数据库实验教学指导书.doc

数据库实验教学指导书（初稿）数据库系统原理课程组许卓明 俞 峰2004年10月28日 计算机及信息工程学院 College of Computers & Information Engineering3目 录第一章 数据库系统原理教学大纲1第二章 “数据库系统原理”课程设计（实验）教学大纲5一、概述51、关于本课程52、实验的结构53、实验环境配置64、实验指导老师6二、实验内容与安排6I 基本实验 （12学时）6II 专题演示 （4学时）9III 开放实验 （4学时）10三、实验报告与评价101、实验报告要求102、实验评价原则10第三章 数据库实验教学指导11一、基本实验11二、专题演示16三、开放实验18第四章 实验教学平台PODExpt使用说明19一、平台简介191、关于本平台192、环境配置19二、平台资源191、SQL用户接口192、DBA工具213、ER-CASE工具224、数据库前端开发工具31三、PODExpt使用界面与说明321、PODExpt安装322、PODExpt主控程序的使用333、SQL用户接口程序的使用334、DBA工具的使用385、CASE工具的使用42附：实验报告统一格式1数据库实验教学指导书第一章 数据库系统原理教学大纲1. 课程编号、课程名称课程编号：0601056课程名称：数据库系统原理 Principles of Database Systems2. 学分、学时4学分；64学时3. 教学对象计算机科学与技术专业本科生4. 先修课程算法与数据结构；编译原理；操作系统；计算机网络5. 课程性质、作用、教学目标课程性质：必修课课程作用：使学生掌握数据库系统的基本原理、当前技术及其主要应用教学目标：通过课程的学习，使学生掌握数据库系统的基本原理与当前技术，培养学生在相关领域进行数据库理论研究和应用开发的必备能力与素质。6. 教学内容基本要求 基础部分1 数据库系统引论1.1 数据管理技术的发展1.2 数据库系统1.3 数据、数据模型和数据模式1.4 数据库的生存周期2 数据模型2.1 数据模型概述2.2 关系数据模型2.3 E/R数据模型2.4 后关系数据模型3 关系数据库语言SQL3.1 数据库的用户接口3.2 SQL语言概况3.3 SQL数据定义语言3.4 SQL查询语言3.5 SQL数据操纵语言3.6 SQL中的视图3.7 嵌入式SQL3.8 SQL过程化扩充 系统部分4 数据库管理系统引论4.1 DBMS的组成与结构4.2 事务4.3 DBMS的进程结构4.4 DBMS的体系结构4.5 数据目录/字典5 数据库的存储结构5.1 数据库存储结构的特点5.2 关系数据库中基表的典型存储机制6 查询处理和优化6.1查询处理和优化概述6.2 代数优化6.3 依赖于存取路径的规则优化6.4 代价估算优化7 事务管理7.1 数据恢复7.2 并发控制8 数据库的安全与完整性约束8.1 数据库的安全8.2 完整性约束9 触发子与主动数据库系统9.1 主动数据库系统的概念9.2 ECA规则与触发子的定义9.3 触发子的应用 应用部分10 数据依赖与关系模式规范化10.1 关系设计方法学概述10.2 函数依赖与范式10.3 多值依赖与范式10.4 关系模式分解11 数据库设计11.1数据库设计概述11.2 需求分析11.2 概念设计11.3 逻辑设计11.4 物理设计12 数据库管理12.1 数据库管理与DBA12.2 数据库管理的任务7. 实践性环节的内容、要求实践环节的内容与要求另见与本课程配套的实践课程数据库系统原理课程设计（编号：0601046）的教学大纲。8. 多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时（或学时比例）本课程课堂教学和学生课外研究性学习均依赖于安装于Internet/校园网的网络课件系统PODTeacher（课堂教学也可使用PC机）。多媒体教学手段运用占全部学时的100%。9. 教材及参考书教材：王能斌，数据库系统教程(上册)，电子工业出版社，2002.8 （ISBN 5053-7827-9/TP.4533）。参考书（若本课程采用双语教学，以下英文影印版教材可作为英语教材）：Abraham Silberschatz Henry F. Korth S. Sudarshan, Database System Concepts (Fourth Edition) (数据库系统概念(第四版), 高等教育出版社McGraw-Hill Companies, 2002.5 (ISBN 7-04-011049-0) （英文影印版优秀教材）。注： 在本网络课件系统PODTeacher中，任课教师补充提供了大量国外权威学术机构出版最新数据库英文文献资料，学生可联机浏览。10. 考核方式考试（笔试）。11. 