《数据库基础概论》教学课件

数据库基础概论本教学课件旨在全面介绍数据库的基础概念与理论，帮助学生系统地掌握数据库的设计、管理与应用我们将从数据库系统概述入手，深入探讨数据模型、SQL语言、数据库安全性、完整性、关系数据理论以及数据库设计等关键领域通过本课程的学习，学生将具备数据库开发和管理的基本技能，为未来的职业发展奠定坚实的基础让我们一起开启数据库知识的探索之旅！课程概述1课程目标2学习内容本课程旨在让学生掌握数据库课程内容涵盖数据库系统概述系统的基本概念、原理和方法、数据模型、关系数据库标准，熟悉关系模型的理论基础，语言SQL、数据库安全性、数能够运用SQL语言进行数据库据库完整性、关系数据理论以的操作，了解数据库的安全性及数据库设计等多个方面，力和完整性，并具备数据库设计求全面系统的基本能力3考核方式课程考核方式包括平时作业、实验报告和期末考试平时作业和实验报告主要考察学生对知识点的理解和应用能力，期末考试则全面考察学生对整个课程内容的掌握程度第一章数据库系统概述什么是数据库数据库系统的发展历史数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，其目的数据库系统的发展经历了多个阶段，包括人工管理阶段、文件系是为了方便数据的存储、访问和管理数据库可以存储各种类型统阶段和数据库系统阶段每个阶段都有其特点和局限性，数据的数据，如文本、数字、图像、音频和视频等库系统阶段解决了前两个阶段的许多问题，提高了数据的管理效率数据、数据库、数据库管理系统的概念数据（Data）数据库（Database）数据是描述客观事物的符号记录数据库是长期存储在计算机内的，是数据库中存储的基本对象、有组织的、可共享的大量数据数据可以是数字、文字、图像、的集合数据库中的数据按照特音频或视频等，经过加工处理后定的数据模型组织，具有结构化才能成为有用的信息、共享性和持久性等特点数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统是一种管理数据库的软件系统，用于创建、维护和管理数据库DBMS提供了一系列功能，如数据定义、数据操纵、数据控制和数据维护等数据库系统的特点数据结构化1数据库系统中的数据按照特定的数据模型组织，具有结构化的特点这种结构化的组织方式使得数据易于查询、访问和管理，提高了数据的利用率数据的共享性高、冗余度低2数据库系统中的数据可以被多个用户共享，减少了数据的冗余度数据的共享性提高了数据的利用率，降低了数据的存储成本数据独立性高3数据库系统中的数据独立性包括物理独立性和逻辑独立性物理独立性指数据的物理存储方式的改变不影响应用程序的访问，逻辑独立性指数据的逻辑结构的改变不影响应用程序的访问数据库系统的组成数据库数据库管理系统1存储数据的集合管理数据库的软件2数据库管理员应用程序43维护数据库的人员访问数据库的程序数据库系统由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员组成数据库是存储数据的集合，数据库管理系统是管理数据库的软件，应用程序是访问数据库的程序，数据库管理员是维护数据库的人员这些组成部分共同协作，实现了数据的存储、访问和管理数据库管理系统的功能数据定义定义数据库的结构和约束数据操纵对数据库中的数据进行增删改查操作数据库的运行管理对数据库的运行进行监控和管理数据库的建立和维护建立和维护数据库，保证数据的安全和完整数据库系统的优点数据一致性数据安全性数据共享性数据库系统通过事务管理和完整性约束数据库系统提供了多种安全机制，如用数据库系统支持多个用户同时访问和修，保证了数据的一致性这意味着数据户身份验证、访问控制和数据加密，保改数据，提高了数据的利用率和工作效库中的数据在任何时候都是准确和可靠护数据免受未经授权的访问和修改率数据的共享性使得不同部门和应用的可以共享同一份数据，避免了数据的冗余和不一致数据库技术的发展趋势1云计算数据库2大数据数据库云计算数据库将数据库部署在大数据数据库用于存储和处理云平台上，提供了弹性伸缩、海量数据，支持高并发、低延高可用性和低成本等优势越迟的查询和分析大数据数据来越多的企业选择将数据库迁库通常采用分布式架构，可以移到云平台上，以降低IT成本处理PB级别的数据和提高业务灵活性3人工智能数据库人工智能数据库集成了人工智能算法，可以自动优化数据库的性能