數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與應用PAGE1《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與應用》教學大綱目錄25993一、教學目的和要求 128151二、教學中應注意的問題 132685三、教學課時分配 26836四、學時分配表 129623五、參考書目 13課程名稱：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與應用學時：80學時（邊學邊練）課程類型：必修課程性質(zhì)：服務(wù)外包方向的基礎(chǔ)課程開課學期：第4學期先修課程：軟件工程計算基礎(chǔ)=2\*ROMANII，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，操作系統(tǒng)適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)專業(yè)服務(wù)外包方向教學目的和要求1.教學目的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是軟件工程專業(yè)的必修課程。在軟件工程中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)運行的重要平臺，數(shù)據(jù)庫設(shè)計是軟件系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。學生需要理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握數(shù)據(jù)庫的基本理論和設(shè)計方法，具備利用編程工具開發(fā)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的能力。通過本課程的教學，應使學生能基本掌握數(shù)據(jù)庫的基本理論和設(shè)計數(shù)據(jù)庫的基本方法，特別是ER分析技術(shù)和范式分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)。同時，在數(shù)據(jù)庫研究和應用領(lǐng)域內(nèi)，提高分析問題和解決問題的能力，掌握SQL語言在具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的應用，為后續(xù)課程的學習和將來在實際工作中的應用打下扎實的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。課程教授基本要求理論和知識方面要求：數(shù)據(jù)庫原理是一門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學生掌握數(shù)據(jù)庫有關(guān)基本概念、體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系模型理論、關(guān)系代數(shù)基本運算、數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論及應用，關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟、關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL語言的基本語句的語法結(jié)構(gòu)和運用。能力和技能方面要求：數(shù)據(jù)庫原理也是一門實踐性很強課程，必須完成一定數(shù)量的課外作業(yè)和與課堂內(nèi)容配套的上機實驗，才能對課堂內(nèi)容加深理解并加以拓展。學生應能將所學知識靈活應用，能獨立分析和解決問題，完成實驗內(nèi)容。二、教學中應注意的問題1.教學方法：教師以課堂多媒體課件和軟件演示的方式講授，重點難點多舉示例，軟件演示，組織學生課堂討論。課堂理論教學與實驗相結(jié)合，引導學生獨立分析問題和解決問題，啟發(fā)學生理論聯(lián)系實際綜合運用知識，培養(yǎng)學生學習能力和數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)技能。2.考核方法：對于該課程的學習成績，采用“檔案法”記錄學生在課堂上的表現(xiàn)、課內(nèi)實驗、課后作業(yè)、單元小測驗等，綜合加以評價。①知識考核：40%（單元小測驗）；②能力考核：60%（課堂上的表現(xiàn)、課內(nèi)實驗、課后作業(yè)情況）。三、教學課時分配（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概要基本學時：2學時教學內(nèi)容●數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類別、數(shù)據(jù)語義；●數(shù)據(jù)庫：持久數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)冗余；●數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、事務(wù)管理和運行管理、數(shù)據(jù)庫建立和維護；●數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展：人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)獨立、DBMS統(tǒng)一管理。重點數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概念的理解。