教学大纲说明1) 本门课程的教学重点集中在对数据库系统基本原理与技术的介绍上，不宜对具体的商业数据库系统作过多的细节讲解。2) 与本课程配套的实践课程是数据库系统原理课程设计（编号：0601046），实践课程应体现本课程的教学内容与要求。3) 本课程是本专业研究生课程现代数据管理技术（编号：0705M04）的先修课程，教师在教学过程中应注意两门课程的自然衔接。12. 本课程的教学环节课堂讲授的内容及学时分配：讲授内容讲授学时自学学时平时作业习题数基础篇数据库系统引论441数据模型681SQL语言8104系统篇数据库管理系统引论441数据库的存储结构241查询处理和优化461事务管理662数据库的安全与完整性约束442触发子与主动数据库系统441应用篇数据依赖与关系模式规范化8101数据库设计661数据库管理221总结作业集体讲解4课程内容总结2合计646817第二章 “数据库系统原理”课程设计（实验）教学大纲一、概述1、关于本课程 课程名称：“数据库系统原理”课程设计Project of Course “Principles of Database Systems”课程编号：0601046学分学时：1学分；16学时相关课程：本课程是数据库系统原理（编号：0601018）的实践性教学环节教学对象：计算机科学与技术专业本科生（注：由于外国留学生和选修本课程的其他专业学生的教育背景不一，其实验将根据生源实际情况单独确定。因此，本大纲不适用于外国留学生）教 材：数据库实验教学指导书，由实验教师根据本教学大纲中确定的原则，结合实验环境和平台编写。2、实验的结构 一般而言，计算机软件实验的基本作用是对特定软件系统的设计和实现原则进行示范。实验的辅助作用还有：对课堂教学中的结论进行验证；对课堂教学中的方法进行运用；补充课堂教学的不足。根据这些原则，结合我院目前的实验条件和未来的目标，实验结构设计如下：l 基本实验部分，包括： 单元1：关系数据模型、数据检索与更新； 单元2：数据库管理系统（DBMS）； 单元3：数据库设计与实现；l 专题演示部分，包括： 单元4：数据库设计开发CASE工具； 单元5：数据库管理与DBA；l 开放实验部分，包括： 单元6：学生自定的实验，但必须在课程教学内容范围内。3、实验环境配置 本实验课程理想的支撑环境是： l 局域网（如Novell NetWare、Microsoft Windows NT Advanced Server等）；l 支持ANSI/ISO SQL2及SQL:1999（SQL3）标准的SQL RDBMS（如：Oracle、IBM UDB DB2/Informix Dynamic Server、Microsoft SQL Server 2000、Sybase Adaptive Server Enterprise、MySQL的较新版本等），并配置必要SQL交互接口，嵌入式SQL及预编译器，ER/UML CASE工具和前端工具等。 若以上标准配置不能满足，则有替代配置： l 提供（准）SQL交互接口的RDBMS（如Microsoft Access、Visual FoxPro等）。对于这些替代配置，各个实验给出了相应的替代方案。 4、实验指导老师 一般而言，实验应有专人负责，保证学生独立做实验时能及时地为他们提供实验条件和必要的指导，保证有足够的设备处于良好的可工作状态。因此，本实验课程应配备专职的指导教师（或由课堂教师兼任），同时，根据本实验课程的特点，除了机房的专职管理人员负责硬件、OS和网络环境的维护外还必须配备一个数据库管理员（DBA），DBA在实验过程中配合指导教师进行工作。二、实验内容与安排 I 基本实验 （12学时） 单元1：关系数据模型、数据检索与更新 （4学时） 【实验1.1】运用SQL查询语言（QL）检索关系表视图中数据 （2学时） 目的与要求：验证和熟悉关系数据模型的结构（表视图），并体会数据在表视图中如何逻辑地被组织成行和列；验证和学会如何通过数据库语言同DBMS交互，并体会SQL语言的高度非过程性；验证和掌握如何使用SQL select语句对关系数据库进行各种数据查询；实验时，学生要着重于验证select各种数据查询的方法。 【实验1.2】运用SQL数据操纵语言（DML）更新关系表中数据。目的与要求： 验证和掌握如何使用SQL insert、update、delete语句对关系数据库进行数据更新的方法。 单元2：数据库管理系统（DBMS） （4学时） 【实验2.1】用C语言实现关系连接操作的嵌套循环算法和排序归并算法（2学时） 目的与要求： 体会和理解DBMS作为对数据库进行管理和支持用户存取数据的中介，其作用与功能；体会和理解RDBMS的核心功能查询处理和优化，以及这种支持功能给关系操作及SQL的高度非过程化所带来的好处；通过关系连接操作的两种算法：嵌套循环法（Nested Loops）和排序归并法（Sort-merge）的实现，来体会关系查询的处理和优化；学生在实验时，要着重于对两种算法的IO代价及其对特定优化目标（最佳吞吐量和最佳响应时间）的影响进行比较。