、诊断数据库的故障和预测数据库的趋势人工智能数据库可以降低数据库的管理成本和提高数据库的运行效率第二章数据模型数据模型的概念数据模型是对现实世界数据特征的抽象，用于描述数据的组织方式、数据之间的关系和数据的约束条件数据模型是数据库设计的蓝图，决定了数据库的结构和功能数据模型的组成要素数据模型由数据结构、数据操作和数据约束三个要素组成数据结构描述数据的组织方式，数据操作描述数据的增删改查操作，数据约束描述数据的完整性约束条件常用的数据模型层次模型网状模型关系模型层次模型是一种树状结网状模型是一种网状结关系模型是一种二维表构的数据模型，数据按构的数据模型，数据之结构的数据模型，数据照层次关系组织层次间可以存在多对多的关按照关系组织关系模模型易于理解和实现，系网状模型灵活性较型简单易懂，灵活性高但灵活性较差，不适合高，但结构复杂，不易，是目前最常用的数据描述复杂的数据关系于理解和维护模型层次模型定义和特点优缺点层次模型是一种树状结构的数据模型，数据按照层次关系组织优点结构简单，易于理解和实现；查询效率高缺点灵活性每个节点可以有多个子节点，但只能有一个父节点层次模型易较差，不适合描述复杂的数据关系；插入和删除操作复杂于理解和实现，但灵活性较差，不适合描述复杂的数据关系网状模型定义和特点优缺点网状模型是一种网状结构的数据模型，数据之间可以存在多对多优点灵活性高，可以描述复杂的数据关系缺点结构复杂，的关系网状模型灵活性较高，可以描述复杂的数据关系，但结不易于理解和维护；查询效率较低构复杂，不易于理解和维护关系模型定义和特点优缺点关系模型是一种二维表结构的数据模型，数据按照关系组织关优点简单易懂，灵活性高；具有严格的数学基础；易于查询和系模型简单易懂，灵活性高，是目前最常用的数据模型关系模维护缺点查询效率可能较低；需要进行规范化设计，以避免型基于关系代数和关系演算，具有严格的数学基础数据冗余和不一致关系模型的基本概念关系（Relation）关系是指一个二维表，由行和列组成每一行称为一个元组，每一列称为一个属性元组（Tuple）元组是指关系中的一行，表示一个实体元组由多个属性值组成属性（Attribute）属性是指关系中的一列，描述实体的一个特征每个属性都有一个名称和一个数据类型域（Domain）域是指属性的取值范围每个属性都有一个域，属性值必须属于该域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实体完整性要求关系中的主键不能为空参照完整性要求关系中的外键必须是另一用户定义的完整性是用户根据业务需求自主键是唯一标识一个元组的属性或属性组个关系的主键或为空外键是引用另一个定义的约束条件用户定义的完整性可以合实体完整性保证了每个元组都有一个关系的主键的属性或属性组合参照完整保证数据的业务规则是正确的唯一的标识性保证了关系之间的引用关系是正确的模型E-R实体（Entity）属性（Attribute）实体是指现实世界中可以区分的属性是描述实体的特征每个属对象实体可以是人、物、地点性都有一个名称和一个数据类型或事件等每个实体都有唯一的属性可以是简单属性或复合属标识，称为实体标识符性，单值属性或多值属性联系（Relationship）联系是指实体之间的关系联系可以是一对

一、一对多或多对多每个联系都有一个名称和一个联系类型图的绘制方法E-R1确定实体2确定属性首先需要确定系统中的实体，然后需要确定每个实体的属性实体是现实世界中可以区分的，属性是描述实体的特征例对象例如，学生、课程、教如，学生的属性包括学号、姓师等都可以作为实体名、性别、年龄等3确定联系最后需要确定实体之间的联系，联系是实体之间的关系例如，学生和课程之间存在选课关系，教师和课程之间存在授课关系模型向关系模型的转换E-R实体转换为关系将E-R模型中的每个实体转换为关系模型中的一个关系实体的属性转换为关系的属性，实体的标识符转换为关系的主键联系转换为关系将E-R模型中的每个联系转换为关系模型中的一个关系联系的属性转换为关系的属性，联系所涉及的实体的标识符转换为关系的外键第三章关系数据库标准语言SQLSQL概述SQL的特点SQL（Structured