難點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相關(guān)概念的認知。講授提示本單元集中介紹了數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的相關(guān)概念及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點，概念多、很抽象。應結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的成就和應用案例，引發(fā)學生的學習興趣。習題要求無。（2）數(shù)據(jù)模型基本學時：2學時教學內(nèi)容●數(shù)據(jù)模型要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)完整性約束；●概念模型：實體、屬性、鍵（碼）、域、實體集、聯(lián)系、實體-聯(lián)系方法；●層次模型；●網(wǎng)狀模型；●關(guān)系模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、元組、屬性、域、關(guān)系模式、完整性約束。重點數(shù)據(jù)模型、實體、屬性、鍵（碼）、域、實體集、聯(lián)系等概念的理解。難點概念模型、關(guān)系模型概念的理解。講授提示在講授本單元內(nèi)容時，最好以一個具體的例子介紹概念模型和關(guān)系模型的相互關(guān)聯(lián)，使學生能夠分辨清楚在兩個不同的數(shù)據(jù)抽象中，數(shù)據(jù)的抽象及數(shù)據(jù)的描述方法。習題要求可以布置應用型習題，使學生加深對概念模型和關(guān)系模型的理解。（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本學時：2學時教學內(nèi)容●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：單用戶、主從式、分布式和客戶/服務(wù)器；●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式；●三級模式：外模式、模式、內(nèi)模式；●二級映射：外模式模式映射、模式內(nèi)模式映射、數(shù)據(jù)邏輯獨立性、數(shù)據(jù)物理獨立性；●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成：硬件平臺、軟件、人員、數(shù)據(jù)庫；重點掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式及相關(guān)概念，理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成及各部分的功能及任務(wù)。難點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式的理解。講授提示可以利用圖示向?qū)W生講解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式以及二級映射原理。通過實例講授讓學生理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的真正意義。介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)人員組成時，可結(jié)合不同角色的任務(wù)介紹不同角色應具有的知識和技能，從而引導學生了解軟件工程師應該具有的知識和技能。在介紹數(shù)據(jù)庫的軟、硬件平臺時，可結(jié)合目前流行的DBMS（如Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）及其所需的硬件環(huán)境一同講解。習題要求可以布置應用型習題，使學生加深對數(shù)據(jù)庫三級模式的理解。（4）關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本學時：2學時教學內(nèi)容●關(guān)系：域、二維表、元組、屬性、鍵、關(guān)系模式；●關(guān)系數(shù)據(jù)庫：關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式、關(guān)系模式的實例；●關(guān)系操作：查詢、插入、修改、刪除；●關(guān)系完整性：實體完整性、參照完整性、用戶定義完整性；●關(guān)系代數(shù)：代數(shù)表達式，并、差、交、笛卡爾積，選擇、投影、連接、自然連接、等值連接，θ-連接、除法、外連接；重點關(guān)系的形式化定義、關(guān)系操作、關(guān)系代數(shù)。難點關(guān)系的形式化定義、關(guān)系代數(shù)。講授提示介紹關(guān)系代數(shù)時，應結(jié)合具體的應用實例，注意讓學生理解每種運算的語義；另外，要告訴學生關(guān)系代數(shù)運算是SQL語句實現(xiàn)的數(shù)學基礎(chǔ)。習題要求可以布置適量的習題，使學生加深對關(guān)系代數(shù)的理解和掌握。（5）SQL基本學時：20學時:12學時講授+8學時課內(nèi)練習；教學內(nèi)容●SQL基本概念：視圖、基本表、SQL標準（2學時）；●數(shù)據(jù)定義：模式定義、模式刪除、基本表定義、表刪除、表修改、數(shù)據(jù)類型、索引定義、索引刪除、唯一性索引、聚簇索引等等（4學時）；●數(shù)據(jù)查詢：單表查詢、多表查詢、嵌套查詢、集合查詢（5學時）；●數(shù)據(jù)更新：插入、刪除、修改（7學時）；●視圖：定義、刪除、查詢、更新、視圖作用（2學時）。