【实验2.2】运用SQL数据定义语言（DDL）创建关系数据的存储结构存取路径，并对数据字典进行查询 （2学时） 目的与要求： 掌握关系数据的基本逻辑存储结构基表的创建方法及SQL create table语句；了解关系数据的逻辑存储结构存取路径：索引、索引簇集和散列簇集的创建方法及SQL create index和create cluster语句；体会和理解进行SQL查询时，存取路径的选择对用户的透明性； 通过查询有关的数据字典（DD）加深对DD结构和作用的理解，并体会所创建的数据库对象之存在性。 单元3：数据库设计与实现 （4学时） 【实验3.1】设计并实现一个小型关系数据库 （2学时） 目的与要求： 体会和掌握关系数据库设计的全过程，包括数据库概念设计、逻辑设计和物理设计； 对概念设计，掌握在需求分析的基础上对特定问题空间的实体（Entity）及其属性的识别、实体间联系及其属性的识别方法，并熟练运用E-R建模（Modeling）技术建立E-R数据模式；对逻辑设计，掌握在概念设计的基础上运用E-R向关系转换的规则把E-R数据模式转换为原始的关系数据模式；掌握运用数据依赖和规范化理论对关系数据模式进行必要规范化的方法，并根据具体的应用（数据查询和更新）特点在数据库性能和规范化程度之间进行权衡；学会分析数据的语义，并定义各种完整性约束；对物理设计，掌握在逻辑设计的基础上根据具体应用（数据查询和更新）的特点以及不同存储结构存取路径对查询性能的影响，选择合适的存储结构存取路径；应用SQL 数据定义语言（DDL）实现已设计的数据库模式。学生在上机之前以小组为单位充分讨论，并在比较各种可选方案的优劣后最后确立一种方案进行上机（仍以小组为单位）。【实验3.2】对已实现的小型关系数据库进行并发数据存取（查询和更新） （2学时） 目的与要求： 验证上次实验已实现的小型关系数据库对需求分析中确定的例行数据查询操作的支持程度，并观察数据库的性能表现； 验证这个小型关系数据库中的完整性约束机制对数据更新操作的约束，并体会完整性约束机制在保证数据库完整性、一致性方面的作用；通过在SQL交互接口上显式地提交撤销事务，来体会事务的概念及其ACID性质、事务的并发存取和并发控制；学生在实验时，要着重体会和验证数据库设计的合理性、完整性约束机制的作用、及事务的并发存取和并发控制等三个方面。II 专题演示 （4学时） 单元4：数据库设计开发CASE工具 【实验4.1】嵌入式SQL 目的与要求： 通过实验，让学生建立起数据库应用系统的完整概念；让学生认识到一个数据库应用（程序）往往是数据管理与处理的集成，使用嵌入式SQL及其预编译器是构造一个集成应用的可选方案；通过实验，学生应对一种嵌入式SQL及其预编译器（如ORACLE Pro*C）的使用有一定的了解。【实验4.2】数据库设计与前端开发工具 目的与要求： 通过实验，让学生建立起数据库应用系统的完整概念，并对基于客户服务器计算的数据库应用系统有一个感性认识；让学生认识到使用带过程化扩充功能的SQL和集成化前端开发工具可构造一个将数据管理和数据处理集成的，屏幕表格、图形和报表集成的前端应用；通过实验，学生应了解数据库设计CASE工具和集成化前端开发工具可有效支持数据库的设计和前端应用的开发。单元5：数据库管理与DBA 【实验5.1】数据库安全性控制 目的与要求： 通过实验，让学生对数据库管理的内容、DBA职责及重要性有更深的理解；通过实验，让学生对DBA的重要日常工作数据库安全性控制的必要性、机制、手段有一定的感性认识，并初步掌握使用SQL DCL建立数据库安全性模式的方法。【实验5.2】数据库备份与恢复 目的与要求： 通过实验，让学生对数据库管理的内容、DBA职责及重要性有更深的理解；通过实验，让学生对DBA的重要日常工作数据库备份与恢复的必要性、机制、手段有一定的感性认识。III 开放实验 （4学时）单元6：学生自定的实验，但必须在课程教学内容范围内。 （4学时） 学生可根据自身的兴趣或特长自行确定具有足够难度和工作量的实验题目和实验方案，并在“没有实验教师指导”的情况下独立完成实验（同学间可以合作）。三、实验报告与评价1、实验报告要求实验指导教师制定实验报告统一格式，学生完成实验（包括：基本实验、专题演示和开放实验）后按要求提交实验报告。2、实验评价原则学生的实验成绩评价依据三个方面：1) 实验数量：“及格”者必须完成3个实验（包括：“基本实验”中2个和“专题演示”中1个）；“良好”者必须完成4个实验；“优秀”者必须完成5个实验。2) 实验质量：可根据实验（特别是开放实验中的自选题目）的质量和难度对以上成绩档次进行调整。3) 实验报告规范性。