《数据库原理》课件

数据库原理数据库是现代信息系统的重要组成部分。本课程将深入探讨数据库原理，包括数据模型、数据库设计、数据库管理系统等内容。课程目标掌握数据库原理了解数据库的基本概念、数据模型、关系数据库理论、SQL语言、事务处理、安全性等学习数据库系统掌握常用的数据库系统，例如MySQL、Oracle、PostgreSQL等应用数据库技术能够将数据库原理应用到实际项目中，设计、开发、管理数据库系统什么是数据库数据库是存储、管理和访问数据的组织化集合，它以结构化的方式存储信息，方便用户高效地检索和使用数据。数据库可以是简单的文本文件、电子表格，也可以是复杂的数据库管理系统（DBMS），它们提供数据管理、安全控制、数据完整性等功能。数据库的基本概念数据数据是指描述现实世界中事物的符号，是数据库系统处理的基本对象。数据库数据库是存储、管理和访问大量数据的系统，以满足各种应用的需求。数据库管理系统（DBMS）DBMS是用于创建、维护、访问和管理数据库的软件，提供了数据存储、查询、更新、安全控制等功能。数据库系统数据库系统由数据库、DBMS、应用程序和用户组成，是一个完整的数据库管理环境。数据库系统的组成数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统是一个软件，负责创建、维护、管理和使用数据库。DBMS提供数据存储、检索、更新、安全和完整性等功能。数据库数据库是存储和管理数据的集合，包含各种信息和数据。例如，学生信息数据库包含学生姓名、学号、专业等信息。应用程序应用程序使用DBMS访问和操作数据库数据，例如查询、更新、删除数据。应用程序可以是网站、移动应用或桌面软件，它们都需要与数据库交互。用户用户是与数据库系统交互的最终用户，通过应用程序使用数据库数据。用户可以是学生、老师、管理员等，他们通过不同的应用程序访问数据库。数据模型11.概念模型描述现实世界中用户对数据的理解，用E-R图表示。22.逻辑模型描述数据在计算机中的组织方式，用关系模型、层次模型、网状模型等表示。33.物理模型描述数据在存储介质上的具体存储方式，用数据库管理系统定义语言(DDL)定义。关系数据模型基础1关系模型关系模型是目前应用最广泛的数据库模型，其核心是将数据组织成二维表格。2元组表格的每一行称为元组，表示一个数据实体的属性值集合。3属性表格的每一列称为属性，表示数据实体的某个特征。关系数据模型基本操作关系数据模型提供了一组基本操作，用于对关系数据库中的数据进行操作，包括数据插入、删除、修改和查询。1数据插入将新数据添加到数据表中2数据删除从数据表中移除数据3数据修改更新数据表中已有数据4数据查询检索数据表中的数据这些操作是关系数据库管理系统(RDBMS)的核心，允许用户对数据进行管理和分析。关系代数关系代数操作符关系代数定义一组操作符，用于操作关系表。选择操作选择操作用于从关系表中选择满足特定条件的元组。投影操作投影操作用于从关系表中选择指定的属性列。并集操作并集操作用于将两个关系表中的所有元组组合成一个新表。SQL语言结构化查询语言SQL是一种专门设计用于管理关系型数据库的标准化语言，是数据操作语言（DML）和数据定义语言（DDL）的结合。数据库管理工具SQL提供了一套强大的功能，用于创建、查询、更新和删除数据库中的数据，并管理数据库结构和权限。数据交互通过SQL语句，用户可以与数据库系统进行交互，执行各种操作，如检索数据、插入新数据、修改现有数据和删除数据。SQL语句分类数据查询语句从数据库中提取数据。数据插入语句将新数据添加到数据库中。数据更新语句修改数据库中已存在的数据。数据删除语句从数据库中删除数据。SELECT语句基本语法SELECT子句指定要查询的列，可以是单个列或多个列，用逗号分隔。FROM子句指定要查询的数据源，可以是表、视图或其他查询结果。WHERE子句用于筛选符合条件的行，可以包含比较运算符、逻辑运算符和通配符。ORDERBY子句对查询结果进行排序，可以指定多个排序列，默认升序，可以使用DESC关键字进行降序排序。LIMIT子句限制查询结果的条数，例如LIMIT10表示只返回前10条记录。WHERE条件过滤1条件表达式使用比较运算符或逻辑运算符构建表达式2数据筛选根据表达式结果选择满足条件的数据3语法格式WHERE条件表达式WHERE条件用于从数据表中选择符合特定条件的行。您可以使用比较运算符（例如，=、<、>）和逻辑运算符（例如，AND、OR）来构建条件表达式，筛选出满足特定条件的数据。