《数据库原理》课件1教案

清华大学出版社《数据库实用教程》（第四版）作者2020.082/2数据库实用教程（第四版）配套资源教学目标与要求目标1.理解数据库系统结构，掌握数据库技术的基本概念和理论知识、了解数据库技术的发展趋势，具备理解及描述数据库领域复杂工程问题的能力。要求：了解数据管理技术发展阶段，掌握数据库阶段的特点、理解数据库技术的术语。重点难点重点：数据管理技术发展的三个阶段、数据库阶段特点；难点：数据库系统的结构。教学内容及安排导入：20分钟《数据库原理》课程的特点；课程教学目标；课堂教学（64学时)内容及安排；实验内容和安排（32实验学时）；考核方式、实验验收、课堂研讨要求。讲授第一章数据库发展史：数据管理技术的发展10分钟人工管理阶段数据管理的特点文件系统阶段数据管理的特点、三个缺陷倒排文件系统阶段优点和缺点数据库技术的产生和发展数据库阶段的标志10分钟20世纪60年代的三件大事三、数据库系统阶段的特点20分钟1.数据管理的特点2.数据库技术的术语四、数据库技术的发展10分钟分布式数据库系统面向对象数据库技术各种新型的数据库技术五、数据库应用系统体系结构的发展10分钟六、数据库技术的新特征和发展趋势10分钟教学方式课堂讲授、问题驱动、启发思维课后学习任务布置习题1：P.1247主要参考资料1.精读教材P.3～P.112.查阅相关参考资料第一章数据库发展史（建议2学时）教案第二章数据库系统结构（建议2学时）教案教学目标与要求目标1.理解数据库系统结构，掌握数据库技术的基本概念和理论知识、了解数据库技术的发展趋势，具备理解及描述数据库领域复杂工程问题的能力。要求：掌握数据库系统结构的特点、数据模型的概念和三种主要的数据模型；重点难点重点：数据描述、数据模型、数据库系统结构、DBMS的组成、DBS的组成及全局结构；难点：结构数据模型、三级模式结构，两级数据独立性。教学内容及安排§1数据描述15分钟一、信息的三个领域二、数据联系的描述§2数据模型一、数据模型的概念45分钟1.概念数据模型实体联系模型(ER模型)2.逻辑数据模型面向数据库逻辑结构的模型二、数据联系的描述10分钟§3数据库的体系结构10分钟三级模式结构三级结构与两级映像两级数据独立性§4数据库管理系统（DBMS）10分钟DBMS的工作模式DBMS的主要功能DBMS的模块组成数据库管理员DBA教学方式课堂讲授、师生互动、启发思维课后学习任务布置习题2：P.3536、8、9主要参考资料1.精读教材P.17～P.322.查阅相关参考资料第三章关系运算（建议8～10学时）教案教学目标与要求目标2.掌握关系代数、关系演算、SQL语言及其应用，遵循数据库规范化设计的方法和步骤、运用专业知识综合分析计算机复杂工程问题，具备跟踪最新技术进行数据库设计与开发的能力，在设计与开发环节中体现创新意识。要求：掌握关系模型的基本概念，能够使用关系代数、关系演算表达数据操纵要求；重点难点重点：关系数据模型、关系运算、关系表达式的优化问题。难点：三种完整性规则、关系代数中的除法、关系代数表达式教学内容及安排§1关系数据模型的基本概念45分钟一、基本术语二、数学定义三、关系的性质四、关键码五、关系模型的三类完整性规则便于理解，结合概念的讲解，借助板书举例实例模型。如：假设学生数据库中的关系模式如下：S（SNO,SNAME,AGE,SEX,SDEPT）C（CNO,CNAME,CDEPT,TNAME）SC（SNO,CNO,GRADE）§2关系运算一、关系数据语言45分钟二、关系代数的基本运算1.并（union）∪2.差(differedce)―3.笛卡儿积（cartesianproduct）×4.投影（projection）π5.选择(selection)σ建议借助板书举例三、关系代数的组合操作45分钟⋈i⋈iθj2.联接(join)3.自然联接(naturaljoin)特殊的等值连接⋈4.除(division)÷建议借助板书举例四、重要内容分析45分钟 1．关系代数表达式的运用技巧（1）一般规则·对于只涉及到选择、投影、联接的查询可用下列表达式表示： π…（σ…（R×S）） 或者π…（σ…（R⋈S））·对于否定的操作，一般要用差操作表示，例如“检索不学C2课的学生姓名”。