数据库原理(李芳芳)ch课件

数据库原理(李芳芳)探讨数据库的基本原理和理论,涵盖数据模型、数据库系统结构、查询优化、并发控制等关键概念,为掌握数据库系统知识奠定坚实基础。绪论什么是数据库数据库是以某种有组织的方式存储和管理数据的电子系统。它允许用户快速高效地存储、管理和访问信息。为什么需要数据库数据库可以更好地组织和管理信息,提高数据的可靠性和安全性,支持复杂的查询和分析。什么是数据库数据存储数据库是一个集中化的、可共享的、可持久化的数据存储系统,用于有效地管理各种类型的数据。它能提供安全、可靠、高效的数据存储和访问。数据管理数据库系统包含一个数据库管理系统(DBMS),用于控制数据的存储、组织和访问,确保数据的完整性和一致性。广泛应用数据库广泛应用于各种领域,如企业管理、电子商务、社交网络、科学研究等,是现代信息系统的基石。数据库系统的三大组成部分数据库数据库是存储和管理数据的核心部分,它按照一定的数据模型和结构来有组织地保存数据。数据库管理系统(DBMS)DBMS是一种应用程序,它管理和控制数据库的创建、使用和维护,提供数据的安全性和完整性。应用程序应用程序是与最终用户交互的软件,它通过DBMS访问和操作数据库中的数据。数据库系统的管理功能1数据管理数据库系统负责数据的存储、访问和维护。保证数据的完整性、安全性和一致性。2权限管理控制用户对数据的访问和操作权限,确保数据安全。实现个人隐私和商业机密的保护。3性能管理优化数据库的运行效率,提高响应速度和吞吐量,确保系统稳定可靠。4并发控制协调多个用户同时访问数据,避免数据不一致和丢失的问题。数据库系统的特点数据共享多个用户可以共享和访问数据,提高了数据使用效率。数据安全性通过访问控制、备份等技术确保数据的安全性和可靠性。数据集成将分散的数据集中管理,提高了数据的一致性和完整性。数据查询通过SQL语言实现对数据的高效查询和分析,满足各种信息需求。数据库系统的发展历程11960s-1970s数据库系统诞生时代，出现了网状模型和层次模型等早期数据模型。21970s-1980s关系数据模型被广泛应用，数据库管理系统开始流行。SQL语言等标准逐渐形成。31980s-1990s数据库技术飞速发展，分布式数据库、对象数据库等新兴技术应运而生。41990s-今天数据库系统日益复杂,面临大数据、NoSQL、云数据库等新的挑战与机遇。数据模型数据模型是描述数据、数据之间的关系以及数据的语义等的一种抽象模型。它为数据库的设计和实现提供了基础和参考。常用的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型。数据模型的概念数据模型是描述数据的组织结构和相关操作的一种抽象概念。它定义了数据在数据库中的存储方式以及数据之间的关系。数据模型是设计数据库的基础,可帮助开发人员更好地理解和管理数据。常见的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型等。每种模型都有其独特的特点和适用场景,开发人员需要根据具体需求选择合适的数据模型。常用的数据模型实体-关系模型该模型基于现实世界的实体和实体之间的关系进行描述,具有良好的可视化特性和直观性。层次模型采用树状结构表示数据之间的上下级关系,能很好地反映部分到整体的逻辑关系。网状模型数据之间可以有多种复杂的联系,提供了更加灵活的数据组织方式。关系模型以二维表格的形式组织数据,具有简单、规范、易扩展的特点,是目前使用最广泛的模型。关系数据模型及其特点结构简单关系数据模型采用简单的二维表格结构,可以很容易地理解和操作。数据独立关系模型通过数据库管理系统(DBMS)实现数据与应用程序的分离,提高了数据的独立性。数据一致性关系模型通过数据完整性约束来确保数据的一致性和正确性。查询灵活关系代数和关系演算提供了灵活的查询机制,可以满足各种复杂的查询需求。关系代数基本运算关系代数包括选择、投影、并、交、差等基本运算,可用于定义复杂的查询。