第三章 数据库实验教学指导一、基本实验 单元1：关系数据模型、数据检索与更新相关知识单元提示：l 数据模型：关系数据模型，关系表、视图；l 数据库语言：非过程性语言，结构化查询语言（SQL），交互式SQL，数据库交互接口；l 数据查询：关系操作（选择、投影、并、差、连接笛积），数据查询及SQL select语句，无条件查询，条件查询，连接查询，嵌套查询子查询，谓词，分组，排序，SQL库函数（单行函数、组函数）；l 数据更新：数据插入及SQL insert语句，数据修改及SQL update语句，数据删除及SQL delete语句。【实验1.1】运用SQL查询语言（QL）检索关系表视图中数据。l 目的与要求：验证和熟悉关系数据模型的结构（表视图），并体会数据在表视图中如何逻辑地被组织成行和列； 验证和学会如何通过数据库语言同DBMS交互，并体会SQL语言的高度非过程性；验证和掌握如何使用SQL select语句对关系数据库进行各种数据查询；实验时，学生要着重于验证select各种数据查询的方法。 l 指导教师职责： 在实验开始前，提供一组关系表视图（结构和实验数据）交DBA；在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，创建实验用表视图，并录入实验数据；在实验期间，维护实验环境的可用性（DB、DBMS、SQL交互接口）；在实验结束后，整理数据库。 l 替代方案： 如果实验环境不是标准SQL RDBMS，但DBMS提供（准）SQL交互接口，则使用这种DBMS及其SQL交互接口进行本实验；如果实验环境不是SQL RDBMS，而是没有SQL交互接口的RDBMS，则使用这种DBMS及其关系操作交互式命令进行本实验，学生在实验报告中应分析其关系操作的实现程度和不足。【实验1.2】运用SQL数据操纵语言（DML）更新关系表中数据。l 目的与要求： 验证和掌握如何使用SQL insert、update、delete语句对关系数据库进行数据更新的方法。 l 指导教师职责： 在实验开始前，提供一组关系表（结构）交DBA；在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，创建实验用表；在实验期间，维护实验环境的可用性（DB、DBMS、SQL交互接口）；在实验结束后，整理数据库。 l 替代方案： 如果实验环境不是标准SQL RDBMS，但DBMS提供（准）SQL交互接口，则使用这种DBMS及其SQL交互接口进行本实验；如果实验环境不是SQL RDBMS，而是没有SQL交互接口的RDBMS，则使用这种DBMS及其数据更新的交互式命令进行本实验，学生在实验报告中应分析其数据更新方法的特点和不足。单元2：数据库管理系统（DBMS）相关知识单元提示：l 数据库管理系统（DBMS）：关系数据库管理系统（RDBMS），RDBMS功能、结构与组成； l RDBMS核心功能：查询处理和优化，基于规则（Rule）的优化，基于代价（Cost）的优化； l 关系数据存储结构存取路径：基表（Base Table）、索引（Index）、索引聚集（Indexed Cluster）、散列簇集（Hash Cluster），存取路径选择对用户的透明性； l 数据字典（DD）：DD作用、组成，DD视图及其查询。 【实验2.1】用C语言实现关系连接操作的嵌套循环算法和排序归并算法。l 目的与要求： 体会和理解DBMS作为对数据库进行管理和支持用户存取数据的中介，其作用与功能；体会和理解RDBMS的核心功能查询处理和优化，以及这种支持功能给关系操作及SQL的高度非过程化所带来的好处；通过关系连接操作的两种算法：嵌套循环法（Nested Loops）和排序归并法（Sort-merge）的实现，来体会关系查询的处理和优化；学生在实验时，要着重于对两种算法的IO代价及其对特定优化目标（最佳吞吐量和最佳响应时间）的影响进行比较。l 指导教师职责： 在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，安装C编译器、联接器；在实验期间，维护实验环境的可用性（C编译器、联接器）；在实验结束后，整理实验环境。 l 替代方案： 无（勿需）。 【实验2.2】运用SQL数据定义语言（DDL）创建关系数据的存储结构存取路径，并对数据字典进行查询。l 目的与要求： 掌握关系数据的基本逻辑存储结构基表的创建方法及SQL create table语句；了解关系数据的逻辑存储结构存取路径：索引、索引簇集和散列簇集的创建方法及SQL create index和create cluster语句；体会和理解进行SQL查询时，存取路径的选择对用户的透明性； 通过查询有关的数据字典（DD）加深对DD结构和作用的理解，并体会所创建的数据库对象之存在性。 