·对于检索具有“全部”特征的操作，一般要用除法操作表示，例如“检索学习全部课程的学生姓名”。（2）“检索不学C2课的学生姓名”，不能用下式表示： πSNAME，AGE（σCNO≠'C2'（S⋈SC））要用“差”的形式：πSNAME，AGE（S）－πSNAME，AGE（σCNO='C2'（S⋈SC））（3）“检索学习全部课程的学生学号”，要用πSNO，CNO（SC）÷πCNO（C）表示，不能写成 πSNO（SC÷πCNO（C））形式，请思考原因。（4）自学教材P.51【例3.12】中的（1）～（8）查询语句的关系代数表达式，这是基础。 2．非过程性语言与过程性语言的区别编程时必须指出“干什么”及“怎么干”的语言，称为过程性语言；编程时只须指出“干什么”，不必指出“怎么干”的语言，称为非过程性语言。两种语言的主要区别见图2.1。过程性语言非过程性语言编程时，必须指出“怎么干”编程时，不必指出“怎么干”由用户进行数据导航由系统进行数据导航单记录处理方式集合处理方式属于3GL范畴属于4GL范畴C语言，层次、网状DML等关系DML，软件开发工具等图2.1五、关系代数表达式及其应用实例45分钟举例假设学生数据库中的关系模式如下：S（SNO,SNAME,AGE,SEX,SDEPT）C（CNO,CNAME,CDEPT,TNAME）SC（SNO,CNO,GRADE）试用关系代数表达式表示每个查询语句。.检索计算机系的全体学生的学号、姓名和性别。2.检索学习课程号为C2的学生的学号和姓名。3.检索选修课程名为“数据结构”的学生的学号和姓名。4.检索选修课程号为C2或C4的学生的学号。5.检索至少选修课程号为C2和C4的学生的学号。6.检索没有选修C2课程的学生的姓名和年龄。7.检索选修了全部课程的学生的姓名和所在系。8.检索选修课程包含学生S2所选的全部课程的学生的学号。建议借助板书循序渐进表达和书写上述查询语句六、扩充的关系代数操作15分钟1.外联接（outerjoin）2.外部并（outerunion）3.半联接（semijoin）⋉§3关系演算 一、元组关系演算45分钟建议借助板书用关系演算表达式讲解上页五的实例二、域关系演算30分钟三、关系运算的安全性和等价性§4查询优化45分钟1.优化问题2.等价变换规则3.优化的一般策略4.优化算法教学方式课堂讲授、实例教学、启发思维课后学习任务布置习题3：P.67615主要参考资料1.精读教材P.40～P.66第四章结构化查询语言（建议8学时）教案教学目标与要求目标2.掌握关系代数、关系演算、SQL语言及其应用，遵循数据库规范化设计的方法和步骤、运用专业知识综合分析计算机复杂工程问题，具备跟踪最新技术进行数据库设计与开发的能力，在设计与开发环节中体现创新意识。要求：全面掌握SQL的功能，并能熟练使用SQL定义、操纵和控制数据库。重点难点重点：SQL的数据查询、嵌入式SQL难点：全称量词式查询的表示、复杂查询的构造、游标的使用教学内容及安排§1SQL概貌及特点45分钟一、SQL数据库的体系结构二、SQL的组成三、SQL的主要特点§2SQL的数据定义45分钟一、SQL模式的创建和撤消二、基本表的创建、修改和撤消§3SQL的数据查询45分钟一、SELECT语句的来历二、SELECT语句格式：三、聚合函数45分钟四、联接操作五、内容分析SELECT语句是SQL的核心内容，对于该语句学生应掌握下列内容。1．SELECT语句的来历在关系代数中最常用的式子是下列表达式：πA1,…,An(σF(R1×…×Rm))这里R1、…、Rm为关系，F是公式，A1、…、An为属性。 针对上述表达式，SQL为此设计了SELECT—FROM—WHERE句型： SELECTA1，…，An FROMR1，…，Rm WHEREF这个句型是从关系代数表达式演变来的，但WHERE子句中的条件表达式F要比关系代数中公式更灵活。2．SELECT语句中出现的基本表名，应理解为基本表中的元组变量，而列名应理解为元组分量。3．SELECT语句的语义有三种情况，下面以学生表S（SNO，SNAME，AGE，SEX）为例说明。第一种情况：SELECT语句中未使用分组子句，也未使用聚合操作，那么SELECT子句的语义是对查询的结果执行投影操作。