曲阜師范大學計算機科學學院數據庫系統概論教案第一講第一章 數據庫系統概述第一節 教學目的：使學生了解關于數據庫的一些基本概念，及利用計算機作為數據管理工具以來，其所采用的管理方法的發展階段。教學重點：一些基本概念及數據管理技術的發展階段。教學難點：關于文件系統的特點，及數據庫技術的特點與文件系統的區別教學活動：1.1.1 基本概念 一、數據D 二、數據庫DB 三、數據庫管理系統DBMS 四、數據庫系統DBS1.1.2 數據管理技術的產生和發展 一、人工管理階段 二、文件系統階段 三、數據庫系統階段1.1.3 數據庫系統的特點 一、數據結構化 二、數據的共享性高，冗余度低，易擴充 三、數據獨立性高 四、數據由DBMS統一管理和控制教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：學生反應積極，課堂氛圍熱烈，效果良好。第二講第一章 數據庫系統概論第二節 數據模型教學目的：使學生了解并掌握設計一般數據庫系統時，必須要選擇相應的數據模型用來作為數據的結構形式，介紹一般數據模型的所必須的三要素，及目前所流行的層次數據模型的特點及實現的原理。教學重點：數據模型的三要素，層次數據模型的各自的特點。教學難點：如何理解數據模型的三要素，及三種數據模型的特點。教學活動：1.2.1 數據模型的組成要素 一、 數據結構 二、 數據操作 三、數據的約束條件1.2.2 概念模型 一、 信息世界中的基本概念 二、概念模型的表示方法1.2.3 最常用的數據模型1.2.4 層次模型 一、 層次數據模型的數據結構 二、多對多聯系在層次模型中的表示 三、層次模型的數據操縱與完整性約束四、層次數據模型的存儲結構 五、層次模型的優缺點教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第三講第二章 數據庫系統概論第二節 數據模型教學目的：使學生了解并掌握目前所流行的網狀和關系數據模型的特點及實現的原理。教學重點：理解并掌握網狀和關系數據模型的各自的特點及相互區別。教學難點：如何理解網狀和關系數據模型的三要素，及兩者之間的區別。教學活動：1.2.5 網狀模型 一、網狀數據模型的數據結構二、網狀數據模型的操縱與完整性約束三、網狀數據模型的存儲結構四、網狀數據模型的優缺點1.2 .6 關系模型 一、關系數據模型的數據結構二、關系數據模型的操縱與完整性約束三、關系數據模型的存儲結構 四、關系數據模型的優缺點教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第四講第一章 數據庫系統概論第三節 數據庫系統結構第四節 數據庫系統組成教學目的：使學生了解并掌握數據庫系統的三級模式結構，各級模式的含義及特點，了解一般數據庫系統的人員組成。教學重點：數據庫系統的三級模式結構各自的含義及特點。教學難點：數據庫系統的三級模式的含義。教學活動：1.3.1 數據庫系統模式的概念 1.3.2 數據庫系統的三級模式結構 一、模式Schema 二、外模式External Schema 三、內模式Internal Schema1.3.3 數據庫的二級映象功能與數據獨立性 一、外模式/模式映象二、模式/內模式映象1.3.4 數據庫系統組成一、 硬件平臺及數據庫 二、三、 軟件 三、人員教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第五講第二章 關系數據庫第一節 關系模型概述第二節關系數據結構及形式化定義第三節 關系完整性教學目的：使學生了解并掌握關于關系數據庫的三要素各自定義及相關含義。教學重點：關系的形式化定義及三類完整性定義。教學難點：關系的形式化定義的理解。教學活動：2.1關系模型概述 一、 單一的數據結構關系 二、關系操作四、 關系的三類完整性約束2.2 關系數據結構及形式化定義2.2.1 關系域笛卡爾積關系 2.2.2 關系模式2.2.3 關系數據庫2.3 關系完整性 一、實體完整性 二、參照完整性 三、用戶自定義完整性2.2.4五、教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第六講第二章 關系數據庫第一節 關系模型概述第二節關系數據結構及形式化定義第三節 關系完整性教學目的：使學生了解并掌握關于關系數據庫的三要素各自定義及相關含義。教學重點：關系的形式化定義及三類完整性定義。教學難點：關系的形式化定義的理解。教學活動：2.1關系模型概述 一、 單一的數據結構關系 二、關系操作六、 關系的三類完整性約束2.2 關系數據結構及形式化定義2.2.1 關系域笛卡爾積關系 2.2.2 關系模式2.2.5 關系數據庫2.3 關系完整性 一、實體完整性 二、參照完整性 三、用戶自定義完整性2.2.6七、教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第七講第二章 關系數據庫第四節 關系代數教學目的：使學生理解并靈活掌握關于關系系統的操作集合的定義，學習了關系的傳統的集合運算及專門的關系運算。