《数据库技术概论》课件

数据库技术概论数据库技术是计算机科学的核心领域之一，涵盖数据存储、管理和访问的方方面面。本课程旨在介绍数据库系统的基础知识，包括数据模型、数据库设计、SQL语言、事务处理和数据库管理等。by课程概述课程目标本课程旨在帮助学生理解数据库技术的核心概念，掌握数据库系统的基本原理和操作方法。课程内容涵盖数据库基础理论、关系数据库模型、SQL语言、数据库设计、数据库管理等内容，并结合实际案例进行讲解。学习方式通过课堂讲授、案例分析、实验练习、课后作业等多种方式帮助学生掌握知识，提高实践能力。考核方式课程考核包括平时成绩和期末考试，通过多种方式评价学生对数据库技术的理解和应用能力。数据库概述数据库是存储和管理数据的集合。它是一种组织、存储和检索数据的系统。数据库可以是简单的，例如电子表格或地址簿，也可以是复杂的，例如大型企业的数据库系统。数据库系统管理数据存储、访问和维护，并提供数据一致性、完整性和安全性。数据模型层次模型数据以树状结构组织。每个节点表示一个记录，节点之间通过层次关系连接。网络模型数据以网状结构组织。每个节点表示一个记录，节点之间可以通过多条路径连接。关系模型数据以二维表格形式组织。每个表格表示一个关系，每个关系包含多个属性。面向对象模型数据以对象形式组织。每个对象包含属性和方法，并支持继承和多态性。关系数据模型11.关系关系模型中数据以二维表格形式存储。22.属性关系中的每一列代表一个属性，描述实体的特征。33.元组关系中的每一行代表一个元组，表示一个具体实体。44.关系键关系键用于唯一标识关系中的每个元组。关系代数基础运算并集交集差集笛卡尔积选择运算从关系中选出满足特定条件的元组。投影运算从关系中选出指定的属性列。连接运算将两个关系基于公共属性进行连接。除法运算用于查找满足特定条件的所有元组。关系运算基本运算关系代数提供了一组基本运算来操作关系。这些运算包括并集、交集、差集、笛卡尔积和选择等。高级运算除了基本运算外，关系代数还包括一些高级运算，如投影、连接和除法。这些运算使关系代数更强大，可以完成更复杂的查询。应用场景关系运算在数据库查询、数据分析和数据挖掘等领域具有广泛的应用，为数据处理提供了高效的工具。结构化查询语言SQLSQL是一种标准化的数据库查询语言，用于访问和操作数据。它提供了各种功能，例如数据查询、数据插入、数据更新、数据删除和数据库管理。SQL语句概述语法结构SQL语句由关键字、标识符、字面量、运算符和函数等组成，遵循一定的语法规则。分类数据定义语言(DDL)数据操纵语言(DML)数据控制语言(DCL)执行过程SQL语句被发送到数据库管理系统(DBMS)解析、优化、执行，并返回结果。SQL数据定义语言数据定义语言(DDL)用于创建、修改和删除数据库对象的语言。创建数据库(CREATEDATABASE)创建表(CREATETABLE)创建视图(CREATEVIEW)创建索引(CREATEINDEX)主要功能定义数据结构，包括表、视图、索引等。为数据库添加约束，保证数据的完整性。管理用户权限，控制用户对数据的访问。SQL数据操纵语言1数据插入使用INSERT语句向数据库表中添加新数据记录，例如插入学生信息。2数据更新使用UPDATE语句修改已存在的数据记录，例如修改学生姓名或年龄。3数据删除使用DELETE语句从数据库表中删除数据记录，例如删除不再需要的学生信息。4数据查询使用SELECT语句检索数据库中的数据记录，例如查询符合特定条件的学生信息。SQL数据控制语言权限控制授权用户访问和操作数据库对象，例如表、视图、存储过程等。安全策略定义数据访问控制规则，例如用户角色、数据加密和审计等。数据完整性确保数据的一致性和准确性，例如使用约束、触发器等。数据备份和恢复定期备份数据，并在数据丢失时进行恢复。数据库事务管理1原子性事务中的操作要么全部成功，要么全部失败2一致性事务执行后，数据库必须从一个一致性状态转换到另一个一致性状态3隔离性多个并发事务之间相互隔离，互不影响4持久性事务一旦提交，其对数据库的改变就应该永久保存事务管理是数据库系统的重要组成部分，它保证了数据的一致性和完整性。ACID属性是事务管理的核心概念，分别代表原子性、一致性、隔离性和持久性。数据库并发控制1封锁阻止其他事务访问数据2时间戳记录事务发生的顺序3乐观并发控制假设冲突很少发生4多版本并发控制维护数据多个版本并发控制确保多个用户同时访问数据库时数据的一致性。常用的并发控制方法包括封锁、时间戳、乐观并发控制和多版本并发控制。封锁方法通过锁机制阻止其他事务访问数据，时间戳方法记录事务发生的顺序来解决并发问题。乐观并发控制假设冲突很少发生，多版本并发控制维护数据多个版本以应对并发访问。数据库恢复管理1数据备份定期备份数据库以保护数据完整性，防止数据丢失。2故障恢复当数据库出现故障时，使用备份恢复数据，确保数据可用性。3日志文件数据库日志记录事务操作，用于回滚或恢复操作，确保数据一致性。