《数据库概述》课件

数据库概述数据库是组织和存储数据的系统，为用户提供高效的访问和管理功能。数据库技术是信息系统的重要基础，支持各种应用程序和业务流程。什么是数据库11.有组织的数据集合数据库是存储和管理数据的有组织的集合，可用于各种目的。22.存储在计算机系统中数据库通常存储在计算机系统中，以便于访问和维护。33.可供多个用户访问数据库通常设计为可供多个用户同时访问，以满足不同的需求。44.结构化数据数据库中的数据通常以结构化的方式存储，以便于检索和分析。数据库的特点数据持久性数据库中的数据可以长期保存，即使系统重启也不会丢失。数据共享性多个用户可以同时访问和操作数据库中的数据，实现数据共享。数据一致性数据库中的数据必须保持一致性，确保数据完整性和准确性。数据安全性数据库系统提供多种安全机制，防止数据被非法访问和破坏。数据库的作用数据管理数据库系统可以有效地组织、存储和管理大量数据，提供统一的数据源，方便不同用户访问和共享数据。数据分析通过数据分析工具，可以挖掘数据库中的有价值信息，帮助企业做出更明智的决策，提高工作效率。应用开发数据库是各种应用程序的基础，为各种软件提供数据支持，例如电子商务网站、银行系统等。数据安全数据库系统可以有效地保护数据安全，防止数据丢失、损坏和非法访问。数据库的发展历程1文件系统阶段数据存储在独立文件中，缺乏统一管理。2数据库系统阶段出现了DBMS，实现数据集中管理。3关系数据库阶段关系模型成为主流，简化数据管理。4面向对象数据库阶段支持复杂数据类型和继承，更灵活。5分布式数据库阶段数据分布在多个节点，提高可扩展性。数据库技术不断发展，从简单的文件管理到现在的分布式系统，为数据管理提供了越来越强大的工具。数据库系统的组成数据库数据库是存储和管理数据的集合，是数据库系统的重要组成部分，包含所有数据以及数据之间的关系。数据库管理系统（DBMS）DBMS是管理数据库的软件系统，负责数据的存储、访问、更新和维护等操作，是用户与数据库交互的接口。应用程序应用程序是与数据库进行交互的工具，例如Web应用程序、桌面应用程序等，负责向用户提供数据访问和操作界面。用户用户是数据库系统的最终使用者，通过应用程序与数据库交互，进行数据查询、更新、维护等操作。数据库管理系统（DBMS）定义数据库管理系统(DBMS)是一种软件，用于创建、维护和访问数据库。功能DBMS提供用户友好的界面，允许用户定义、操作和控制数据。数据管理DBMS管理数据存储、检索、更新和删除，确保数据完整性和一致性。DBMS的基本功能数据定义创建、修改、删除数据库对象，包括表、视图、索引等。定义数据类型、约束条件，确保数据的一致性和完整性。数据操纵对数据库中的数据进行插入、删除、修改、查询等操作。提供数据访问接口，方便用户进行数据管理和应用开发。数据控制管理用户访问权限，控制数据安全性和完整性。提供日志记录、备份恢复功能，保障数据可靠性和一致性。数据管理监控数据库运行状态，优化性能，解决故障问题。提供数据字典、统计分析功能，方便用户理解和管理数据。数据模型概念模型用图形方式描述现实世界，提供一个整体的、抽象的、与具体DBMS无关的数据库设计。逻辑模型对概念模型进行形式化描述，转换为DBMS可理解的结构，独立于具体的DBMS。物理模型将逻辑模型映射到具体DBMS上，描述数据在物理存储器中的组织方式。关系模型的基本概念11.关系关系对应一个二维表，用于存储数据。每个关系对应一个实体或实体集。22.元组元组是表中的一行，表示一个数据实体。33.属性属性是表中的一个列，描述数据实体的特征。44.域域是指属性取值范围的集合。关系数据库模型关系数据库模型是一种结构化的数据组织方式，基于集合论和关系代数的数学基础。它将数据存储在表中，每个表包含一个或多个属性，每个属性表示一个数据项。表中的行代表数据记录，列代表属性。关系数据库模型的特点是数据独立性高、易于理解和维护，广泛应用于现代数据库系统中。关系数据库的完整性约束实体完整性每个关系中至少有一个属性或属性组合可以唯一地标识该关系的每个元组，称为候选键，其中选定一个作为主键。参照完整性如果关系R中的一个属性或属性组（外键）引用另一个关系S中的一个属性或属性组（主键），则称关系R满足参照完整性约束。域完整性关系中每个属性的值必须取自该属性的域，确保数据的类型和取值范围符合预定规则。数据库设计的基本步骤1需求分析确定用户需求，收集数据，了解业务流程，定义数据类型和结构。2概念设计建立概念模型，将需求转化为抽象的实体和关系，定义数据模型，并进行逻辑设计。3逻辑设计将概念模型转化为具体的数据库模式，选择合适的数据模型，定义表结构、字段类型和约束。4物理设计根据逻辑设计，确定数据库的物理存储结构，选择合适的数据库管理系统，优化数据库性能。5数据库实现根据物理设计，使用数据库管理系统创建数据库，导入数据，进行测试和调试。数据库系统的体系结构分层式体系结构将数据库系统划分为多个层次，每个层次完成特定的功能。网状式体系结构数据之间以网状结构连接，可以实现复杂的关联关系。客户端/服务器体系结构客户端负责用户操作，服务器负责数据库管理，两者通过网络连接。