教學重點：如何利用關系代數式表示每一種關系操作功能。教學難點：專門關系運算的定義。教學活動：2.4.1 傳統的集合運算 并差交廣義笛卡爾積2.4.2 專門的關系運算 選擇投影連接除教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第八講第二章 關系數據庫第四節 關系代數教學目的：使學生理解并靈活掌握關于關系系統的操作集合的定義，學習了關系的傳統的集合運算及專門的關系運算。教學重點：如何利用關系代數式表示每一種關系操作功能。教學難點：專門關系運算的定義。教學活動：2.4.1 傳統的集合運算 并差交廣義笛卡爾積2.4.2 專門的關系運算 選擇投影連接除教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第九講第三章 SQL第一節 SQL概述第二節 SQL數據定義教學目的：使學生了解SQL作為的一種標準關系數據庫語言，其特點是什么，學習并掌握SQL的三方面數據定義功能實現的命令功能及使用形式。教學重點：SQL的五方面特點及SQL的三方面數據定義命令的使用。教學難點：學習并掌握表的定義、修改和刪除，索引的定義和刪除命令。教學活動：3.1.1 SQL的特點 一、綜合統一 二、高度非過程化 三、面向集合的操作方式 四、以同一種語法結構提供兩種使用方式 五、語言簡潔，易學易用 3.1.2 SQL語言的基本概念3.2.1 定義、刪除與修改基本表 定義基本表 修改基本表 刪除基本表 3.2.2建立與刪除索引 定義索引 刪除索引教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十講第三章 SQL第三節 查詢教學目的：使學生學習并掌握SQL所提供實現對一個基本表進行的查詢命令的各種使用形式。教學重點：單表查詢的不同查詢形式。教學難點：如何對給定的一個查詢要求，構造一個合適的查詢塊形式。教學活動：3.3.1 單表查詢 一、選擇表中的若干列 1、查詢指定列 2、查詢全部列 3、查詢經過計算的值 二、選擇表中的若干元組 1、消除取值重復的行 2、查詢滿足條件的元組 教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十一講第三章 SQL第三節 查詢教學目的：使學生學習并掌握SQL所提供實現對一個基本表進行的查詢命令的各種使用形式。教學重點：單表查詢的不同查詢形式。教學難點：如何對給定的一個查詢要求，構造一個合適的查詢塊形式。教學活動：3.3.1 單表查詢 三、對查詢結果排序 四、使用集函數 五、對查詢結果分組 教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十二講第三章 SQL第三節 查詢教學目的：使學習學習并靈活掌握SQL所提供的涉及對多表連接查詢命令形式。教學重點：對兩個表的連接查詢形式。教學難點：如何對給定的涉及對多個以上表的查詢要求，構造一個合適的連接查詢塊。教學活動：3.3.2 連接查詢 一、等值與非等值連接查詢 二、自身連接查詢 三、外連接查詢 四、復合條件連接查詢教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十三講第三章 SQL第三節 查詢教學目的：使學習學習并靈活掌握SQL所提供的子查詢命令形式及實現集合運算的查詢形式。教學重點：對基本表的嵌套查詢形式及SQL如何實現傳統的集合運算。教學難點：如何對給定的查詢要求，構造一個合適的嵌套查詢塊形式。教學活動：3.3.3 嵌套查詢 一、帶有IN謂詞的子查詢 二、帶有比較運算符的子查詢 三、帶有ANY或ALL謂詞的子查詢 四、帶有EXISTS謂詞的子查詢3.3.4 集合查詢教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十四講第三章 SQL第四節 數據更新教學目的：使學生學習并靈活運用SQL所提供的實現對數據更新的幾個命令的使用。教學重點：數據的添加、修改和刪除命令的使用。教學難點：如何對用戶的更新要求構造使用的命令。教學活動：3.4 數據更新3.4.1 插入數據 一 、插入單個元組 二、插入子查詢結果3.4.2 修改數據 一、修改某一個元組的值 二、修改多個元組的值 三、帶子查詢的修改語句3.4.3 刪除數據 一、刪除某一個元組的值 二、刪除多個元組的值三、帶子查詢的刪除語句 四、更新操作與數據庫的一致性教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記第十五講第三章SQL 第五節 視圖第六節 數據控制教學目的：使學生學習并靈活運用SQL所提供的對視圖的操作的命令，及SQL實現數據安全控制的幾個命令的使用形式。