例如，SELECT*FROMCustomersWHERECountry='Germany';聚合函数统计数据聚合函数对数据集进行操作，生成单个值。常见函数常用的聚合函数包括COUNT、SUM、AVG、MAX、MIN等。应用场景聚合函数可用于统计数据分析、汇总信息。连接查询1自然连接基于两个表中相同列名的属性值进行连接2等值连接使用WHERE子句指定连接条件3非等值连接使用WHERE子句指定非等值连接条件4外连接保留左表或右表所有元组，即使匹配不到对应元组连接查询是数据库操作中的一种重要方式，用于将两个或多个表中的数据关联起来。通过连接查询，可以获取多个表中的相关信息，实现更复杂的查询操作。子查询1定义子查询是嵌套在另一个查询语句中的查询语句，用于获取所需数据，然后将结果传递给外部查询处理。2类型常见的子查询类型包括：标量子查询、列子查询、行子查询和相关子查询。3用途子查询常用于筛选数据、比较值、生成动态条件，以及获取相关信息等，提高查询效率。视图定义视图是一种虚拟表，它基于基表或其他视图定义。视图不存储实际数据，而是基于查询结果呈现数据。优点简化数据访问，增强数据安全性，提高数据一致性。视图提供了一种安全的机制，允许用户访问部分数据。存储过程11.预编译代码块存储过程是预编译的SQL语句和过程，存储在数据库中，可供应用程序调用。22.代码复用存储过程可以提高代码复用率，减少重复代码编写，简化应用程序开发。33.提高性能存储过程在执行时只需解析一次，减少了数据库的解析开销，提高查询速度。44.增强安全性存储过程可以限制用户对数据库的直接访问，提高数据库安全性。事务处理概念事务是数据库管理系统执行的一系列操作。事务处理用于维护数据库的完整性，确保数据一致性和可靠性。特性原子性一致性隔离性持久性应用场景事务处理应用于广泛的场景，例如银行转账、在线购物和航空订票，以确保数据的准确性和可靠性。并发控制1数据一致性多个用户同时访问数据库时，确保数据一致性，防止数据冲突。2并发访问允许多个用户同时访问数据库，提高系统性能。3事务隔离隔离级别确保不同事务之间相互独立，不受影响。4锁机制使用锁来控制对数据资源的访问，保证数据的一致性和完整性。锁机制排他锁阻止其他事务访问被锁定的数据，确保数据一致性。共享锁允许多个事务同时读取数据，但不允许修改。锁粒度锁定的数据范围，可控制并发性，减少锁冲突。数据库安全性授权控制用户只能访问其授权的数据库对象。密码保护密码验证确保仅授权用户可访问数据库。审计跟踪记录数据库操作以检测异常活动。数据加密加密敏感数据以保护其机密性。数据库完整性数据一致性确保数据准确可靠，避免错误或不一致信息。数据完整性约束通过规则限制数据的录入和修改，保证数据符合预定要求。数据完整性类型包括实体完整性、参照完整性和域完整性等。数据完整性维护通过数据库管理系统（DBMS）和应用系统进行数据完整性控制。数据库优化原则索引提高查询效率，减少磁盘I/O操作次数。数据规范化减少数据冗余，提高数据一致性。查询优化选择最佳执行计划，提高查询速度。缓存存储常用数据，减少数据库访问次数。索引及其类型11.简介索引是数据库中用于加快数据查找速度的一种数据结构。22.类型常见类型包括B树、B+树、哈希索引等。33.应用场景根据不同的需求和数据特点选择合适的索引类型。44.优缺点索引可提高查询速度，但也会增加写入操作的成本。B树和B+树索引B树结构B树是一种平衡的多叉树，用于磁盘存储和索引，每个节点有多个子节点，减少磁盘访问次数。B+树结构B+树是B树的变体，非叶子节点不存储数据，只存储索引，叶子节点包含所有数据和索引，提高数据检索效率。数据库备份与恢复备份定期创建数据库副本，以防数据丢失。恢复使用备份副本还原数据到数据库。备份类型完整备份增量备份差异备份恢复策略选择合适的恢复策略，根据需求选择恢复到特定时间点。数据库管理员职责数据库管理负责数据库的日常维护，包括备份、恢复、性能调优等。确保数据库的正常运行和数据的安全可靠。数据安全制定和实施数据安全策略，防止数据泄露、丢失和损坏，保证数据库系统的安全性和稳定性。用户管理管理数据库用户权限，控制用户对数据库的访问权限，确保数据的机密性和完整性。性能优化分析数据库性能，找出性能瓶颈，并实施相应的优化措施，提高数据库的运行效率。案例分析与讨论通过真实的案例分析和讨论，深入理解数据库原理的应用场景和解决问题的能力。案例分析可以帮助学生更好地掌握数据库知识，培养解决实际问题的能力。讨论环节