2024數據庫系統原理教學課件04412024/3/26目錄數據庫系統概述關系數據庫基本原理SQL語言編程基礎數據庫安全性與完整性保障數據庫設計方法與實例分析數據庫新技術發展趨勢探討22024/3/2601數據庫系統概述Chapter32024/3/26數據庫定義數據庫是一個長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的、統一管理的大量數據的集合。發展歷程經歷了層次數據庫、網狀數據庫、關系數據庫、面向對象數據庫等階段，目前正處于大數據、云計算、人工智能等新技術驅動下的數據庫創新發展階段。數據庫定義與發展歷程42024/3/26組成數據庫系統由數據庫、數據庫管理系統（DBMS）、應用系統和用戶構成。結構數據庫系統的結構包括內部級結構、概念級結構和外部級結構。其中，內部級結構是數據的物理存儲結構，概念級結構是全局邏輯結構，外部級結構是用戶視圖。數據庫系統組成與結構52024/3/26系統集成和擴展價值數據庫作為信息系統的核心，其價值主要體現在以下幾個方面數據共享和協同支持多用戶并發訪問和協同工作，提高數據共享和協同效率。數據分析和挖掘通過對數據的分析和挖掘，發現數據中的潛在規律和趨勢，為企業決策提供支持。數據庫廣泛應用于金融、制造、物流、電商、醫療、教育等各個領域，支撐著各種信息系統的運行。應用領域數據存儲和管理提供高效、安全、可靠的數據存儲和管理功能，確保數據的完整性、一致性和安全性。提供標準的接口和協議，支持與其他系統的集成和擴展，提高系統的靈活性和可擴展性。數據庫應用領域及價值62024/3/2602關系數據庫基本原理Chapter72024/3/260102關系模型概念關系模型是一種基于集合論和謂詞邏輯的數學模型，用于描述和處理數據。在關系模型中，數據被組織成表格形式，稱為關系，每個關系都有一個唯一的名稱和一組屬性。結構化數據以表格形式組織，具有清晰的結構和定義。完整性通過定義實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性來確保數據的準確性和一致性。靈活性可以方便地添加、刪除和修改數據和結構。高效性通過索引、查詢優化等技術提高數據訪問效率。030405關系模型概念及特點82024/3/26從關系中選擇滿足條件的元組。選擇（σ）從關系中選擇若干屬性列組成新的關系。投影（π）關系代數運算與查詢優化92024/3/26連接（?）根據兩個關系中的共同屬性將元組連接起來。并（∪）、差（－）、交（∩）對兩個關系的元組進行并、差、交運算。關系代數運算與查詢優化102024/3/26

關系代數運算與查詢優化查詢重寫將查詢表達式轉換為等價的但執行效率更高的形式。選擇最佳的執行計劃根據數據的分布、索引的存在與否等因素，選擇最優的查詢執行計劃。使用索引通過建立和使用索引，加速數據的檢索速度。112024/3/26規范化目的第三范式（3NF）Boyce-Codd范式（BCN…規范化優點第二范式（2NF）第一范式（1NF）消除數據冗余、減少數據插入、刪除和修改的復雜性，確保數據的完整性和準確性。確保每個屬性都是不可分的原子值。消除部分函數依賴，確保每個非主屬性完全依賴于主鍵。消除傳遞函數依賴，確保每個非主屬性不依賴于其他非主屬性。在3NF的基礎上，消除主屬性對候選鍵的部分和傳遞函數依賴。減少數據冗余、提高數據一致性、簡化數據庫設計、降低維護成本。關系數據庫規范化設計122024/3/2603SQL語言編程基礎Chapter132024/3/26SQL（StructuredQueryLanguage，結構化查詢語言）是用于管理關系數據庫的標準編程語言，包括數據查詢、數據定義、數據操縱和數據控制等功能。SQL語言支持多種數據類型，如字符型、數值型、日期型等。具體數據類型因不同的數據庫管理系統（DBMS）而異，但大多數DBMS都支持相似的數據類型。SQL語言概述數據類型SQL語言概述與數據類型142024/3/26使用CREATEINDEX和DROPINDEX語句創建或刪除索引，以提高查詢效率。使用ALTERTABLE語句修改已存在的表，如添加新列、刪除列、修改列數據類型等。使用CREATETABLE語句創建新表，定義表名、列名、數據類型等。使用DROPTABLE語句刪除已存在的表。修改表創建表刪除表創建/刪除索引數據定義語言（DDL）操作152024/3/26插入數據：使用INSERTINTO語句向表中插入新數據。更新數據：使用UPDATE語句更新表中的數據。刪除數據：使用DELETEFROM語句刪除表中的數據。查詢數據：使用SELECT語句從表中檢索數據，可以進行單表查詢、連接查詢、嵌套查詢等。同時，可以使用WHERE子句指定篩選條件，使用ORDERBY子句對結果進行排序，使用GROUPBY子句對結果進行分組等。數據操縱語言（DML）操作162024/3/2604數據庫安全性與完整性保障Chapter172024/3/2601020304用戶身份鑒別通過用戶名/密碼、數字證書、生物特征等方式對用戶進行身份鑒別，確保只有合法用戶能夠訪問數據庫。