重點SQL語言使用、索引的定義和作用、視圖的定義和應用。難點嵌套查詢、視圖的定義及應用。講授提示可使用一個數(shù)據(jù)庫實例講授具體操作命令，每一個例子都要讓其功能獨特、清晰有效；另外也可結(jié)合SQL語言與關(guān)系代數(shù)的對應關(guān)系，通過關(guān)系代數(shù)運算法則更好地理解SQL語言。習題要求可以布置適量的習題，使學生加深對SQL語言的理解和掌握。（6）數(shù)據(jù)庫安全性基本學時：2學時教學內(nèi)容●安全標準：CC標準、安全級別；●安全性控制：用戶標識、存取控制機制、自助存取控制、強制存取控制、角色、權(quán)限；●審計：審計日志、用戶級審計、系統(tǒng)級審計；●數(shù)據(jù)加密：加密算法、密鑰；●數(shù)據(jù)庫安全：數(shù)據(jù)備份、災難備份。重點掌握數(shù)據(jù)庫安全性定義及安全性控制機制。難點對自助存取控制和強制存取控制的理解。講授提示在講授本單元內(nèi)容時，不僅要讓學生理解數(shù)據(jù)庫安全性的概念，還要讓學生知道數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中非常重要的技術(shù)之一。在講授安全性控制機制以及安全措施的實施方法時，要引用例子，讓學生對權(quán)限、授權(quán)、角色、主體、客體的概念有比較深入的理解。習題要求可以布置適量的課堂練習，使學生加深對安全性控制機制的理解和掌握。（7）數(shù)據(jù)庫完整性基本學時：2學時教學內(nèi)容●實體完整性：定義、主鍵、檢查、違約處理；●參照完整性：定義、外鍵、完整性檢查，違約處理；●用戶定義完整性：屬性約束、屬性約束檢查、元組約束、元組約束檢查、表中完整性約束修改、違約處理；●域完整性：屬性取值范圍；●觸發(fā)器：定義、類型、激活、觸發(fā)事件、觸發(fā)條件、觸發(fā)動作體。重點理解實體完整性、參照完整性、用戶定義完整性的概念，掌握觸發(fā)器的創(chuàng)建及使用方法。難點觸發(fā)器的創(chuàng)建及使用方法。講授提示講解本單元內(nèi)容時，可以結(jié)合在講解關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL時使用的例子，不僅可以鞏固SQL語言運用方法，也可以使本單元的內(nèi)容更實用。習題要求可以布置適量的課堂練習，使學生理解和掌握觸發(fā)器的創(chuàng)建及使用方法。（8）關(guān)系數(shù)據(jù)理論基本學時：6學時教學內(nèi)容●規(guī)范化：函數(shù)依賴、1NF、2NF、3NF、BCNF（3學時）；●數(shù)據(jù)依賴公理系統(tǒng)（2學時）；●模式分解（1學時）。重點函數(shù)依賴。難點1NF、2NF、3NF、BCNF的判別，數(shù)據(jù)依賴公理系統(tǒng)。講授提示本單元內(nèi)容理論性強、概念較多且比較抽象，講授時應從關(guān)系模式的冗余和異常等問題出發(fā)，引入函數(shù)依賴的概念和關(guān)系規(guī)范化的意義。講授時要多舉例。習題要求可以布置適量的習題，使學生理解函數(shù)依賴的概念。（9）數(shù)據(jù)庫設(shè)計基本學時：16學時：10學時講授+6學時課內(nèi)練習；教學內(nèi)容●需求分析：任務(wù)、方法、數(shù)據(jù)字典（1學時）；●概念結(jié)構(gòu)設(shè)計：概念結(jié)構(gòu)、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、全局概念結(jié)構(gòu)、局部概念結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)抽象、局部視圖設(shè)計、視圖集成、沖突、E-R圖（5學時）；●邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計：E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換、關(guān)系模式優(yōu)化、用戶子模式設(shè)計（8學時）；●物理設(shè)計：存取方法、索引選擇、聚簇選擇、散列方法選擇（1學時）；●數(shù)據(jù)庫實施與維護：數(shù)據(jù)載入、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、恢復、數(shù)據(jù)庫性能監(jiān)視、數(shù)據(jù)庫重組織（1學時）。重點需求分析與數(shù)據(jù)字典、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。難點實際問題的需求分析、E-R圖設(shè)計、關(guān)系模式的優(yōu)化。講授提示本部分內(nèi)容與實際緊密結(jié)合，應精心準備一個實際的案例，了解案例的業(yè)務(wù)背景、應用環(huán)境、整理好用戶詳細的應用需求，講解內(nèi)容時將案例貫穿整個設(shè)計過程。習題要求可以布置一個設(shè)計任務(wù)，使學生掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法。（10）數(shù)據(jù)庫編程基本學時：20學時：10學時講授+10學時課內(nèi)練習教學內(nèi)容●嵌入式SQL：宿主語言、預編譯、SQL通信區(qū)、主變量、游標、數(shù)據(jù)庫連接的建立于關(guān)閉、動態(tài)SQL（4學時）；●存儲過程：定義、創(chuàng)建、執(zhí)行、刪除存儲過程、控制結(jié)構(gòu)等（6學時）；●ODBC/JDBC編程（10學時）。