譬如： SELECTSNO，SNAME FROMS WHERESEX='M'；第二种情况：SELECT语句中未使用分组子句，但在SELECT子句中使用了聚合操作，此时SELECT子句的语义是对查询结果执行聚合操作。譬如： SELECTCOUNT（*），AVG（AGE） FROMS WHERESEX='M'；该语句是求男同学的人数和平均年龄。第三种情况：SELECT语句使用了分组子句和聚合操作（有分组子句时必有聚合操作），此时SELECT子句的语义是对查询结果的每一分组去做聚合操作。譬如： SELECTAGE，COUNT（*） FROMS WHERESEX='M'GROUPBYAGE；该语句是求男同学每一年龄的人数。4．SELECT语句中使用分组子句的先决条件是要有聚合操作。但执行聚合操作不一定要用分组子句。譬如求男同学的人数，此时聚合值只有一个，因此不必分组。但同一个聚合操作的值有多个时，必须使用分组子句。譬如求每一年龄的学生人数。此时聚合值有多个，与年龄有关，因此必须分组。六、可借助板书综合举例（如：用SQL语句表达上一章P.5五的实例问题）45分钟§4SQL的数据更新45分钟一、数据插入二、数据删除三、数据修改§5视图操作45分钟一、

视图的创建

二、视图的撤消三、视图的查询四、视图的更新操作§6嵌入式SQL的使用技术45分钟一、嵌入式SQL使用时必须解决的问题二、与游标有关的语句：三、嵌入式SQL的使用技术四、动态SQL语句教学方式课堂讲授、案例教学、启发思维课后学习任务布置习题4：P.1012、6、7、92.上机或上机准备:1.实验一………P.2982.实验二………P.3003.实验三（可自选开发环境）…P.3644.实验四………P.365主要参考资料1.教材P.69P.100P.250P.297P.314P.3552.查阅相关参考资料第五章规范化设计（建议8学时）教案教学目标与要求目标2.掌握关系代数、关系演算、SQL语言及其应用，遵循数据库规范化设计的方法和步骤、运用专业知识综合分析计算机复杂工程问题，具备跟踪最新技术进行数据库设计与开发的能力，在设计与开发环节中体现创新意识。要求：掌握数据依赖、规范化和分解等价性等具备概念，正确使用3NF、BCNF分解算法。重点难点重点：函数依赖、FD推理规则、属性集的闭包、关系模式的分解特征、规范化难点：范式定义及性质、模式的分解、多值依赖教学内容及安排§1关系模式的设计问题45分钟一、关系模式的一般形式:关系模式的存储异常问题§2函数依赖45分钟一、函数依赖定义二、完全函数依赖三、部分函数依赖四、传递函数依赖五、函数依赖和关键码的联系§3关系模式的范式45分钟一、第一范式（1NF）二、第二范式（2NF）三、第三范式（3NF）四、BCNF模式§4数据依赖的公理系统45+25分钟一、函数依赖FD的逻辑蕴涵二、FD推理规则（Armstrong公理）三、属性集的闭包四、属性集X的闭包的计算方法五、函数依赖集的等价和最小依赖集§5关系模式的分解45+20分钟一、模式分解问题二、无损联接分解三、无损联接的测试四、保持函数依赖的分解§6模式分解的方法45分钟§7多值依赖和第四范式45分钟数据依赖的公理系统关系模式的分解特性模式的进一步规范化课后学习任务布置习题5：P.1262～5、7、8、14～18主要参考资料精读教材P.107P.125查阅相关参考资料第六章实体联系模型（建议2学时）教案教学目的与要求目的：实体联系模型（ER模型）是广泛被采用的概念模型设计方法ER模型是人们认识客观世界的一种工具。数据库设计者的任务要把现实世界中的数据以及数据间的联系抽象出来，充分反映用户需求。要求：掌握实体联系模型的基本概念，充分理解ER模型设计方法，具备针对特定应用设计ER模型的能力重点难点重点：实体、联系、属性的分类、ER模型的扩充、ER模型的设计难点：ER模型的设计、ER模型的扩充教学内容及安排§1实体与属性的基本概念10分钟§2实体和联系的设计和实现10分钟§3扩展的实体联系模型的表示方法15分钟§4实例分析10分钟教学方式课堂讲授、案例教学、启发思维课后学习任务布置习题6：P.1402、4、6主要参考资料精读:教材P.129139第七章数据库设计（建议4学时）教案教学目的与要求目的：对于给定的软、硬件环境，针对现实问题，依据关系规范化理论，设计一个较优的数据模型，建立DB结构和DB应用系统。