QueryLanguage）是关系数据库的标准语言，SQL具有简单易学、功能强大、灵活性高、可移植性好等特点用于对关系数据库进行操作SQL可以用于创建、修改和删除数SQL是关系数据库管理系统与用户交互的接口，用户可以通过据库、表、视图、索引等数据库对象，也可以用于查询、插入、SQL语句对数据库进行各种操作修改和删除数据库中的数据的基本概念SQL模式（Schema）表（Table）模式是数据库的逻辑结构，包括表是数据库中存储数据的基本单表、视图、索引等数据库对象位表由行和列组成，每一行称一个数据库可以包含多个模式，为一个元组，每一列称为一个属每个模式都有一个唯一的名称性视图（View）视图是基于一个或多个表的查询结果的虚拟表视图不存储实际数据，而是存储查询语句视图可以简化复杂的查询操作，提高数据的安全性数据定义语言（）DDL创建数据库使用CREATE DATABASE语句创建数据库CREATEDATABASE语句用于创建一个新的数据库，指定数据库的名称和字符集等属性删除数据库使用DROP DATABASE语句删除数据库DROP DATABASE语句用于删除一个已存在的数据库，删除数据库会删除数据库中的所有表、视图、索引等数据库对象创建表CREATE TABLE语句主键和外键的定义使用CREATE TABLE语句创建表CREATE TABLE语句用于创建主键是唯一标识一个元组的属性或属性组合外键是引用另一个一个新的表，指定表的名称、属性和数据类型等属性关系的主键的属性或属性组合主键和外键用于保证数据的完整性修改表结构使用ALTER TABLE语句修改表结构ALTER TABLE语句可以用于添加、修改和删除表的属性，以及修改表的约束条件ALTER TABLE语句可以动态地修改表的结构，以适应业务需求的变化1添加属性2修改属性使用ADD COLUMN子句添加使用MODIFY COLUMN子句修属性改属性3删除属性使用DROP COLUMN子句删除属性删除表使用DROP TABLE语句删除表DROP TABLE语句用于删除一个已存在的表，删除表会删除表中的所有数据和约束条件删除表是一个不可逆的操作，需要谨慎使用删除表删除表数据使用DROP TABLE语句删除表使用DELETE FROM语句删除表数据数据操纵语言（）DMLINSERT语句使用INSERT语句向表中插入数据INSERT语句用于向表中插入一个新的元组，指定表名和属性值DELETE语句使用DELETE语句从表中删除数据DELETE语句用于从表中删除满足条件的元组，指定表名和条件UPDATE语句使用UPDATE语句修改表中的数据UPDATE语句用于修改表中满足条件的元组的属性值，指定表名、条件和属性值数据查询语言（）DQL使用SELECT语句从表中查询数据SELECT语句用于从表中查询满足条件的元组，指定表名、属性和条件SELECT语句是SQL中最常用的语句，可以用于查询各种复杂的数据1SELECT语句SELECT语句是SQL中最常用的语句，用于从表中查询数据2WHERE子句WHERE子句用于指定查询条件单表查询条件查询排序查询使用WHERE子句指定查询条件WHERE子句可以用于指定各种使用ORDER BY子句指定排序方式ORDER BY子句可以用于指复杂的查询条件，如等于、不等于、大于、小于、Like等定升序或降序排序，以及指定多个排序字段聚合函数COUNT SUMAVG统计表中满足条件的元组个数计算表中满足条件的元组的指定属性计算表中满足条件的元组的指定属性值的总和值的平均值MAX MIN查找表中满足条件的元组的指定属性值的最大值查找表中满足条件的元组的指定属性值的最小值分组查询GROUP BY子句使用GROUP BY子句将表中的元组按照指定的属性进行分组GROUP BY子句可以用于对分组后的数据进行聚合操作HAVING子句使用HAVING子句对分组后的数据进行过滤HAVING子句用于指定分组后的数据的过滤条件多表查询内连接外连接使用INNER JOIN子句进行内连接内连接返回两个表中满足连使用LEFT JOIN、RIGHT JOIN或FULL