重點存儲過程、ODBC/JDBC編程。難點存儲過程的應用、ODBC/JDBC應用。講授提示講授時以舉例為主，邊講邊練。習題要求可以布置適量上機任務(wù)，使學生掌握數(shù)據(jù)庫的編程方法。（11）數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)基本學時：1學時教學內(nèi)容●索引結(jié)構(gòu)：B+樹索引，位圖索引。重點索引結(jié)構(gòu)。難點B+樹索引，位圖索引。講授提示讓學生了解幾種常用的數(shù)據(jù)存儲的組織方法及其特點。習題要求無。（12）關(guān)系查詢與優(yōu)化基本學時：2學時:1學時講授+1學時課內(nèi)練習教學內(nèi)容●查詢優(yōu)化：查詢優(yōu)化的總體思路、關(guān)系代數(shù)等價變換、查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化、基于規(guī)則的存取路徑優(yōu)化、基于代價估算的優(yōu)化；●SQL調(diào)優(yōu)：查詢重寫的概念和方法、有效選擇存取路徑、增加索引、改變JOIN操作順序等技術(shù)。重點SQL調(diào)優(yōu)。難點查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化、SQL調(diào)優(yōu)。講授提示本單元講授時應從舉例開始，讓學生理解查詢優(yōu)化在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的重要性。學生需要花費較多的時間通過實驗來理解和掌握SQL調(diào)優(yōu)方法。習題要求可以布置適量上機任務(wù)，使學生掌握SQL調(diào)優(yōu)方法。（13）數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)基本學時：1學時教學內(nèi)容●事務(wù)處理：事務(wù)概念、原子性、一致性、持久性、隔離性；●故障種類：事務(wù)內(nèi)部故障、系統(tǒng)故障、介質(zhì)故障、計算機病毒；●恢復的實現(xiàn)技術(shù)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、日志文件；●恢復策略：事務(wù)故障恢復、系統(tǒng)故障恢復、介質(zhì)故障恢復、檢查點恢復、數(shù)據(jù)庫鏡像。重點事務(wù)概念與性質(zhì)、數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)。難點日志文件內(nèi)容、恢復技術(shù)。講授提示事務(wù)是數(shù)據(jù)庫中非常重要的概念，本單元講授時要從為什么要引入事務(wù)的概念出發(fā)講解事務(wù)的定義和它的ACID特性。習題要求無。（14）數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制基本學時：1學時教學內(nèi)容●調(diào)度：串行、可串行化、沖突可串行化；●鎖：排它鎖、共享鎖、鎖相容矩陣、活鎖、死鎖、兩段鎖協(xié)議；●封鎖的粒度：多粒度封鎖、意向鎖。重點并發(fā)操作帶來的問題，二段鎖協(xié)議。難點并發(fā)調(diào)度的可串行性，二段鎖協(xié)議。講授提示本單元講授時先從并發(fā)操作可能帶來的數(shù)據(jù)不一致性問題出發(fā)，引出并發(fā)控制、封鎖、調(diào)度等概念。講授過程中要分析封鎖帶來的問題、解決辦法等。習題要求無。（15）數(shù)據(jù)庫新技術(shù)發(fā)展基本學時：1學時教學內(nèi)容●發(fā)展的特點：硬件、軟件、應用；●發(fā)展趨勢：XML、數(shù)據(jù)倉庫。重點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展的特點，數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展趨勢。難點數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展趨勢。講授提示本單元內(nèi)容講授時應根據(jù)當時數(shù)據(jù)庫研究的熱點介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展趨勢。習題要求無。四、學時分配表教學內(nèi)容總課時數(shù)課堂教學課內(nèi)練習課外作業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概要2無數(shù)據(jù)模型2有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2有關(guān)系數(shù)據(jù)庫2有SQL20128有數(shù)據(jù)庫安全性2有數(shù)據(jù)庫完整性2有關(guān)系數(shù)據(jù)理論6有數(shù)據(jù)庫設(shè)計16106有數(shù)據(jù)庫編程201010有數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)1無關(guān)系查詢與優(yōu)化211有數(shù)據(jù)庫恢復技術(shù)1無數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制1無數(shù)據(jù)庫新技術(shù)發(fā)展1無五、參考書目（1）王珊,薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)