符号表达通过使用符号如σ、π、×、∪、∩、-等,可以用简洁的方式表达复杂的数据操作。代数变换关系代数查询可以通过代数变换进行优化,提高查询效率。关系演算1元组关系演算定义在关系上的一阶谓词逻辑2域关系演算在关系中定义约束条件3表达能力两种演算语言具有等价的表达能力关系演算是通过构建一组逻辑公式来查询关系数据库中的数据。元组关系演算和域关系演算是两种主要的关系演算形式。前者定义在关系上的一阶谓词逻辑,后者则在关系中定义约束条件。尽管语法不同,但两种关系演算语言具有等价的表达能力。数据库设计数据库设计是指根据用户的需求和系统的性能需求,设计出一个合理的、高效的数据库系统。它包括概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计三个阶段。概念结构设计11.分析需求深入了解用户需求22.确定实体识别系统中的核心实体33.定义属性为实体确定相关属性44.建立联系分析实体之间的相互关系概念结构设计是数据库设计的第一步,旨在针对业务需求,建立高层次的数据模型。其主要任务包括分析需求、确定实体、定义属性以及建立实体之间的联系。这个阶段的设计成果为后续的逻辑和物理结构设计提供了基础。逻辑结构设计确定实体和属性根据概念结构设计确定数据库中的实体及其属性。建立实体关系确定实体之间的联系,如一对多、多对多等关系。选择合适数据类型为每个属性选择合适的数据类型,如整型、字符型等。定义主键和外键确定每个实体的主键,并建立实体间的外键关系。物理结构设计1硬件选型根据系统需求选择合适的硬件平台,如服务器、存储设备、网络设备等,确保系统有足够的计算和存储能力。2系统部署将数据库及其相关软件部署在选定的硬件平台上,并进行调优以达到最佳性能。3性能监控通过性能监控工具持续监测系统的运行状况,发现并解决性能瓶颈。数据字典数据字典概述数据字典是一个集中管理数据库模式信息的系统,描述了数据库中数据元素的属性和相互关系。数据元素描述数据字典记录了数据元素的名称、类型、长度、取值范围等基本特性,为数据使用者提供参考。数据模式信息数据字典保存了数据库的逻辑结构和物理结构信息,有利于数据库的维护和优化。数据库正规化理论第一范式确保每个属性都是原子性的,不可再分。消除重复数据,消除部分依赖。第二范式建立在第一范式的基础上,消除部分函数依赖,确保数据表中的所有属性完全依赖于主键。第三范式在第二范式的基础上,消除传递函数依赖,确保数据表中的列只依赖于主键,而不依赖于其他非主键属性。SQL语言SQL(StructuredQueryLanguage)是一种用于管理和操作关系数据库的标准语言。它提供了强大的数据定义、数据操纵和数据查询功能。SQL语言的概念SQL(StructuredQueryLanguage)是一种专门用于管理关系型数据库的编程语言。它提供了对数据进行增加、删除、修改和查询的功能,并支持定义数据库对象和控制访问权限等管理功能。SQL已成为关系型数据库的事实标准。SQL语句的分类1数据定义语句(DDL)用于定义和管理数据库对象,如创建、修改和删除表、视图、索引等。2数据操纵语句(DML)用于对数据进行增删改查等基本操作,如INSERT、UPDATE、DELETE、SELECT等。3数据控制语句(DCL)用于管理数据库的访问权限和安全性,如GRANT、REVOKE等。4嵌入式SQL语句SQL语句可以嵌入到宿主语言(如Java、C++等)中使用。数据定义语言(DDL)1创建数据库对象DDL用于定义和管理数据库对象,如表、视图、索引等。可创建、修改和删除数据库对象。2控制数据库权限DDL可分配和撤销用户对数据库对象的访问权限,控制数据库的安全性。3定义数据类型DDL可为数据库对象中的数据项指定数据类型,确保数据完整性。4维护数据库结构DDL可对数据库结构进行修改和优化,确保数据库的高效运行。数据操纵语言(DML)INSERT用于向数据库表中插入新的数据记录。UPDATE用于修改数据库表中已存在的数据记录。DELETE用于从数据库表中删除已存在的