数据库安全性数据加密数据库安全性的重要组成部分之一。对敏感数据进行加密可以防止未经授权的访问。访问控制限制用户对特定数据的访问权限。可以使用角色和权限来实现访问控制。审计跟踪记录对数据库的所有操作。可以用于识别和调查安全事件。数据备份和恢复定期备份数据库，并确保可以快速有效地恢复数据。数据库完整性约束实体完整性约束确保每个关系中每个元组的唯一性，关系中的主键值不能重复。参照完整性约束关系之间存在引用关系时，外键值必须匹配主键值，防止数据不一致。域完整性约束要求关系中属性的值必须属于其定义域，确保数据类型和值的正确性。视图视图是基于基本表或其他视图的虚表。视图并不实际存储数据，只是对基本表的查询结果进行封装，提供一个更方便的访问方式。视图定义时使用CREATEVIEW语句，可以包含查询条件和排序等操作。视图可以简化用户操作，增强数据安全性，并提高数据库性能。简化用户操作增强数据安全性提高数据库性能存储过程和函数预编译代码块存储过程和函数是预编译的代码块，存储在数据库服务器中。可重复使用它们可以被多个应用程序或用户重复使用，从而提高代码的可重用性和效率。性能优化通过预编译和优化，存储过程和函数可以提高数据库查询的执行速度。安全性存储过程和函数可以限制对数据库的访问权限，提高数据的安全性。触发器数据库自动执行程序触发器是与表相关联的存储过程。当表中发生特定事件时，会自动触发执行。触发器可以确保数据完整性、安全性以及业务规则的执行。索引加速数据检索索引是数据库中用于快速查找特定数据的结构。类似于书籍的目录，索引可以快速定位到数据页，提高查询效率。提升查询性能索引可以有效减少数据库服务器扫描数据的次数，显著提高查询速度，尤其是在大型数据库中。优化数据访问数据库管理系统利用索引快速找到数据，从而减少磁盘I/O操作，降低数据库系统负载，提升整体性能。索引种类常见索引类型包括B树索引、哈希索引等。选择合适的索引类型对性能优化至关重要。数据库备份和恢复备份定期备份数据库，防止数据丢失或损坏。可以选择完整备份、增量备份或差异备份。恢复恢复数据库时，使用备份数据恢复到特定时间点。测试定期测试备份和恢复过程，确保数据完整性和有效性。数据库性能优化1索引优化索引是数据库加速查询的关键，选择合适的索引类型和数量能提高查询效率。2查询优化优化SQL语句语法，使用合适的连接方式和索引，避免不必要的查询。3数据结构优化选择合适的存储结构和数据类型，减少数据存储和访问时间。4系统配置优化调整内存、磁盘、网络等配置，提高系统资源利用率。数据库系统体系结构数据库系统体系结构描述了数据库系统各组件之间的关系，包括数据库管理系统（DBMS）、数据文件、应用程序、用户和其他相关组件。DBMS负责管理数据存储、访问控制、数据完整性和并发控制等功能。数据库系统体系结构可以分为物理体系结构和逻辑体系结构。物理体系结构描述了数据库系统的硬件和软件配置，包括服务器、磁盘、网络等。逻辑体系结构描述了数据库的逻辑组织和关系，包括数据库模式、数据类型和关系等。分布式数据库系统分布式数据库系统将数据库分布在多个节点上，提高数据处理能力。数据分片将数据划分到多个节点上，降低单点故障风险。数据复制将数据复制到多个节点上，提高数据可用性和容错能力。数据一致性确保数据在所有节点上的副本保持一致。云数据库灵活性和可扩展性云数据库提供灵活的资源分配和扩展能力，根据需求调整数据库实例的配置，以满足不同场景的性能需求。成本效益云数据库按需付费，节省硬件投资和运维成本，并通过共享资源降低成本。高可用性和灾难恢复云数据库提供高可用性和灾难恢复机制，确保数据安全和服务稳定性。数据管理和安全云数据库提供丰富的管理工具和安全功能，简化数据管理，提高数据安全性。NoSQL数据库非关系型数据库NoSQL数据库是一种非关系型数据库，不依赖于表格或关系模型来存储数据，而是使用各种数据结构。多种数据模型NoSQL数据库提供多种数据模型，如键值存储、文档存储、图数据库和列式存储，以适应不同的数据需求。高扩展性NoSQL数据库设计用于处理海量数据，具有良好的水平扩展能力，可轻松扩展到多个服务器或节点。大数据时代的数据库11.海量数据处理大数据时代产生大量数据，传统数据库难以处理。22.速度和效率需要快速分析和处理数据，以满足实时需求。33.数据的多样性大数据包括结构化、半结构化和非结构化数据，需要新的数据库系统来处理。44.新的分析方法大数据分析需要新的技术和算法，例如机器学习和人工智能。数据库发展趋势云数据库云数据库提供可扩展性、弹性和成本效益。人工智能人工智能正在改变数据库管理和优化方式。区块链区块链技术为数据库提供安全性和透明度。数据分析数据分析和商业智能将变得越来越重要。案例分析与练习通过实际案例分析，巩固数据库技术知识，并进行实际操作练习。1电商平台数据库设计，用户数据管理2社交网络关系型数据库，数据存储和检索3金融系统安全性和事务处理案例分析涵盖电商平台、社交网