、检索和管户和应用程序共享，提高了数序，应用程序的修改不会影响免了数据的不一致性和浪费存理数据结构化是数据库系统据的利用率和效率数据的存储和访问储空间的重要特征之一数据库系统的结构

1.5三级模式结构数据库系统采用三级模式结构，包括概念模式、外模式和内模式概念模式是数据库的整体逻辑结构，外模式是用户看到的部分数据，内模式是数据的物理存储结构两级映像功能数据库系统提供两级映像功能，包括外模式/概念模式映像和概念模式/内模式映像映像保证了数据的逻辑独立性和物理独立性第二章关系数据库本章将重点介绍关系数据库，这是目前应用最广泛的数据库类型我们将深入了解关系数据结构，包括关系、元组、属性和域等基本概念同时，我们将探讨关系的完整性约束，包括实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性此外，我们还将学习关系代数和关系演算，这两种理论是关系数据库的基石通过本章的学习，您将掌握关系数据库的核心概念和理论基础关系数据结构

2.1关系元组属性关系是关系数据库中的基元组是关系中的一行，代属性是关系中的一列，代本数据结构，可以看作是表一个实体或事物元组表实体或事物的特征每一个二维表格每一行代包含多个属性值，每个属个属性都有一个名称和一表一个元组，每一列代表性值对应一个属性个数据类型一个属性域域是属性的取值范围每个属性都有一个域，属性的值必须属于该域关系的完整性约束

2.2参照完整性保证关系之间的引用关系正确有效，通常2通过外键来实现实体完整性1保证关系中的每个元组都有唯一的标识，通常通过主键来实现用户定义的完整性保证关系中的数据满足用户自定义的约束3条件，例如数据类型、取值范围等关系的完整性约束是保证数据库中数据正确性和一致性的重要手段通过定义和实施这些约束，可以有效防止无效或错误的数据进入数据库，从而提高数据的质量和可靠性关系代数

2.3集合运算专门的关系运算包括并、交、差、笛卡尔积等运算，用于操作关系中的元组集合包括选择、投影、连接、除等运算，用于从关系中选择满足条件的集合运算是关系代数的基础元组或属性专门的关系运算是关系代数的核心关系代数是一种抽象的查询语言，用于描述对关系的操作通过关系代数，可以表达各种复杂的查询需求，并为关系数据库的查询优化提供理论基础关系演算

2.4元组关系演算1以元组为变量，通过谓词公式来描述查询需求元组关系演算是一种非过程化的查询语言域关系演算2以属性为变量，通过谓词公式来描述查询需求域关系演算也是一种非过程化的查询语言关系演算与关系代数类似，也是一种抽象的查询语言关系演算更加注重描述查询的目标，而不需要指定查询的具体步骤关系演算为关系数据库的查询提供了另一种理论模型第三章语言SQL本章将系统学习SQL语言，这是关系数据库的标准查询语言我们将从SQL的概述入手，了解SQL的特点和组成然后，我们将分别学习数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）、数据查询语言（DQL）和数据控制语言（DCL）此外，我们还将学习视图和索引的概念、创建和使用通过本章的学习，您将能够熟练使用SQL语言进行数据库的各种操作概述

3.1SQL的特点的组成SQL SQLSQL具有简单易学、功能强大、通用性强等特点SQL是关系SQL由数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）、数据数据库的标准查询语言，被广泛应用于各种数据库系统中查询语言（DQL）和数据控制语言（DCL）组成每种语言都有不同的功能和用途数据定义语言（）

3.2DDL创建表1使用CREATE TABLE语句创建新的数据表，定义表的结构和属性修改表2使用ALTER TABLE语句修改已有的数据表，例如添加、删除或修改列删除表3使用DROP TABLE语句删除不再需要的数据表，释放存储空间数据操纵语言（）

3.3DML插入数据更新数据删除数据使用INSERT INTO语句向数据表中插入使用UPDATE语句修改数据表中已有的数使用DELETE FROM语句删除数据表中不新的数据行据行需要的数据行数据查询语言（）

3.4DQL基本查询连接查询嵌套查询使用SELECT语句从数据表中检索数据，使用JOIN语句将多个数据表连接起来进在一个SELECT语句中嵌套另一个可以指定查询的列和条件行查询，可以根据不同的连接条件进行连SELECT语句，可以实现更复杂的查询需接求数据控制语言（）