教學重點：學習并掌握對視圖的操作及數據控制的幾個命令的使用。教學難點：視圖操作的轉換過程，及權限的授予和收回命令的使用，教學活動：3.5 視圖視圖的概念。 3.5.1 定義視圖一、建立視圖二、刪除視圖 3.5.2 查詢視圖 3.5.3 更新視圖 3.5.4 視圖的作用3.6 數據控制 3.6.1 授權Grant命令的靈活運用。 3.6.2 收回權限 Revoke命令的使用。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：2學時教學札記：第十六講第四章 關系系統及查詢優化教學目的：使學生了解目前所流行的關系數據庫管理系統軟件從理論上那些符合關系系統的要求，給出了關系系統的定義、分類以及準則，對一個關系系統用戶在使用它的過程中對每一個查詢操作采用怎樣的策略使計算機運行起來效率會更好。教學重點：關系系統的定義、分類和準則，及查詢優化的原則。教學難點：查詢優化的策略教學活動： 一、關系系統的定義 二、關系系統的分類 三、完備關系系統的準則 四、查詢優化的一般原則和步驟教學工具：板書教學計劃學時：1學時教學札記：第十七講第五章 關系規范理論教學目的：使學生了解針對一個實際問題如何構造合適的關系模式來描述現實世界，怎樣從一個第1NF的關系模式規范到一個合適的程序的范式。教學重點：函數依賴的概念、分類，范式的定義及如何將1NF規范到2NF、3NF教學難點：如何理解函數依賴的定義和分類，及怎樣一個1NF的關系模式分解到2NF、3NF。教學活動：5.1 問題的提出 設計關系模式時，需要解決幾種異常問題，由此引入了關系規范化理論體系。5.2 規范化將關系模式從滿足低要求的范式，向要求更加嚴格的范式轉換的過程。 5.2.1 函數依賴 數據依賴的一種，分完全函數依賴、部分函數依賴和傳遞函數依賴，討論一個關系模式屬于第幾范式，是在函數依賴的范疇下進行的。5.2.2 碼在函數依賴的范疇下給出碼的定義。主碼和外碼所滿足的現實意義 5.2.3 范式 規范化的關系模式稱為范式。根據滿足的要求程度不同可分為1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF等。5.2.4 2NF在第1NF的基礎上消除了非主屬性對碼的部分函數依賴所能達到的程度的范式。 5.2.5 3NF 在第2NF的基礎上消除了非主屬性對碼的傳遞函數依賴所能達到的程度的范式。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第十八講第五章 關系規范理論教學目的：使學生了解針對一個實際問題如何構造合適的關系模式來描述現實世界，怎樣從一個第1NF的關系模式規范到一個合適的程序的范式。教學重點：函數依賴的概念、分類，范式的定義及如何將1NF規范到2NF、3NF教學難點：如何理解函數依賴的定義和分類，及怎樣一個1NF的關系模式分解到2NF、3NF。教學活動：5.1 問題的提出 設計關系模式時，需要解決幾種異常問題，由此引入了關系規范化理論體系。5.2 規范化將關系模式從滿足低要求的范式，向要求更加嚴格的范式轉換的過程。 5.2.1 函數依賴 數據依賴的一種，分完全函數依賴、部分函數依賴和傳遞函數依賴，討論一個關系模式屬于第幾范式，是在函數依賴的范疇下進行的。5.2.2 碼在函數依賴的范疇下給出碼的定義。主碼和外碼所滿足的現實意義 5.2.3 范式 規范化的關系模式稱為范式。根據滿足的要求程度不同可分為1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF等。5.2.4 2NF在第1NF的基礎上消除了非主屬性對碼的部分函數依賴所能達到的程度的范式。 5.2.5 3NF 在第2NF的基礎上消除了非主屬性對碼的傳遞函數依賴所能達到的程度的范式。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第十九講第五章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及了解從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：函數依賴的概念、分類，1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義和相互區別教學難點：如何理解一個關系模式達到怎樣的要求可以達到所謂的1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF。教學活動：5.2.6 BCNF一個屬于第1范式的關系模式如果消除了任何屬性對主屬性的部分函數依賴和傳遞函數依賴所能達到的程度的范式。5.2.7 多值依賴 數據之間的依賴除了函數依賴以外，還可以存在多值依賴。