要求：掌握数据库设计的基本概念、定义和方法重点难点重点：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计难点：关系规范化理论在数据库设计中的应用教学内容及安排§1数据库设计概述45分钟一、软件工程与软件生存期二、数据库工程与数据库生存期三、数据库设计的输人和输出§2数据库设计的步骤45+25分钟规划需求分析概念设计逻辑设计物理设计数据库的实现数据库的运行与维护§3实例分析45+20分钟本章重要概念（1）DBS生存期及其7个阶段的任务和工作，DBD过程的输入和输出。（2）需求分析的步骤、数据流图，数据字典的内容和作用。（3）概念设计的重要性、主要步骤。逻辑设计阶段的主要步骤。（4）ER模型的基本元素，属性的分类，联系的元数、连通词、基数,采用ER方法的概念设计步骤。（5）ER模型到关系模型的转换规则。采用ER方法的逻辑设计步骤。（6）ER模型的扩充：弱实体，超类和子类。（7）规范化理论对数据库设计的指导意义。教学方式课堂讲授、案例教学、启发思维课后学习任务布置习题7：P.17112、15、21主要参考资料精读教材：P.143-170第八章数据库管理（建议8学时）教案教学目的与要求目的：数据库的管理通过恢复、并发控制、完整性和安全性四个方面实现，并保证事务的ACID性质不被破坏。要求：掌握SQL对恢复、并发、完整性、安全性四个方面提供的支持和应用实例，具备有效运用系统提供的数据库管理方法和保护功能的能力。重点难点重点:检查点技术，并发操作、封锁带来的若干问题，并发调度的可串行化，SQL中完整性约束的实现，安全性中的授权语句难点：可恢复性、可串行化、检查点技术、SQL中的完整性约束、SQL3中的触发器教学内容及安排§1事务的概念15分钟一、事务的定义二、事务的ACID性质三、事务的状态变迁§2数据库的恢复一、故障分类二、数据库恢复技术45分钟1.数据转储2.登记日志文件三、恢复策略1．事务故障的恢复2．系统故障的恢复3．介质故障的恢复四、检测点机制30分钟1.检查点方法2.检查点恢复步骤板书举例五、运行记录（日志记录）优先原则§3数据库的并发控制45分钟一、并发操作带来的三个问题1.丢失更新2.不一致分析3.读“脏”数据二、并发调度的可串行化1.概念2．可串行化调度定义:三、封锁1.封锁类型2.封锁粒度3.封锁协议§4数据库的完整性45分钟一、完整性子系统的主要功能：二、完整性规则的组成与分类三、SQL中的完整性约束45分钟1.域完整性规则2.基本表约束3.断言四、SQL3的触发器（主动规则）45分钟1．触发器结构2．SQL3的触发器实例五、SQLServer的数据库完整性及实现方法45分钟1.SQLServer的数据完整性的种类2.SQLServer数据完整性的两种方式3.SQLServer实现数据完整性的具体方法§5数据库的安全性45分钟一、计算机系统安全模型二、二、SQL中的安全性机制三、数据加密法教学方式课堂讲授、案例教学、启发思维课后学习任务布置习题8：P.1953、5～9、15～18、19～20主要参考资料精读：教材P.173～194查阅相关资料第九章分布式数据库系统（建议2学时）教案教学目的与要求了解DDB、DDBS、DDBMS的定义、DDBS的特点和分类，掌握DDB的模式结构。重点难点重点：DDB的模式结构，分布式查询处理难点：分布式查询处理教学内容及安排§1DDBS概述45分钟一、集中式系统与分布式系统二、分布式数据库系统(DDBS)的定义三、DDBS的基本特点四、DDBS的其他特点：五、DDBS的优缺点六、DDBS的分类§2分布式数据存储数据分片数据分配§3DDB的模式结构45分钟§4DDBMS的功能及组成§5分布式查询处理课后学习任务布置1.自学分布式查询处理2.习题9：P.21510～12主要参考资料精读：教材P.199～215查阅相关资料第十章对象关系数据库（建议4学时）教案教学目的与要求目的：了解数据库技术的发展趋势，具备理解及描述数据库领域复杂工程问题的能力要求：掌握基本概念、定义和方法；根据用户的需求,设计对象联系图；根据已知的对象联系图,用ORDB定义语言设计数据库；