3.5DCL授权回收权限1使用GRANT语句授予用户对数据库对象使用REVOKE语句回收用户对数据库对（例如表、视图）的访问权限2象的访问权限数据控制语言用于管理数据库的安全性，保证只有授权用户才能访问和修改数据库中的数据通过授权和回收权限，可以实现细粒度的访问控制视图

3.6视图的概念视图的创建与删除12视图是一个虚拟的表，由查询使用CREATE VIEW语句创建定义视图不存储实际的数据视图，使用DROP VIEW语句删，而是根据查询动态生成结果除视图视图的使用3视图可以像表一样使用，可以进行查询、更新和删除操作视图简化了复杂的查询，提高了数据的安全性索引

3.7索引的概念索引的创建与删除索引的优缺点索引是一种数据结构，用于提高数据库查使用CREATE INDEX语句创建索引，使用优点提高查询速度缺点占用存储空询的速度索引类似于书籍的目录，可以DROP INDEX语句删除索引间，降低数据更新速度快速定位到数据的位置第四章数据库设计本章将介绍数据库设计的基本原则和步骤我们将从数据库设计的目标入手，了解需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计等关键阶段通过本章的学习，您将掌握数据库设计的方法和技巧，能够设计出高效、可靠的数据库本章还将讨论数据库实施的各个环节，包括数据库的建立、试运行和运行维护我们将学习如何将设计好的数据库付诸实践，并保证数据库的稳定运行数据库设计概述

4.1数据库设计的目标数据库设计的目标是设计出满足用户需求、性能优良、易于维护和扩展的数据库系统数据库设计的步骤数据库设计的步骤包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计和数据库实施等阶段需求分析

4.2需求分析的任务1明确用户的需求，包括数据需求、功能需求和性能需求需求分析的方法2常用的需求分析方法包括访谈、问卷调查、实地考察和文档分析等需求分析文档3将需求分析的结果整理成文档，作为后续设计阶段的依据概念结构设计

4.3模型E-R使用E-R模型描述现实世界中的实体、属性和关系E-R模型是概念结构设计的重要工具图的绘制E-R使用E-R图将E-R模型可视化E-R图清晰地表达了实体之间的关系，便于理解和交流逻辑结构设计

4.4图向关系模式的转换关系模式的优化E-R1将E-R图转换为关系模式，确定关系的对关系模式进行规范化，消除数据冗余属性和主键、外键2，提高数据的一致性逻辑结构设计是将概念模型转换为数据库可以实现的逻辑模型的过程关系模式的优化是逻辑结构设计的关键步骤，可以提高数据库的性能和可维护性物理结构设计

4.5存储结构设计1选择合适的存储结构，例如顺序存储、索引存储和聚簇存储等存取方法设计2选择合适的存取方法，例如B树索引、哈希索引和全文索引等物理结构设计是数据库设计的最后阶段，目标是提高数据库的性能和效率存储结构和存取方法的选择直接影响数据库的查询速度和存储空间利用率数据库实施

4.6数据库的建立数据库的试运行数据库的运行维护根据设计结果，创建数据库、表、索引和对数据库进行测试，验证数据库的功能和对数据库进行日常维护，包括备份、恢复视图等对象性能是否满足需求、性能监控和安全管理等第五章数据库编程本章将介绍数据库编程的基本技术，包括嵌入式SQL、存储过程、触发器和数据库应用程序设计通过本章的学习，您将能够使用编程语言与数据库进行交互，开发各种数据库应用程序我们将学习如何将SQL语句嵌入到主语言程序中，以及如何创建和调用存储过程和触发器此外，我们还将讨论数据库应用程序的结构和开发步骤嵌入式

5.1SQL嵌入式的概念SQL将SQL语句嵌入到主语言程序中，通过主语言程序执行SQL语句，实现对数据库的访问和操作主语言程序与的接口SQL主语言程序通过特定的接口与SQL数据库进行通信，例如ODBC、JDBC等存储过程

5.2存储过程的概念1存储过程是一组预编译的SQL语句，存储在数据库中，可以被多次调用存储过程的创建与调用2使用CREATE PROCEDURE语句创建存储过程，使用CALL语句调用存储过程触发器

