(2024年)数据库系统原理教学课件044

2024数据库系统原理教学课件04412024/3/26目录数据库系统概述关系数据库基本原理SQL语言编程基础数据库安全性与完整性保障数据库设计方法与实例分析数据库新技术发展趋势探讨22024/3/2601数据库系统概述Chapter32024/3/26数据库定义数据库是一个长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的大量数据的集合。发展历程经历了层次数据库、网状数据库、关系数据库、面向对象数据库等阶段，目前正处于大数据、云计算、人工智能等新技术驱动下的数据库创新发展阶段。数据库定义与发展历程42024/3/26组成数据库系统由数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用系统和用户构成。结构数据库系统的结构包括内部级结构、概念级结构和外部级结构。其中，内部级结构是数据的物理存储结构，概念级结构是全局逻辑结构，外部级结构是用户视图。数据库系统组成与结构52024/3/26系统集成和扩展价值数据库作为信息系统的核心，其价值主要体现在以下几个方面数据共享和协同支持多用户并发访问和协同工作，提高数据共享和协同效率。数据分析和挖掘通过对数据的分析和挖掘，发现数据中的潜在规律和趋势，为企业决策提供支持。数据库广泛应用于金融、制造、物流、电商、医疗、教育等各个领域，支撑着各种信息系统的运行。应用领域数据存储和管理提供高效、安全、可靠的数据存储和管理功能，确保数据的完整性、一致性和安全性。提供标准的接口和协议，支持与其他系统的集成和扩展，提高系统的灵活性和可扩展性。数据库应用领域及价值62024/3/2602关系数据库基本原理Chapter72024/3/260102关系模型概念关系模型是一种基于集合论和谓词逻辑的数学模型，用于描述和处理数据。在关系模型中，数据被组织成表格形式，称为关系，每个关系都有一个唯一的名称和一组属性。结构化数据以表格形式组织，具有清晰的结构和定义。完整性通过定义实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性来确保数据的准确性和一致性。灵活性可以方便地添加、删除和修改数据和结构。高效性通过索引、查询优化等技术提高数据访问效率。030405关系模型概念及特点82024/3/26从关系中选择满足条件的元组。选择（σ）从关系中选择若干属性列组成新的关系。投影（π）关系代数运算与查询优化92024/3/26连接（⨈）根据两个关系中的共同属性将元组连接起来。并（∪）、差（－）、交（∩）对两个关系的元组进行并、差、交运算。关系代数运算与查询优化102024/3/26

关系代数运算与查询优化查询重写将查询表达式转换为等价的但执行效率更高的形式。选择最佳的执行计划根据数据的分布、索引的存在与否等因素，选择最优的查询执行计划。使用索引通过建立和使用索引，加速数据的检索速度。112024/3/26规范化目的第三范式（3NF）Boyce-Codd范式（BCN…规范化优点第二范式（2NF）第一范式（1NF）消除数据冗余、减少数据插入、删除和修改的复杂性，确保数据的完整性和准确性。确保每个属性都是不可分的原子值。消除部分函数依赖，确保每个非主属性完全依赖于主键。消除传递函数依赖，确保每个非主属性不依赖于其他非主属性。在3NF的基础上，消除主属性对候选键的部分和传递函数依赖。减少数据冗余、提高数据一致性、简化数据库设计、降低维护成本。关系数据库规范化设计122024/3/2603SQL语言编程基础Chapter132024/3/26SQL（StructuredQueryLanguage，结构化查询语言）是用于管理关系数据库的标准编程语言，包括数据查询、数据定义、数据操纵和数据控制等功能。SQL语言支持多种数据类型，如字符型、数值型、日期型等。具体数据类型因不同的数据库管理系统（DBMS）而异，但大多数DBMS都支持相似的数据类型。SQL语言概述数据类型SQL语言概述与数据类型142024/3/26使用CREATEINDEX和DROPINDEX语句创建或删除索引，以提高查询效率。使用ALTERTABLE语句修改已存在的表，如添加新列、删除列、修改列数据类型等。使用CREATETABLE语句创建新表，定义表名、列名、数据类型等。使用DROPTABLE语句删除已存在的表。修改表创建表删除表创建/删除索引数据定义语言（DDL）操作152024/3/26插入数据：使用INSERTINTO语句向表中插入新数据。更新数据：使用UPDATE语句更新表中的数据。删除数据：使用DELETEFROM语句删除表中的数据。查询数据：使用SELECT语句从表中检索数据，可以进行单表查询、连接查询、嵌套查询等。同时，可以使用WHERE子句指定筛选条件，使用ORDERBY子句对结果进行排序，使用GROUPBY子句对结果进行分组等。