l 指导教师职责： 在实验开始前，给学生提出有关存储结构存取路径的创建建议； 在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，进行必要的授权，以便学生能顺利完成各项实验内容；在实验期间，维护实验环境的可用性（DB、DBMS、SQL交互接口）；在实验结束后，清理数据库。 l 替代方案： 如果实验环境不是标准SQL RDBMS，但DBMS提供（准）SQL交互接口，则使用这种DBMS及其SQL交互接口进行本实验；如果实验环境不是SQL RDBMS，而是没有SQL交互接口的RDBMS，则使用这种DBMS及其相应交互式命令进行本实验；学生在实验报告中应分析替代方案RDBMS所提供的存储结构存取路径机制、数据字典（也许对用户根本不可用）的特点以及同标准SQL RDBMS比较之不足。单元3：数据库设计与实现 相关知识单元提示：l 数据模型：概念数据模型（E-R）、逻辑数据模型和物理数据模型； l 数据建模和关系设计：E-R建模，关系模型和关系模式，E-R向关系的转换，数据依赖和关系模式的规范化，关系数据模式的SQL定义方法； l 关系模型的完整性约束：数据的语法和语义，域完整性约束、引用完整性约束和业务规则，静态约束和动态约束，完整性约束SQL说明方法（NOT NULL, PKUNIQUE, FK, CHECK, 断言和触发子）； l 存储结构存取路径：选择策略，SQL定义方法； l 事务与数据库查询及更新：事务（Transaction）的概念和ACID性质，事务的提交（Commit）和撤销（Rollback)，数据库查询与查询事务、数据库更新与更新事务，并发存取和并发控制。【实验3.1】设计并实现一个小型关系数据库。l 目的与要求： 体会和掌握关系数据库设计的全过程，包括数据库概念设计、逻辑设计和物理设计； 对概念设计，掌握在需求分析的基础上对特定问题空间的实体（Entity）及其属性的识别、实体间联系及其属性的识别方法，并熟练运用E-R建模（Modeling）技术建立E-R数据模式；对逻辑设计，掌握在概念设计的基础上运用E-R向关系转换的规则把E-R数据模式转换为原始的关系数据模式；掌握运用数据依赖和规范化理论对关系数据模式进行必要规范化的方法，并根据具体的应用（数据查询和更新）特点在数据库性能和规范化程度之间进行权衡；学会分析数据的语义，并定义各种完整性约束；对物理设计，掌握在逻辑设计的基础上根据具体应用（数据查询和更新）的特点以及不同存储结构存取路径对查询性能的影响，选择合适的存储结构存取路径；应用SQL 数据定义语言（DDL）实现已设计的数据库模式。学生在上机之前以小组为单位充分讨论，并在比较各种可选方案的优劣后最后确立一种方案进行上机（仍以小组为单位）。l 指导教师职责： 在实验开始前，给学生提出一个学生较为熟悉的数据库应用需求（如学籍管理、成绩管理等），将学生分成几个小组，以便讨论； 在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，进行必要的授权，以便学生能顺利完成各项实验内容；在实验期间，维护实验环境的可用性（DB、DBMS、SQL交互接口）；在实验结束后，整理数据库。 l 替代方案： 如果实验环境不是标准SQL RDBMS，但DBMS提供（准）SQL交互接口，则使用这种DBMS及其SQL交互接口进行本实验；如果实验环境不是SQL RDBMS，而是没有SQL交互接口的RDBMS，则使用这种DBMS及其相应DDL命令进行本实验；学生在实验报告中应分析替代方案RDBMS所提供的DDL、存取路径及完整性约束的特点以及同标准SQL RDBMS比较之不足。【实验3.2】对已实现的小型关系数据库进行并发数据存取（查询和更新）。l 目的与要求： 验证上次实验已实现的小型关系数据库对需求分析中确定的例行数据查询操作的支持程度，并观察数据库的性能表现； 验证这个小型关系数据库中的完整性约束机制对数据更新操作的约束，并体会完整性约束机制在保证数据库完整性、一致性方面的作用；通过在SQL交互接口上显式地提交撤销事务，来体会事务的概念及其ACID性质、事务的并发存取和并发控制；学生在实验时，要着重体会和验证数据库设计的合理性、完整性约束机制的作用、及事务的并发存取和并发控制等三个方面。l 指导教师职责： 在实验开始前，按上一实验分组方法将学生分成几个小组，以小组为单位进行实验； 在实验期间，环绕实验目的对学生提出的问题进行解答。 l DBA职责： 在实验开始前，进行必要的授权，以便学生能顺利完成各项实验内容；在实验期间，维护实验环境的可用性（DB、DBMS、SQL交互接口）；在实验结束后，清理数据库。 l 替代方案： 如果实验环境不是标准SQL RDBMS，但DBMS提供（准）SQL交互接口，则使用这种DBMS及其SQL交互接口进行本实验。