5.3触发器的概念触发器的创建与使用触发器是一种特殊的存储过程，当数据库发生特定事件时自动执使用CREATE TRIGGER语句创建触发器，可以指定触发的事件行和执行的SQL语句数据库应用程序设计

5.4数据库应用程序的结构数据库应用程序的开发步骤数据库应用程序通常采用三层结构，包括用户界面层、业务逻辑层数据库应用程序的开发步骤包括需求分析、数据库设计、编码、测和数据访问层试和部署等阶段第六章数据库完整性与安全性本章将介绍数据库完整性和安全性的基本概念和技术我们将讨论完整性的概念、完整性约束的分类，以及实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性的实现方法此外，我们还将介绍数据库安全性的概念、安全性控制的方法，以及用户身份鉴别、存取控制、视图机制、审计和数据加密等安全技术通过本章的学习，您将了解如何保证数据库中数据的正确性、一致性和安全性，防止数据丢失、损坏和未经授权的访问数据库完整性概述

6.1完整性的概念数据库完整性是指数据库中数据的正确性、一致性和有效性完整性约束的分类完整性约束可以分为实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性等类型实体完整性

6.2实体完整性的定义1实体完整性要求关系中的主键不能为空，且每个元组的主键值必须唯一实体完整性的实现2通过在创建表时定义主键约束来实现实体完整性参照完整性

6.3参照完整性的定义参照完整性要求关系之间的引用关系正确有效，外键的值必须是referenced table中primary key的值，或者是null参照完整性的实现通过在创建表时定义外键约束来实现参照完整性用户定义的完整性

6.4用户定义完整性的概念用户定义完整性的实现方法用户定义完整性是指用户根据应用需求自定义的约束条件，例如数可以通过CHECK约束、触发器和存储过程等方式实现用户定义的据类型、取值范围和业务规则等完整性数据库安全性概述

6.5数据库安全性的概念数据库安全性控制的方法数据库安全性是指保护数据库免受未经1数据库安全性控制的方法包括用户身份授权的访问、修改和破坏，保证数据的鉴别、存取控制、视图机制、审计和数2机密性、完整性和可用性据加密等数据库安全性是数据库管理的重要方面，直接关系到数据的安全和用户的隐私通过有效的安全控制方法，可以降低数据库的安全风险，保护数据的安全用户身份鉴别

6.6用户标识口令12每个数据库用户都有一个唯一用户需要提供正确的口令才能的标识，用于区分不同的用户登录数据库，口令是用户身份鉴别的重要手段生物特征3可以使用生物特征识别技术（例如指纹、虹膜）进行用户身份鉴别，提高安全性存取控制

6.7自主存取控制强制存取控制用户可以自主地控制对数据库对象的访问权限，例如授予或回收其数据库系统根据预定义的安全策略控制对数据库对象的访问权限，他用户的权限用户不能自主地控制权限视图机制

6.8视图在安全性方面的应用可以通过视图限制用户对数据的访问，用户只能看到视图中定义的数据，而不能直接访问底层的数据表视图的优缺点优点简化查询，提高安全性缺点性能可能较低，不支持某些更新操作审计

6.9审计的概念1审计是指对数据库的操作进行记录和监控，以便追踪和分析数据库的安全事件审计的实现方法2可以通过数据库的审计功能或者第三方审计工具来实现审计数据加密

6.10数据加密的概念数据加密是指将数据转换为不可读的形式，防止未经授权的用户访问数据常见的加密算法常见的加密算法包括AES、DES、RSA等第七章数据库恢复技术本章将介绍数据库恢复技术，这是保证数据库可靠性的重要手段我们将讨论事务的概念、事务的特性（ACID），以及并发控制技术，包括并发操作带来的数据不一致性、封锁机制和封锁协议此外，我们还将介绍数据库恢复概述、日志文件、检查点技术、数据库备份和恢复策略等内容通过本章的学习，您将了解如何在数据库发生故障时进行恢复，保证数据的完整性和一致性事务的概念

7.1事务的定义事务是数据库操作的一个逻辑单元，要么全部执行，要么全部不执行事务的特性（）ACID事务具有原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）四个特性，简称ACID特性并发控制

7.2并发操作带来的数据不一致性1多个事务并发执行时，可能导致数据不一致，例如丢失更新、不可重复读和幻读等封锁机制2通过封锁机制可以控制并发操作，防止数据不一致，常见的封锁类型包括排他锁和共享锁封锁协议3常用的封锁协议包括2PL（两阶段封锁协议）等，用于保证并发操作的正确性数据库恢复概述