數據加密對敏感數據進行加密存儲和傳輸，確保數據在存儲和傳輸過程中的安全性。訪問控制根據用戶的身份和角色，限制其對數據庫的訪問權限，包括數據訪問、修改、刪除等操作。防止SQL注入對用戶輸入的SQL語句進行合法性檢查，防止惡意用戶通過注入SQL語句對數據庫進行非法操作。數據庫安全性控制方法182024/3/26數據庫完整性約束條件設置確保表中每條記錄的唯一性，防止重復數據的出現。維護表與表之間的引用完整性，確保關聯表之間的數據一致性。對表中某列或某幾列的數據進行范圍、格式等合法性檢查，確保數據的正確性。確保表中某列或某幾列的數據的唯一性，防止重復數據的出現。主鍵約束外鍵約束檢查約束唯一性約束192024/3/26通過創建視圖，實現對數據的邏輯封裝和簡化查詢操作，同時提高數據的安全性。視圖應用通過編寫存儲過程，實現對數據庫操作的封裝和復用，提高數據處理效率。存儲過程應用通過創建觸發器，實現在數據庫操作前后自動執行特定操作，如數據校驗、日志記錄等，確保數據的完整性和安全性。觸發器應用視圖、存儲過程和觸發器應用202024/3/2605數據庫設計方法與實例分析Chapter212024/3/26通過與用戶溝通，明確用戶對數據庫系統的功能、性能、安全等方面的需求。將用戶需求整理成文檔，明確各項需求的優先級和實現方式。需求分析和概念結構設計編寫需求規格說明書確定用戶需求222024/3/26123根據需求規格說明書，識別出數據庫系統中的實體和屬性，并定義它們的含義和取值范圍。定義實體和屬性分析實體之間的關系，確定它們之間的聯系類型（如一對一、一對多、多對多等），并定義聯系的屬性。定義實體之間的聯系使用ER圖或UML類圖等工具，將實體、屬性和聯系繪制成概念結構圖，以便直觀地展示數據庫系統的概念結構。繪制概念結構圖需求分析和概念結構設計232024/3/26根據概念結構圖，將實體、屬性和聯系轉換為數據庫的邏輯結構，包括表、字段、索引等。將概念結構轉換為邏輯結構對邏輯結構進行優化，如合并冗余字段、調整表之間的關系等，以提高數據庫的性能和可維護性。優化邏輯結構邏輯結構設計和物理結構設計242024/3/26繪制邏輯結構圖：使用數據庫設計工具或繪圖軟件，將邏輯結構繪制成圖表，以便直觀地展示數據庫系統的邏輯結構。邏輯結構設計和物理結構設計252024/3/26根據數據庫系統的性能和可靠性要求，選擇合適的存儲設備和配置參數，如磁盤類型、RAID級別、內存大小等。選擇存儲設備和配置參數確定數據庫的物理存儲結構，包括數據文件、日志文件、索引文件等的存儲位置和大小。設計物理存儲結構對物理結構進行優化，如調整數據文件的分區方式、使用合適的索引類型等，以提高數據庫的性能和可靠性。優化物理結構邏輯結構設計和物理結構設計262024/3/26根據邏輯結構和物理結構設計的結果，使用數據庫管理系統提供的命令或工具創建數據庫和表。創建數據庫和表將現有的數據導入到新建的數據庫中，確保數據的完整性和準確性。導入數據數據庫實施、運行和維護272024/3/26測試和驗證：對新建的數據庫系統進行測試和驗證，確保它滿足用戶需求規格說明書中的各項要求。數據庫實施、運行和維護282024/3/26數據庫實施、運行和維護啟動和停止數據庫服務根據需要啟動或停止數據庫服務，確保數據庫系統的正常運行。監控數據庫性能使用數據庫管理系統提供的監控工具或第三方工具監控數據庫的性能指標，如響應時間、吞吐量、并發用戶數等。292024/3/26處理故障和問題：當數據庫系統出現故障或問題時，及時進行處理和解決，確保數據庫系統的穩定性和可用性。數據庫實施、運行和維護302024/3/26數據遷移與升級當需要更換存儲設備或升級數據庫系統時，進行數據遷移和升級操作，確保數據的完整性和一致性。數據備份與恢復定期對數據庫進行備份，以防止數據丟失或損壞；當數據出現問題時，及時進行恢復操作。安全管理與審計加強數據庫的安全管理，如設置訪問權限、加密敏感數據等；同時進行審計操作，記錄用戶對數據庫的訪問和操作情況以便追溯和分析。數據庫實施、運行和維護312024/3/2606數據庫新技術發展趨勢探討Chapter322024/3/2603數據處理速度要求提高實時分析和處理大數據的需求日益迫切，對數據庫性能提出更高要求。01數據量爆炸式增長隨著互聯網、物聯網等技術的普及，數據量呈現指數級增長，傳統數據庫難以應對。02數據類型多樣化除了結構化數據，半結構化和非結構化數據也大量涌現，如文本、圖像、視頻等。大數據時代下的數據庫挑戰332024/3/26數據被分散存儲在多個數據庫節點上，提高了系統的可擴展性和容錯性。分布式存儲分布式計算數據一致性維護利用多個節點的計算能力，并行處理數據，提高了數據處理速度。通過復制、分片、副本等技術手段，確保分布式系統中數據的一致性和可用性。030201分布式數據庫技術原理簡介342024/3/26云數據