一個關系模式僅僅討論函數依賴可以徹底分離到BCNF。5.2.8 4NF在多值依賴的范疇下，一個關系模式如果消除了非平凡且非函數依賴的多值依賴所能達到的程度的范式。5.2.9 規范化小結 規范化的基本思想是將一個關系模式根據實際環境的需求，討論其屬性之間所存在的不好的性質，可以逐步消除掉，使一個關系模式可以從低程度的范式向高程度的范式轉換達到自己的要求。所可以采用的方法是模式分解的算法。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十講第六章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及了解從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：函數依賴的概念、分類，1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義和相互區別教學難點：如何理解一個關系模式達到怎樣的要求可以達到所謂的1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF。教學活動：5.2.6 BCNF一個屬于第1范式的關系模式如果消除了任何屬性對主屬性的部分函數依賴和傳遞函數依賴所能達到的程度的范式。5.2.7 多值依賴 數據之間的依賴除了函數依賴以外，還可以存在多值依賴。一個關系模式僅僅討論函數依賴可以徹底分離到BCNF。5.2.8 4NF在多值依賴的范疇下，一個關系模式如果消除了非平凡且非函數依賴的多值依賴所能達到的程度的范式。5.2.9 規范化小結 規范化的基本思想是將一個關系模式根據實際環境的需求，討論其屬性之間所存在的不好的性質，可以逐步消除掉，使一個關系模式可以從低程度的范式向高程度的范式轉換達到自己的要求。所可以采用的方法是模式分解的算法。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十一講第五章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及掌握如何從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：函數依賴的公理系統，屬性的閉包，函數依賴的極小化以及模式分解的幾種算法。教學難點：如何掌握一個關系模式分解到3NF、BCNF和4NF，所采用的分解算法怎樣靈活運用。教學活動：一、 數據依賴的公理系統Armstrong公理系統的內容，及由此所提出的幾條推理規則。二、 函數依賴的等價與覆蓋關系模式的等價和覆蓋的含義求解屬性閉包的算法。一個關系模式所滿足的函數依賴的極小化處理的算法。三、候選關鍵字的求解理論和算法具有惟一候選關鍵字的求解的幾種方法關系模式的候選關鍵字求解的一般算法。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十二講第六章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及掌握如何從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：函數依賴的公理系統，屬性的閉包，函數依賴的極小化以及模式分解的幾種算法。教學難點：如何掌握一個關系模式分解到3NF、BCNF和4NF，所采用的分解算法怎樣靈活運用。教學活動：三、 數據依賴的公理系統Armstrong公理系統的內容，及由此所提出的幾條推理規則。四、 函數依賴的等價與覆蓋關系模式的等價和覆蓋的含義求解屬性閉包的算法。一個關系模式所滿足的函數依賴的極小化處理的算法。三、候選關鍵字的求解理論和算法具有惟一候選關鍵字的求解的幾種方法關系模式的候選關鍵字求解的一般算法。教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十三講第五章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及掌握如何從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：無損連接性和函數依賴保持性的含義，無損連接性和函數依賴保持性的判斷方法，函數依賴的極小化以及模式分解的幾種算法。教學難點：如何掌握一個關系模式分解到3NF、BCNF和4NF，所采用的分解算法怎樣靈活運用。教學活動：一、無損連接性和函數依賴保持性的含義。幾種等價分解的定義和分類。二、無損連接性和函數依賴保持性的判斷方法。無損無損無損連接判斷表的使用。函數依賴保持性的判斷方法。三、幾種模式分解算法將一個關系模式保持依賴性分解到3NF的算法。