JOIN子句进行外连接外接条件的元组的组合内连接是多表查询中最常用的连接方式连接返回两个表中满足连接条件的元组的组合，以及左表、右表或两个表中不满足连接条件的元组子查询子查询是指嵌套在其他查询语句中的查询语句子查询可以用于构建复杂的查询条件，以及从多个表中查询数据子查询可以嵌套多层，但嵌套层数过多会影响查询效率1子查询子查询是指嵌套在其他查询语句中的查询语句2FROM子句FROM子句用于指定查询的表第四章数据库安全性数据库安全性概述安全性控制的方法数据库安全性是指保护数据库中的数据免受未经授权的访问、修数据库安全性控制的方法包括用户身份鉴别、存取控制、视图机改和删除数据库安全性是数据库管理系统的重要组成部分，关制、审计和数据加密等这些方法可以从不同的层面保护数据库系到企业和个人的重要利益的安全性用户身份鉴别用户身份鉴别是指验证用户的身份是否合法用户身份鉴别是数据库安全性的第一道防线，只有通过身份验证的用户才能访问数据库用户名用户名是用户在数据库中的唯一标识密码密码是用户访问数据库的凭证存取控制授权撤销授权授权是指授予用户对数据库对象的访问权限授权可以控制用撤销授权是指取消用户对数据库对象的访问权限撤销授权可户对数据库对象的访问范围，保证数据的安全性以及时取消用户的访问权限，防止未经授权的访问视图机制视图机制是指通过视图来限制用户对数据库的访问视图是基于一个或多个表的查询结果的虚拟表视图不存储实际数据，而是存储查询语句视图可以简化复杂的查询操作，提高数据的安全性1视图视图是基于一个或多个表的查询结果的虚拟表2安全性视图机制可以提高数据的安全性审计审计是指对数据库的操作进行记录和分析审计可以用于跟踪用户的操作行为，发现潜在的安全风险，以及对数据库的性能进行优化审计日志是审计的重要组成部分，记录了数据库的所有操作审计审计是指对数据库的操作进行记录和分析审计日志审计日志是审计的重要组成部分，记录了数据库的所有操作数据加密数据加密是指对数据库中的数据进行加密存储数据加密可以防止未经授权的用户访问数据库中的数据，即使数据库被盗，也无法获取其中的数据1数据加密数据加密是指对数据库中的数据进行加密存储2安全性数据加密可以提高数据的安全性第五章数据库完整性完整性概述完整性约束的分类数据库完整性是指保证数据库中的数据是正确的、一致的和可靠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的数据库完整性是数据库管理系统的重要组成部分，关系到企性这些约束可以从不同的层面保证数据的完整性业和个人的重要利益实体完整性实体完整性要求关系中的主键不能为空主键是唯一标识一个元组的属性或属性组合实体完整性保证了每个元组都有一个唯一的标识实体完整性实体完整性要求关系中的主键不能为空主键主键是唯一标识一个元组的属性或属性组合参照完整性参照完整性要求关系中的外键必须是另一个关系的主键或为空外键是引用另一个关系的主键的属性或属性组合参照完整性保证了关系之间的引用关系是正确的1参照完整性参照完整性要求关系中的外键必须是另一个关系的主键或为空2外键外键是引用另一个关系的主键的属性或属性组合用户定义的完整性用户定义的完整性是用户根据业务需求自定义的约束条件用户定义的完整性可以保证数据的业务规则是正确的用户定义的完整性可以通过触发器来实现用户定义的完整性用户定义的完整性是用户根据业务需求自定义的约束条件触发器触发器可以实现用户定义的完整性触发器触发器是指在数据库中预先定义的一段代码，当数据库发生特定的事件时，触发器会自动执行触发器可以用于实现用户定义的完整性，以及对数据库的操作进行审计和监控1触发器2完整性触发器是指在数据库中预先定义的一段代码，当数据库发触发器可以用于实现用户定义的完整性生特定的事件时，触发器会自动执行第六章关系数据理论关系数据理论概述函数依赖关系数据理论是研究关系数据库的理论基础关系数据理论包括函数依赖是指关系中的一个或多个属性的值可以唯一确定另一个函数依赖、码、范式和模式分解等内容关系数据理论可以用于属性的值函数依赖是关系数据理论的重要概念，用于描述属性指导关系数据库的设计，保证数据库的结构合理、数据冗余度低之间的关系、数据一致性好码候选码主码候选码是指可以唯一标识一个元主码是指从候选码中选择一个作组的属性或属性组合一个关系为关系的唯一标识一个关系只可以有多个候选码能有一个主码外码外码是指引用另一个关系的主码的属性或属性组合外码用于建立关系之间的联系范式第一范式（1NF）第一范式要求关系中的属性都是不可再分的如果关系中的属性可以再分，则不满足第一范式第二范式（2NF）第二范式要求关系满足第一范式，并且非主属性完全依赖于主码如果关系存在部分依赖，则不满足第二范式第三范式（3NF）第三范式要求关系满足第二范式，并且非主属性不传递依赖于主码如果关系存在传递依赖，则不满足第三范式范式BCNFBCNF范式是指关系满足第三范式，并且每个决定因素都包含码BCNF范