分布式数据库体系结构将数据库分布在不同的计算机系统中，提高性能和可扩展性。层次式体系结构层次结构特点层次式数据库模型将数据组织成树状结构。它采用了一种自顶向下的结构，数据按等级组织，每个级别代表不同的数据类型。数据按照层次结构组织，父节点包含子节点，形成树形结构，例如：一个部门包含多个员工，每个员工可以拥有不同的技能。网状式体系结构层次结构的扩展网状模型是一种更复杂的数据模型，它允许一个记录可以有多个父记录，形成一个复杂的网络结构。复杂的数据关系这种结构可以表达更复杂的数据关系，但同时也增加了数据的冗余和维护的复杂度。数据依赖性网状模型中的数据具有高度的依赖性，如果一个记录被删除，可能会影响到其他相关记录。示例早期的数据库系统，如IMS和IDMS，使用了网状模型。客户端/服务器体系结构客户端负责向服务器发送请求，并接收服务器的响应。服务器负责处理客户端的请求，并返回响应。网络连接客户端和服务器之间通过网络连接进行通信。分布式数据库体系结构数据分片将数据分成多个独立的碎片，并将其存储在不同的服务器上。数据复制将数据复制到多个服务器上，以确保数据的可靠性和可用性。分布式事务跨多个节点协调多个操作，确保数据一致性。数据库安全性数据完整性确保数据准确、一致且不受破坏。数据机密性防止未经授权访问敏感信息。数据可用性保证数据库和数据对授权用户始终可用。数据完整性防止恶意攻击和意外数据丢失。数据备份与恢复数据备份定期备份数据库数据，以防止数据丢失或损坏。备份可以是完整备份、增量备份或差异备份。备份策略制定合理的备份策略，包括备份频率、备份类型、备份存储位置等，确保数据安全和可恢复性。数据恢复当数据库出现故障时，使用备份数据进行数据恢复，恢复到故障前的状态。恢复方法包括完全恢复、增量恢复和差异恢复。测试恢复定期进行数据恢复测试，验证备份数据的有效性和恢复方法的可行性，确保数据恢复过程的顺利进行。数据库事务原子性事务是一个不可分割的工作单位。事务中的所有操作必须全部成功执行，否则全部失败。一致性事务必须保证数据库从一个一致性状态转换到另一个一致性状态。事务执行前后的数据必须满足数据库的完整性约束。隔离性多个事务并发执行时，相互之间不能看到对方正在进行的操作的结果，防止数据不一致。持久性事务一旦提交，其对数据库的改变就是永久性的，即使出现系统故障也不会丢失。并发控制多用户访问多个用户可能同时访问数据库，并对数据进行修改。数据一致性并发访问可能会导致数据不一致，需要保证数据的一致性。事务隔离并发控制机制通过事务隔离来确保数据的一致性。数据库性能优化索引优化索引可以加快数据查询速度，合理使用索引，可以提高数据库性能。建立索引需要占用磁盘空间，索引过多会降低插入、删除和更新操作的性能。查询优化优化查询语句，避免使用模糊查询，尽量使用索引查询，提高查询效率。使用存储过程和函数，可以减少数据库服务器的解析负担，提高查询速度。数据库访问语言定义数据库访问语言是用户与数据库进行交互的语言，用于创建、修改、查询和管理数据库中的数据。作用它允许用户以结构化的方式访问和操作数据库，使数据管理变得更加高效、规范和可靠。类型常见的数据库访问语言包括SQL、NoSQL等，每种语言都有其特点和适用场景。SQL语言概述1结构化查询语言SQL是一种结构化查询语言，用于访问和操作数据库中的数据。2标准化语言SQL是数据库管理系统中用于执行查询、数据更新、数据定义和其他管理任务的标准语言。3广泛应用SQL被广泛应用于各种数据库管理系统，包括Oracle、MySQL、PostgreSQL等。4关键功能SQL允许用户检索、插入、更新和删除数据库中的数据，以及创建、修改和删除数据库对象。SQL语句的分类数据定义语言（DDL）用于创建、修改和删除数据库对象，例如表、视图、索引等。数据操纵语言（DML）用于对数据库中的数据进行增、删、改、查等操作。数据控制语言（DCL）用于管理数据库的访问权限，包括用户、角色、权限的授予和撤销。数据查询语言（DQL）用于从数据库中检索数据，提供各种条件查询和数据筛选功能。数据定义语言（DDL）11.创建数据库使用CREATEDATABASE语句创建一个新的数据库，指定数据库名称和其他相关属性。22.创建表使用CREATETABLE语句定义表结构，包括列名、数据类型、约束等。33.修改表结构使用ALTERTABLE语句修改已有表的结构，例如添加或删除列、修改数据类型、添加约束等。44.删除表使用DROPTABLE语句删除指定的表及其所有数据。数据操纵语言（DML）DML功能DML用于对数据库中的数据进行增、删、改、查操作。常见的DML语句包括INSERT、DELETE、UPDATE和SELECT。数据操作INSERT语句用于向数据表中插入新的数据记录。DELETE语句用于从数据表中删除数据记录。UPDATE语句用于修改数据表中已有记录的数据。数据控制语言（DCL）权限管理DCL用于控制用户对数据库的访问权限，包括创建用户、删除用户、授予权限和撤销权限。数据完整性DCL保证数据完整性，防止恶意操作和数据丢失，维护数据库的安全性和可靠性。事