(2024年)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教學(xué)課件044

2024數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教學(xué)課件04412024/3/26目錄數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理SQL語言編程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫安全性與完整性保障數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法與實(shí)例分析數(shù)據(jù)庫新技術(shù)發(fā)展趨勢探討22024/3/2601數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述Chapter32024/3/26數(shù)據(jù)庫定義數(shù)據(jù)庫是一個(gè)長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的、統(tǒng)一管理的大量數(shù)據(jù)的集合。發(fā)展歷程經(jīng)歷了層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等階段，目前正處于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的數(shù)據(jù)庫創(chuàng)新發(fā)展階段。數(shù)據(jù)庫定義與發(fā)展歷程42024/3/26組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、應(yīng)用系統(tǒng)和用戶構(gòu)成。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部級結(jié)構(gòu)、概念級結(jié)構(gòu)和外部級結(jié)構(gòu)。其中，內(nèi)部級結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，概念級結(jié)構(gòu)是全局邏輯結(jié)構(gòu)，外部級結(jié)構(gòu)是用戶視圖。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)52024/3/26系統(tǒng)集成和擴(kuò)展價(jià)值數(shù)據(jù)庫作為信息系統(tǒng)的核心，其價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面數(shù)據(jù)共享和協(xié)同支持多用戶并發(fā)訪問和協(xié)同工作，提高數(shù)據(jù)共享和協(xié)同效率。數(shù)據(jù)分析和挖掘通過對數(shù)據(jù)的分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律和趨勢，為企業(yè)決策提供支持。數(shù)據(jù)庫廣泛應(yīng)用于金融、制造、物流、電商、醫(yī)療、教育等各個(gè)領(lǐng)域，支撐著各種信息系統(tǒng)的運(yùn)行。應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理提供高效、安全、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能，確保數(shù)據(jù)的完整性、一致性和安全性。提供標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議，支持與其他系統(tǒng)的集成和擴(kuò)展，提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域及價(jià)值62024/3/2602關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理Chapter72024/3/260102關(guān)系模型概念關(guān)系模型是一種基于集合論和謂詞邏輯的數(shù)學(xué)模型，用于描述和處理數(shù)據(jù)。在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)被組織成表格形式，稱為關(guān)系，每個(gè)關(guān)系都有一個(gè)唯一的名稱和一組屬性。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以表格形式組織，具有清晰的結(jié)構(gòu)和定義。完整性通過定義實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。靈活性可以方便地添加、刪除和修改數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。高效性通過索引、查詢優(yōu)化等技術(shù)提高數(shù)據(jù)訪問效率。030405關(guān)系模型概念及特點(diǎn)82024/3/26從關(guān)系中選擇滿足條件的元組。選擇（σ）從關(guān)系中選擇若干屬性列組成新的關(guān)系。投影（π）關(guān)系代數(shù)運(yùn)算與查詢優(yōu)化92024/3/26連接（?）根據(jù)兩個(gè)關(guān)系中的共同屬性將元組連接起來。并（∪）、差（－）、交（∩）對兩個(gè)關(guān)系的元組進(jìn)行并、差、交運(yùn)算。關(guān)系代數(shù)運(yùn)算與查詢優(yōu)化102024/3/26

關(guān)系代數(shù)運(yùn)算與查詢優(yōu)化查詢重寫將查詢表達(dá)式轉(zhuǎn)換為等價(jià)的但執(zhí)行效率更高的形式。選擇最佳的執(zhí)行計(jì)劃根據(jù)數(shù)據(jù)的分布、索引的存在與否等因素，選擇最優(yōu)的查詢執(zhí)行計(jì)劃。使用索引通過建立和使用索引，加速數(shù)據(jù)的檢索速度。112024/3/26規(guī)范化目的第三范式（3NF）Boyce-Codd范式（BCN…規(guī)范化優(yōu)點(diǎn)第二范式（2NF）第一范式（1NF）消除數(shù)據(jù)冗余、減少數(shù)據(jù)插入、刪除和修改的復(fù)雜性，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。確保每個(gè)屬性都是不可分的原子值。消除部分函數(shù)依賴，確保每個(gè)非主屬性完全依賴于主鍵。消除傳遞函數(shù)依賴，確保每個(gè)非主屬性不依賴于其他非主屬性。在3NF的基礎(chǔ)上，消除主屬性對候選鍵的部分和傳遞函數(shù)依賴。減少數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)一致性、簡化數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、降低維護(hù)成本。