学生在实验报告中应分析替代方案RDBMS在完整性约束、事务及并发控制方面同标准SQL RDBMS比较之不足。如果实验环境不是SQL RDBMS，而是没有SQL交互接口的RDBMS，则使用这种DBMS提供的QL和DML命令编写一个数据库应用程序，来实现需求分析中确定的例行数据查询更新操作，以验证数据库设计的合理性。二、专题演示 单元4：数据库设计开发CASE工具相关知识单元提示：l 数据库应用系统：数据库应用（程序），数据库用户，数据库管理与数据库管理员（DBA），客户服务器计算，数据库服务器，前端应用； l 应用开发及工具：数据管理与处理的集成，数据库语言、高级语言和4GL、嵌入式SQL，预编译器，游标（Cursor），SQL过程化扩充，数据库设计CASE工具，集成化前端开发工具。 【实验4.1】嵌入式SQL l 目的与要求： 通过实验，让学生建立起数据库应用系统的完整概念；让学生认识到一个数据库应用（程序）往往是数据管理与处理的集成，使用嵌入式SQL及其预编译器是构造一个集成应用的可选方案；通过实验，学生应对一种嵌入式SQL及其预编译器（如ORACLE Pro*C）的使用有一定的了解。l 指导教师职责： 在实验期间解答学生提出的相关理论问题。 DBA职责： 准备实验环境，并向学生作相关演示、讲解。 【实验4.2】数据库设计与前端开发工具 l 目的与要求： 通过实验，让学生建立起数据库应用系统的完整概念，并对基于客户服务器计算的数据库应用系统有一个感性认识；让学生认识到使用带过程化扩充功能的SQL和集成化前端开发工具可构造一个将数据管理和数据处理集成的，屏幕表格、图形和报表集成的前端应用；通过实验，学生应了解数据库设计CASE工具和集成化前端开发工具可有效支持数据库的设计和前端应用的开发。l 指导教师职责： 在实验期间解答学生提出的相关理论问题。 l DBA职责： 准备实验环境，并向学生作相关演示、讲解。 单元5：数据库管理与DBA相关知识单元提示：l 数据库管理与数据库管理员：数据库建立、监控和维护，DBA职责与日常工作； l 数据库安全性控制：存取控制，用户与用户鉴别，特权（Privilege）与角色（Role），审计，授权与收回，SQL数据控制语言（DCL），安全性模式； l 数据库备份与恢复：数据库故障与失效，数据库恢复，后备（Backup）与日志（Log）,检查点（Checkpoint），备份策略与恢复策略。 【实验5.1】数据库安全性控制 l 目的与要求： 通过实验，让学生对数据库管理的内容、DBA职责及重要性有更深的理解；通过实验，让学生对DBA的重要日常工作数据库安全性控制的必要性、机制、手段有一定的感性认识，并初步掌握使用SQL DCL建立数据库安全性模式的方法。l 指导教师职责： 在实验期间解答学生提出的相关理论问题。 l DBA职责： 准备实验环境，并向学生作相关演示、讲解。 【实验5.2】数据库备份与恢复 l 目的与要求： 通过实验，让学生对数据库管理的内容、DBA职责及重要性有更深的理解；通过实验，让学生对DBA的重要日常工作数据库备份与恢复的必要性、机制、手段有一定的感性认识。l 指导教师职责： 在实验期间解答学生提出的相关理论问题。 l DBA职责： 准备实验环境，并向学生作相关演示、讲解。三、开放实验单元6：学生自定的实验，但必须在课程教学内容范围内。 学生可根据自身的兴趣或特长自行确定具有足够难度和工作量的实验题目和实验方案，并在“没有实验教师指导”的情况下独立完成实验（同学间可以合作）。第四章 实验教学平台PODExpt使用说明一、平台简介1、关于本平台名称：PODExpt开发工具：Delphi6最新版本：1.01。2、环境配置 本平台理想的支撑环境是： l 局域网（如Novell NetWare、Microsoft Windows NT Advanced Server等）；l 操作系统（Windows2000系列）；l 支持ANSI/ISO SQL2及SQL:1999（SQL3）标准的SQL RDBMS（如：Oracle、IBM UDB DB2/Informix Dynamic Server、Microsoft SQL Server 2000、Sybase Adaptive Server Enterprise、MySQL的较新版本等），并配置必要SQL交互接口，嵌入式SQL及预编译器，ER/UML CASE工具和前端工具等。 l 实习计算机（PIII800以上，内存128M以上，硬盘10G以上）二、平台资源1、SQL用户接口PODExpt实验平台选用Sybase数据库后台RDBMS工具，目前版本是12.x。Sybase主要有三种版本，一是UNIX操作系统下运行的版本，二是NovellNetware环境下运行的版本，三是Windows2000环境下运行的版本。Sybase数据库的特点主要有：（1）它是基于客户/服务器体系结构的数据库 一般的关系数据库都是基于主/从式的模型的。