7.3故障的类型数据库故障可以分为事务故障、系统故障和介质故障等类型恢复的基本原理数据库恢复的基本原理是利用日志文件和备份文件将数据库恢复到一致的状态日志文件

7.4日志文件的概念日志文件的格式日志文件是记录数据库操作的文件，用于在数据库发生故障时进行日志文件通常包含事务的开始、提交和回滚等信息，以及对数据的恢复修改操作检查点技术

7.5检查点的设置检查点的概念1定期设置检查点，将数据库的状态写入检查点是指数据库在某个时刻的状态，磁盘，以便在发生故障时可以从检查点用于缩短数据库恢复的时间2开始恢复检查点技术是提高数据库恢复效率的重要手段通过定期设置检查点，可以避免从头开始恢复数据库，从而缩短恢复时间，减少数据丢失数据库备份

7.6完整备份增量备份差异备份123备份整个数据库，包括所有的数据和备份自上次完整备份以来发生变化的备份自上次完整备份以来发生变化的元数据数据数据，但每次备份都包含所有自上次完整备份以来发生变化的数据恢复策略

7.7即时恢复延迟恢复在事务执行过程中将修改的数据立即写入磁盘，可以减少数据丢失在事务提交后才将修改的数据写入磁盘，可以提高性能，但可能导，但会影响性能致数据丢失第八章数据库新技术本章将介绍数据库领域的新技术，包括分布式数据库、并行数据库、面向对象数据库、XML数据库、数据仓库与数据挖掘，以及大数据与NoSQL数据库通过本章的学习，您将了解数据库技术的发展趋势，为未来的学习和工作做好准备我们将讨论各种新型数据库的特点和应用场景，以及数据仓库和数据挖掘的基本概念和步骤此外，我们还将介绍大数据和NoSQL数据库的类型和优势分布式数据库

8.1分布式数据库的概念分布式数据库是指数据存储在多个计算机上的数据库系统分布式数据库的特点分布式数据库具有高可用性、高可扩展性和高性能等特点并行数据库

8.2并行数据库的概念1并行数据库是指利用多个处理器并行执行数据库操作的数据库系统并行数据库的体系结构2并行数据库的体系结构包括共享内存结构、共享磁盘结构和无共享结构等面向对象数据库

8.3面向对象数据库的概念面向对象数据库是指支持面向对象编程概念的数据库系统，例如类、对象、继承和多态等面向对象数据库的特点面向对象数据库具有数据封装、继承和多态等特点，更适合处理复杂的数据类型和关系数据库

8.4XML的基本概念数据库的特点XML XMLXML（Extensible MarkupLanguage）是一种用于描述数据的XML数据库用于存储和管理XML数据，支持XML数据的查询和更标记语言，具有良好的可读性和可扩展性新，更适合处理半结构化数据数据仓库与数据挖掘

8.5数据仓库的概念数据挖掘的基本步骤数据仓库是一个面向主题的、集成的、1数据挖掘的基本步骤包括数据清洗、数非易失的和时变的数据库，用于支持决据转换、数据选择、数据挖掘和模式评2策分析估等数据仓库和数据挖掘是商业智能的重要组成部分通过数据仓库，可以将各种数据源集成起来，为数据挖掘提供基础数据挖掘可以从海量数据中发现有价值的模式和知识，为决策提供支持大数据与数据库

8.6NoSQL大数据的特点1大数据具有数据量大、数据类型多样、数据处理速度快和数据价值高等特点，简称4V特点数据库的类型2NoSQLNoSQL数据库包括键值数据库、文档数据库、列式数据库和图形数据库等类型，适用于处理大数据和高并发的场景课程总结知识点回顾学习建议未来展望本课程介绍了数据库系统的基本概念、原建议同学们在课后多做练习，巩固所学知随着信息技术的不断发展，数据库技术将理和技术，包括关系数据库、SQL语言、识，并积极探索数据库领域的最新技术继续发挥重要作用，为各行各业提供强大数据库设计、数据库编程、数据库完整性的数据支持与安全性、数据库恢复技术和数据库新技术等内容感谢您在本课程中的积极参与！希望本课程能够为您未来的学习和工作打下坚实的基础祝您在数据库领域取得更大的成就！。