關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化設(shè)計(jì)122024/3/2603SQL語言編程基礎(chǔ)Chapter132024/3/26SQL（StructuredQueryLanguage，結(jié)構(gòu)化查詢語言）是用于管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)編程語言，包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制等功能。SQL語言支持多種數(shù)據(jù)類型，如字符型、數(shù)值型、日期型等。具體數(shù)據(jù)類型因不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）而異，但大多數(shù)DBMS都支持相似的數(shù)據(jù)類型。SQL語言概述數(shù)據(jù)類型SQL語言概述與數(shù)據(jù)類型142024/3/26使用CREATEINDEX和DROPINDEX語句創(chuàng)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(shù)據(jù)類型等。使用CREATETABLE語句創(chuàng)建新表，定義表名、列名、數(shù)據(jù)類型等。使用DROPTABLE語句刪除已存在的表。修改表創(chuàng)建表刪除表創(chuàng)建/刪除索引數(shù)據(jù)定義語言（DDL）操作152024/3/26插入數(shù)據(jù)：使用INSERTINTO語句向表中插入新數(shù)據(jù)。更新數(shù)據(jù)：使用UPDATE語句更新表中的數(shù)據(jù)。刪除數(shù)據(jù)：使用DELETEFROM語句刪除表中的數(shù)據(jù)。查詢數(shù)據(jù)：使用SELECT語句從表中檢索數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行單表查詢、連接查詢、嵌套查詢等。同時(shí)，可以使用WHERE子句指定篩選條件，使用ORDERBY子句對結(jié)果進(jìn)行排序，使用GROUPBY子句對結(jié)果進(jìn)行分組等。數(shù)據(jù)操縱語言（DML）操作162024/3/2604數(shù)據(jù)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(shù)字證書、生物特征等方式對用戶進(jìn)行身份鑒別，確保只有合法用戶能夠訪問數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)加密對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)和傳輸，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過程中的安全性。訪問控制根據(jù)用戶的身份和角色，限制其對數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限，包括數(shù)據(jù)訪問、修改、刪除等操作。防止SQL注入對用戶輸入的SQL語句進(jìn)行合法性檢查，防止惡意用戶通過注入SQL語句對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行非法操作。數(shù)據(jù)庫安全性控制方法182024/3/26數(shù)據(jù)庫完整性約束條件設(shè)置確保表中每條記錄的唯一性，防止重復(fù)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。維護(hù)表與表之間的引用完整性，確保關(guān)聯(lián)表之間的數(shù)據(jù)一致性。對表中某列或某幾列的數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍、格式等合法性檢查，確保數(shù)據(jù)的正確性。確保表中某列或某幾列的數(shù)據(jù)的唯一性，防止重復(fù)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。主鍵約束外鍵約束檢查約束唯一性約束192024/3/26通過創(chuàng)建視圖，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的邏輯封裝和簡化查詢操作，同時(shí)提高數(shù)據(jù)的安全性。視圖應(yīng)用通過編寫存儲(chǔ)過程，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫操作的封裝和復(fù)用，提高數(shù)據(jù)處理效率。存儲(chǔ)過程應(yīng)用通過創(chuàng)建觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫操作前后自動(dòng)執(zhí)行特定操作，如數(shù)據(jù)校驗(yàn)、日志記錄等，確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。觸發(fā)器應(yīng)用視圖、存儲(chǔ)過程和觸發(fā)器應(yīng)用202024/3/2605數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法與實(shí)例分析Chapter212024/3/26通過與用戶溝通，明確用戶對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)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(xiàng)需求的優(yōu)先級和實(shí)現(xiàn)方式。需求分析和概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編寫需求規(guī)格說明書確定用戶需求222024/3/26123根據(jù)需求規(guī)格說明書，識別出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的實(shí)體和屬性，并定義它們的含義和取值范圍。定義實(shí)體和屬性分析實(shí)體之間的關(guān)系，確定它們之間的聯(lián)系類型（如一對一、一對多、多對多等），并定義聯(lián)系的屬性。定義實(shí)體之間的聯(lián)系使用ER圖或UML類圖等工具，將實(shí)體、屬性和聯(lián)系繪制成概念結(jié)構(gòu)圖，以便直觀地展示數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)。繪制概念結(jié)構(gòu)圖需求分析和概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)232024/3/26根據(jù)概念結(jié)構(gòu)圖，將實(shí)體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，包括表、字段、索引等。將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為邏輯結(jié)構(gòu)對邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如合并冗余字段、調(diào)整表之間的關(guān)系等，以提高數(shù)據(jù)庫的性能和可維護(hù)性。