在主/从式的结构中，所有的应用都运行在一台机器上。用户只是通过终端发命令或简单地查看应用运行的结果。 而在客户/服务器结构中，应用被分在了多台机器上运行。一台机器是另一个系统的客户，或是另外一些机器的服务器。这些机器通过局域网或广域网联接起来。 客户/服务器模型的好处是： 它支持共享资源且在多台设备间平衡负载 允许容纳多个主机的环境，充分利用了企业已有的各种系统 （2）它是真正开放的数据库 由于采用了客户/服务器结构，应用被分在了多台机器上运行。更进一步，运行在客户端的应用不必是Sybase公司的产品。对于一般的关系数据库，为了让其它语言编写的应用能够访问数据库，提供了预编译。Sybase数据库，不只是简单地提供了预编译，而且公开了应用程序接口DB-LIB，鼓励第三方编写DB-LIB接口。由于开放的客户DB-LIB允许在不同的平台使用完全相同的调用，因而使得访问DB-LIB的应用程序很容易从一个平台向另一个平台移植。 （3）它是一种高性能的数据库 Sybase真正吸引人的地方还是它的高性能。体现在以下几方面： 可编程数据库 通过提供存储过程，创建了一个可编程数据库。存储过程允许用户编写自己的数据库子例程。这些子例程是经过预编译的，因此不必为每次调用都进行编译、优化、生成查询规划，因而查询速度要快得多。 事件驱动的触发器 触发器是一种特殊的存储过程。通过触发器可以启动另一个存储过程，从而确保数据库的完整性。 多线索化 Sybase数据库的体系结构的另一个创新之处就是多线索化。一般的数据库都依靠操作系统来管理与数据库的连接。当有多个用户连接时，系统的性能会大幅度下降。Sybase数据库不让操作系统来管理进程，把与数据库的连接当作自己的一部分来管理。此外，Sybase的数据库引擎还代替操作系统来管理一部分硬件资源，如端口、内存、硬盘，绕过了操作系统这一环节，提高了性能。 Sybase数据库主要由三部分组成： (1)进行数据库管理和维护的一个联机的关系数据库管理系统SybaseSQLServer； SybaseSQLServer是个可编程的数据库管理系统，它是整个Sybase产品的核心软件，起着数据管理、高速缓冲管理、事务管理的作用。 (2)支持数据库应用系统的建立与开发的一组前端工具SybaseSQLToolset； ISQL是与SQLServer进行交互的一种SQL句法分析器。ISQL接收用户发出的SQL语言，将其发送给SQLServer，并将结果以形式化的方式显示在用户的标准输出上。 DWB是数据工作台，是SybaseSQLToolset的一个主要组成部分，它的作用在于使用户能够设置和管理SQLServer上的数据库，并且为用户提供一种对数据库的信息执行添加、更新和检索等操作的简便方法。在DWB中能完成ISQL的所有功能，且由于DWB是基于窗口和菜单的，因此操作比ISQL简单，是一种方便实用的数据库管理工具。 APT是Sybase客户软件部分的主要产品之一，也是从事实际应用开发的主要环境。APT工作台是用于建立应用程序的工具集，可以创建从非常简单到非常复杂的应用程序，它主要用于开发基于表格（form）的应用。其用户界面采用窗口和菜单驱动方式，通过一系列的选择完成表格（form）、菜单和处理的开发。 (3)可把异构环境下其它厂商的应用软件和任何类型的数据连接在一起的接口SybaseOpenClient/OpenServer。 通过OpenClient的DB-LIB库，应用程序可以访问SQLServer。而通过OpenServer的SERVER-LIB，应用程序可以访问其它的数据库管理系统。isql客户应用是基于字符的最基本的访问SQL Server数据库服务器的实用程序它能够实现与服务器的连接，向服务器发送T-SQL命令，并在屏幕上显示返回的结果和信息还可利用操作系统的正文编辑器来编辑命令行另外isql还允许接受输入文件，然后以批方式执行其中的T-SQL命令2、DBA工具PODExpt实验平台选用Desktop DBA做为后台DBA工具。Desktop DBA是美国Datura公司于1991年推出的，基于MSWindows环境的多服务器数据库管理员工具。它有良好的图形界面，简单的选单方式代替复杂的SQL管理命令来管理数据库，从而极大地方便了数据库管理员的工作。 Desktop DBA提供了强有力的功能管理SQL服务器。它可以： 1. 同时管理多个服务器，同时监测多个服务器的信息。能同时操作的服务器的个数由Desktop DBA产品的licences的个数而定。 2. 在多个或单个服务器中，可以复制数据库，数据库对象，用户帐号等。Desktop DBA的复制功能，使用简单，功能强大，例如，对数据库的复制即可以复制整个数据库的所有信息，也可以有选择地复制数据库的部分信息。 3. 可使用模板（可选）方式来创建数据库对象和用户帐号。 