式是比第三范式更强的范式，可以消除更多的冗余数据1BCNF范式BCNF范式是指关系满足第三范式，并且每个决定因素都包含码2消除冗余数据BCNF范式可以消除更多的冗余数据模式分解模式分解是指将一个关系分解为多个关系的过程模式分解的目的是消除冗余数据，提高数据的一致性模式分解需要满足无损连接性和保持函数依赖性模式分解模式分解是指将一个关系分解为多个关系的过程无损连接性无损连接性是指分解后的关系可以通过连接操作恢复到原来的关系第七章数据库设计数据库设计的目标数据库设计的步骤数据库设计的目标是创建一个高效、可靠、安全和易于维护的数数据库设计的步骤包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计据库数据库设计需要满足业务需求，并考虑到性能、安全性和、物理结构设计、数据库实施和数据库运行和维护每个步骤都可扩展性等因素有其特定的任务和方法需求分析需求分析是指对用户的需求进行分析和理解，确定数据库需要存储哪些数据，以及如何对数据进行操作需求分析是数据库设计的第一步，也是最重要的一步需求分析的结果将直接影响数据库的结构和功能1用户需求用户需求是数据库设计的依据2数据需求数据需求包括数据的类型、范围、约束等概念结构设计概念结构设计是指对数据库的数据进行抽象和建模，建立一个独立于具体数据库管理系统的概念模型概念模型可以用于描述数据的语义，以及数据之间的关系E-R模型是常用的概念模型E-R模型E-R模型是常用的概念模型，可以用于描述数据的实体、属性和联系数据语义概念模型可以用于描述数据的语义逻辑结构设计逻辑结构设计是指将概念模型转换为具体数据库管理系统支持的逻辑模型逻辑模型需要考虑到具体数据库管理系统的特点，以及性能和可扩展性等因素关系模型是常用的逻辑模型关系模型关系模型是常用的逻辑模型数据库管理系统逻辑模型需要考虑到具体数据库管理系统的特点物理结构设计索引的设计存储结构的设计索引是提高数据库查询性能的重要手段索引可以加快查询速度存储结构是指数据库在物理存储介质上的组织方式存储结构的，但会增加存储空间和维护成本索引的设计需要考虑到查询的选择需要考虑到数据的访问模式和存储介质的特点常用的存储频率和数据的特点结构包括堆文件、索引文件和聚簇文件数据库实施数据库实施是指将数据库设计的结果转换为实际的数据库系统数据库实施包括创建数据库、创建表、导入数据和编写应用程序等步骤数据库实施需要仔细验证数据的正确性和完整性1创建数据库创建数据库是数据库实施的第一步2导入数据导入数据需要仔细验证数据的正确性和完整性数据库运行和维护数据库运行和维护是指对数据库系统进行监控、维护和优化，保证数据库系统的稳定运行和高性能数据库运行和维护包括数据库备份、数据库恢复、性能优化和安全维护等任务数据库运行和维护是一个持续的过程，需要定期进行数据库备份性能优化数据库备份是防止数据丢失的重要手段性能优化可以提高数据库的查询和修改性能第八章数据库编程嵌入式SQL存储过程嵌入式SQL是指将SQL语句嵌入到编程语言中，通过编程语言来存储过程是指预先编译并存储在数据库中的一组SQL语句存储操作数据库嵌入式SQL可以用于构建复杂的数据库应用程序，过程可以简化复杂的数据库操作，提高数据库的性能和安全性实现对数据库的各种操作编程基础JDBCJDBC（Java DatabaseConnectivity）是Java语言访问数据库的标准APIJDBC提供了一组接口和类，可以用于连接数据库、执行SQL语句和处理查询结果JDBC是Java数据库编程的基础1JDBCJDBC是Java语言访问数据库的标准API2JavaJDBC是Java数据库编程的基础数据库应用程序设计步骤需求分析分析应用程序的需求，确定应用程序需要访问哪些数据，以及如何对数据进行操作数据库设计设计数据库的结构，包括表、视图、索引等数据库对象编码编写应用程序的代码，实现对数据库的访问和操作课程总结重点内容回顾难点解析回顾本课程的重点内容，包括数据库系统概述、数据模型、SQL对本课程的难点进行解析，包括函数依赖、范式和模式分解等语言、数据库安全性、数据库完整性、关系数据理论和数据库设通过难点解析，帮助学生更好地理解和掌握这些知识点计等参考资料与延伸阅读本课程的参考资料包括数据库系统概念、数据库系统实现和数据库系统设计等经典教材延伸阅读可以阅读数据库领域的最新研究论文和技术博客，了解数据库技术的发展趋势。