優(yōu)化邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)242024/3/26繪制邏輯結(jié)構(gòu)圖：使用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具或繪圖軟件，將邏輯結(jié)構(gòu)繪制成圖表，以便直觀地展示數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)252024/3/26根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能和可靠性要求，選擇合適的存儲(chǔ)設(shè)備和配置參數(shù)，如磁盤類型、RAID級別、內(nèi)存大小等。選擇存儲(chǔ)設(shè)備和配置參數(shù)確定數(shù)據(jù)庫的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)文件、日志文件、索引文件等的存儲(chǔ)位置和大小。設(shè)計(jì)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如調(diào)整數(shù)據(jù)文件的分區(qū)方式、使用合適的索引類型等，以提高數(shù)據(jù)庫的性能和可靠性。優(yōu)化物理結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)262024/3/26根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的命令或工具創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到新建的數(shù)據(jù)庫中，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。導(dǎo)入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)272024/3/26測試和驗(yàn)證：對新建的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，確保它滿足用戶需求規(guī)格說明書中的各項(xiàng)要求。數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)282024/3/26數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)啟動(dòng)和停止數(shù)據(jù)庫服務(wù)根據(jù)需要啟動(dòng)或停止數(shù)據(jù)庫服務(wù)，確保數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫性能使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的監(jiān)控工具或第三方工具監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的性能指標(biāo)，如響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、并發(fā)用戶數(shù)等。292024/3/26處理故障和問題：當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)故障或問題時(shí)，及時(shí)進(jìn)行處理和解決，確保數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性。數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)302024/3/26數(shù)據(jù)遷移與升級當(dāng)需要更換存儲(chǔ)設(shè)備或升級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移和升級操作，確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)定期對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份，以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞；當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)操作。安全管理與審計(jì)加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的安全管理，如設(shè)置訪問權(quán)限、加密敏感數(shù)據(jù)等；同時(shí)進(jìn)行審計(jì)操作，記錄用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問和操作情況以便追溯和分析。數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行和維護(hù)312024/3/2606數(shù)據(jù)庫新技術(shù)發(fā)展趨勢探討Chapter322024/3/2603數(shù)據(jù)處理速度要求提高實(shí)時(shí)分析和處理大數(shù)據(jù)的需求日益迫切，對數(shù)據(jù)庫性能提出更高要求。01數(shù)據(jù)量爆炸式增長隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級增長，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫難以應(yīng)對。02數(shù)據(jù)類型多樣化除了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)也大量涌現(xiàn)，如文本、圖像、視頻等。大數(shù)據(jù)時(shí)代下的數(shù)據(jù)庫挑戰(zhàn)332024/3/26數(shù)據(jù)被分散存儲(chǔ)在多個(gè)數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)上，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。分布式存儲(chǔ)分布式計(jì)算數(shù)據(jù)一致性維護(hù)利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，并行處理數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)處理速度。通過復(fù)制、分片、副本等技術(shù)手段，確保分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性和可用性。030201分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)原理簡介342024/3/26云數(shù)據(jù)