4. 直接编辑存贮过程（stored procedure），索引（Index），规则（rule）和缺省（default）。而无需先删除，再重建。直接修改规则和缺省，而无需先与数据库表分离。 5. Desktop DBA还可以在一个窗口内同时执行多个相关任务。可以查询相关数据库，用户或对象的细节。 6. 编写SQL文本并可存入文本文件，当需要时可调出执行。还可以将SQL文本挂在菜单上，选择菜单后即可执行。 7. Desktop DBA可以用数字和图形形象地表示出数据库及数据库设备，表（table），索引（Index）的空间占用情况。 8. 支持SQL Server system 的所有新功能。 3、ER-CASE工具 PODExpt实验平台选用PowerDesign做为后台CASE开发工具。PowerDesign是Sybase公司开发的数据库建模工具，其最新版本是10.x。l PowerDesigner的模块组成 PowerDesigner作为图形化的数据库模型设计工具软件，其集成特性灵活，采取模块化设计，共由以下六个模块组成: 1、ProcessAnalyst：用于系统的需求分析，可用于设计和构造数据流图（DFD）和数据字典。它支持多种处理建模方法，用户可以选择适合自己应用环境的建模方法来描述系统的数据及对数据的处理。 2、DataArchitect：用于对概念层和物理层的交互式数据库设计和构造。使用DataArchitect可以很方便地设计数据库的概念模型并对该DBMS自动生成物理模型。该模块还提供高质量的文档生成能力和逆向工程能力，可从现有的数据库中得到其物理模型和概念模型，并生成相应文档。 3、AppModeler：应用建模工具，用于物理建模和应用对象及数据组件的生成。 4、MetaWorks：用于团队开发、信息共享和模型管理。 5、WarehouseArchitect：用于数据仓库和数据集的建模和实现。 6、Viewer：用于以只读的、图形化方式访问整个企业的模型信息。 在本课程的学习中，只需要同学们掌握ProcessAnalyst模块和DataArchitect模块的应用，对其余模块只做简单的了解。 l PowerDesigner的模型和对象特性PowerDesigner 6.0的模型共有四种： 1、PAM：由ProcessAnalyst模块生成的处理分析模型。 2、CDM：由DataArchitect模块生成的概念模型。 3、PDM：由DataArchitect模块生成的物理模型。 4、WAM：由WarehouseArchitect模块生成的数据仓库模型。 PowerDesigner是将一个大型应用程序分成若干项目，每个项目可以包括模型，每个模型还可以包括若干个子模型。l ProcessAnalyst概述ProcessAnalyst是在数据库系统设计的需求分析阶段中，用于设计信息系统处理分析模型PAM的模块。PAM的主要组成部分是数据流图（描述信息系统中所用到的基本数据及其处理分析过程）。需求分析的目标主要包括： 1、对要处理的对象进行详细的调查，了解用户对数据库的信息要求、处理要求和安全性完整性要求。 2、收集支持系统目标的数据并处理。 3、对新系统各种方案和设想进行研究、分析和比较，选择优化的处理模型。在设计新系统的处理模型主要包括：数据流图、数据字典和处理逻辑表达工具等。本实验课程要求熟练使用PowerDesigner设计数据流图。数据流图是系统处理模型的主要组成部分，它只在模型上精确描述系统中数据和处理的关系，并详细描述系统的功能、输入、输出、数据存储等。而数据字典则是对数据的详细描述，是各类数据属性的清单。 结构化系统分析和设计技术是构造数据流图的理论基础，它是一种功能和数据的分析、分解的技术。结构化系统分析和设计技术的中心问题是：将功能逐层分解为多个子功能，并在分解的同时进行相应的数据分析和分解。 系统功能的分解及其分解细化程度取决于对系统功能的理解，因此对系统功能的理解程度不同可以导致功能分解的结果不同。要注意在功能分解的同时伴随相应数据的分析和分解。 数据流程图的设计采取自上而下的方法，首先将整个系统作为一个功能绘制顶层图，然后逐级细化，分解为多层次的数据流图。 顶层图可以采取固定的模式： l ProcessAnlyst的基本功能 通过建立处理分析模型PAM帮助系统分析人员收集数据、编写数据字典，并绘制数据流图。具体还包含以下几个方面： （1）建立功能模型（OMT）和数据流图； （2）建立层次型的处理模型； （3）定制和打印模型文档； （4）从概念数据模型（CDM）中引入数据项； （5）应用OLE技术链接和嵌入其他应用中的对象。l 处理分析模型（PAM）简介 PAM是对系统进行功能分析的处理分析模型。它定义了各系统元素（包括数据和处理过程）的静态组成，以简洁的符号表示系统各元素之间的动态联系，并描述系统对数据的