数据操纵语言（DML）操作162024/3/2604数据库安全性与完整性保障Chapter172024/3/2601020304用户身份鉴别通过用户名/密码、数字证书、生物特征等方式对用户进行身份鉴别，确保只有合法用户能够访问数据库。数据加密对敏感数据进行加密存储和传输，确保数据在存储和传输过程中的安全性。访问控制根据用户的身份和角色，限制其对数据库的访问权限，包括数据访问、修改、删除等操作。防止SQL注入对用户输入的SQL语句进行合法性检查，防止恶意用户通过注入SQL语句对数据库进行非法操作。数据库安全性控制方法182024/3/26数据库完整性约束条件设置确保表中每条记录的唯一性，防止重复数据的出现。维护表与表之间的引用完整性，确保关联表之间的数据一致性。对表中某列或某几列的数据进行范围、格式等合法性检查，确保数据的正确性。确保表中某列或某几列的数据的唯一性，防止重复数据的出现。主键约束外键约束检查约束唯一性约束192024/3/26通过创建视图，实现对数据的逻辑封装和简化查询操作，同时提高数据的安全性。视图应用通过编写存储过程，实现对数据库操作的封装和复用，提高数据处理效率。存储过程应用通过创建触发器，实现在数据库操作前后自动执行特定操作，如数据校验、日志记录等，确保数据的完整性和安全性。触发器应用视图、存储过程和触发器应用202024/3/2605数据库设计方法与实例分析Chapter212024/3/26通过与用户沟通，明确用户对数据库系统的功能、性能、安全等方面的需求。将用户需求整理成文档，明确各项需求的优先级和实现方式。需求分析和概念结构设计编写需求规格说明书确定用户需求222024/3/26123根据需求规格说明书，识别出数据库系统中的实体和属性，并定义它们的含义和取值范围。定义实体和属性分析实体之间的关系，确定它们之间的联系类型（如一对一、一对多、多对多等），并定义联系的属性。定义实体之间的联系使用ER图或UML类图等工具，将实体、属性和联系绘制成概念结构图，以便直观地展示数据库系统的概念结构。绘制概念结构图需求分析和概念结构设计232024/3/26根据概念结构图，将实体、属性和联系转换为数据库的逻辑结构，包括表、字段、索引等。将概念结构转换为逻辑结构对逻辑结构进行优化，如合并冗余字段、调整表之间的关系等，以提高数据库的性能和可维护性。优化逻辑结构逻辑结构设计和物理结构设计242024/3/26绘制逻辑结构图：使用数据库设计工具或绘图软件，将逻辑结构绘制成图表，以便直观地展示数据库系统的逻辑结构。逻辑结构设计和物理结构设计252024/3/26根据数据库系统的性能和可靠性要求，选择合适的存储设备和配置参数，如磁盘类型、RAID级别、内存大小等。选择存储设备和配置参数确定数据库的物理存储结构，包括数据文件、日志文件、索引文件等的存储位置和大小。设计物理存储结构对物理结构进行优化，如调整数据文件的分区方式、使用合适的索引类型等，以提高数据库的性能和可靠性。优化物理结构逻辑结构设计和物理结构设计262024/3/26根据逻辑结构和物理结构设计的结果，使用数据库管理系统提供的命令或工具创建数据库和表。创建数据库和表将现有的数据导入到新建的数据库中，确保数据的完整性和准确性。导入数据数据库实施、运行和维护272024/3/26测试和验证：对新建的数据库系统进行测试和验证，确保它满足用户需求规格说明书中的各项要求。数据库实施、运行和维护282024/3/26数据库实施、运行和维护启动和停止数据库服务根据需要启动或停止数据库服务，确保数据库系统的正常运行。监控数据库性能使用数据库管理系统提供的监控工具或第三方工具监控数据库的性能指标，如响应时间、吞吐量、并发用户数等。292024/3/26处理故障和问题：当数据库系统出现故障或问题时，及时进行处理和解决，确保数据库系统的稳定性和可用性。数据库实施、运行和维护302024/3/26数据迁移与升级当需要更换存储设备或升级数据库系统时，进行数据迁移和升级操作，确保数据的完整性和一致性。数据备份与恢复定期对数据库进行备份，以防止数据丢失或损坏；当数据出现问题时，及时进行恢复操作。安全管理与审计加强数据库的安全管理，如设置访问权限、加密敏感数据等；同时进行审计操作，记录用户对数据库的访问和操作情况以便追溯和分析。数据库实施、运行和维护312024/3/2606数据库新技术发展趋势探讨Chapter322024/3/2603数据处理速度要求提高实时分析和处理大数据的需求日益迫切，对数据库性能提出更高要求。01数据量爆炸式增长随着互联网、物联网等技术的普及，数据量呈现指数级增长，传统数据库难以应对。02数据类型多样化除了结构化数据，半结构化和非结构化数据也大量涌现，如文本、图像、视频等。大数据时代下的数据库挑战332024/3/26数据被分散存储在多个数据库节点上，提高了系统的可扩展性和容错性。分布式存储分布式计算数据一致性维护利用多个节点的计算能力，并行处理数据，提高了数据处理速度。通过复制、分片、副本等技术手段，确保分布式系统中数据的一致性和可用性。030201分布式数据库技术原理简介342024/3/26云数据