將一個關系模式既無損連接又保持依賴性分解到3NF的算法將一個關系模式無損連接分解到BCNF的算法將一個關系模式無損連接分解到4NF的算法教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十四講第六章 關系規范化理論教學目的：使學生了解1NF、2NF、3NF、BCNF和4NF的含義，及相互之間的聯系和區別，以及掌握如何從低程度范式向高程度范式轉換的原則和方法。教學重點：無損連接性和函數依賴保持性的含義，無損連接性和函數依賴保持性的判斷方法，函數依賴的極小化以及模式分解的幾種算法。教學難點：如何掌握一個關系模式分解到3NF、BCNF和4NF，所采用的分解算法怎樣靈活運用。教學活動：一、無損連接性和函數依賴保持性的含義。幾種等價分解的定義和分類。二、無損連接性和函數依賴保持性的判斷方法。無損無損無損連接判斷表的使用。函數依賴保持性的判斷方法。三、幾種模式分解算法將一個關系模式保持依賴性分解到3NF的算法。將一個關系模式既無損連接又保持依賴性分解到3NF的算法將一個關系模式無損連接分解到BCNF的算法將一個關系模式無損連接分解到4NF的算法教學工具：多媒體演示教學計劃學時：22學時教學札記：第二十五講第六章數據庫設計教學目的：在理解并掌握前面幾章關于關系數據庫的概念，尤其是關系規范化理論后，使學生進一步掌握如何根據實際問題的需求進行具體的數據庫設計。了解進行一般數據庫設計所應經歷哪幾個階段，每個階段所需完成的主要任務是什么。教學重點：使學生掌握并理解進行一般數據庫設計所應遵循的幾個步驟，每個階段的主要任務。特別是需求分析、概念結構設計和邏輯結構設計階段各自的主要任務。教學難點：概念結構設計階段中概念模型的設計，邏輯結構設計階段中關于概念模型向關系數據模型的轉換。教學活動：6.1 數據庫設計概述根據規范化設計方法，進行一般數據庫設計所應遵循的六個步驟。6.2 需求分析需求分析所形成的數據流圖和數據字典是設計數據庫的基礎。6.3 概念結構設計設計一個合適的關系模式是數據庫設計的關鍵。6.4 邏輯結構設計數據庫全體數據的描述是如何實現數據庫的前提。6.5 數據庫的物理設計6.6 數據庫的實施和維護6.7 小結教學工具：多媒體演示教學計劃：22學時教學札記：第二十六講第六章數據庫設計教學目的：在理解并掌握前面幾章關于關系數據庫的概念，尤其是關系規范化理論后，使學生進一步掌握如何根據實際問題的需求進行具體的數據庫設計。了解進行一般數據庫設計所應經歷哪幾個階段，每個階段所需完成的主要任務是什么。教學重點：使學生掌握并理解進行一般數據庫設計所應遵循的幾個步驟，每個階段的主要任務。特別是需求分析、概念結構設計和邏輯結構設計階段各自的主要任務。教學難點：概念結構設計階段中概念模型的設計，邏輯結構設計階段中關于概念模型向關系數據模型的轉換。教學活動：6.1 數據庫設計概述根據規范化設計方法，進行一般數據庫設計所應遵循的六個步驟。6.2 需求分析需求分析所形成的數據流圖和數據字典是設計數據庫的基礎。6.3 概念結構設計設計一個合適的關系模式是數據庫設計的關鍵。6.4 邏輯結構設計數據庫全體數據的描述是如何實現數據庫的前提。6.5 數據庫的物理設計6.6 數據庫的實施和維護6.7 小結教學工具：多媒體演示教學計劃：22學時教學札記：第二十七講第七章數據庫恢復教學目的：使學生理解并掌握當數據庫系統在正式投入運行后，在用戶使用的過程中因各種意外因素而發生的故障，造成系統的非正常終止，使得系統中的部分或全部數據遭到破壞，系統自身如何通過相應的技術和方法使系統恢復到遭受破壞之前的某一正確狀態下。教學重點：系統在運行過程中可能遭受的幾種故障，及數據庫系統實現恢復的兩種技術：數據轉儲和日志文件。教學難點：如何理解并掌握系統利用數據轉儲和日志文件實現恢復的具體過程。教學活動：7.1 事務的基本概念是數據庫系統中運行和獲取資源的基本單位。7.2 數據庫恢復概述7.3 故障的種類7.4 恢復的實現技術7.5 恢復策略7.6 具有檢查點的恢復技術7.7 數據庫鏡像7.8 Oracle的恢復技術7.9 小結教學工具：多媒體演示教學計劃：22學時教學札記：第二十八講第七章數據庫恢復教學目的：使學生理解并掌握當數據庫系統在正式投入運行后，在用戶使用的過程中因各種意外因素而發生的故障，造成系統的非正常終止，使得系統中的部分或全部數據遭到破壞，系統自身如何通過相應的技術和方法使系統恢復到遭受破壞之前的某一正確狀態下。教學重點：系統在運行過程中可能遭受的幾種故障，及數據庫系統實現恢復的兩種技術：數據轉儲和日志文件。教學難點：如何理解并掌握系統利用數據轉儲和日志文件實現恢復的具體過程。教學活動：7.1 事務的基本概念是數據庫系統中運行和獲取資源的基本單位。7.2 數據庫恢復概述7.3 故障的種類7.4 恢復的實現技術7.5 恢復策略7.6 具有檢查點的恢復技術7.7 數據庫鏡像7.8 Oracle的恢復技術7.9 小結教學工具：多媒體演示教學計劃：22學時教學札記：第二十九講第八章并發控制教學目的：使學