《数据库基础》课件

数据库基础本课程介绍数据库基础知识。涵盖关系型数据库、SQL语言、数据库设计等内容。数据库概述数据库是存储和管理数据的系统。它提供了一种组织和访问数据的结构化方法。数据库广泛应用于各个领域，例如电子商务、金融、医疗保健和科学研究。数据库系统的组成数据库管理系统(DBMS)DBMS是数据库系统的核心，负责管理和维护数据库，提供数据访问和操作接口，例如SQL语言。DBMS帮助用户创建、维护、查询和更新数据库中的数据。数据库数据库是存储数据的集合，包含各种结构化的信息。数据库可以按照特定的数据模型组织，例如关系型数据库、面向对象数据库等，以便高效地存储和管理数据。数据数据是数据库系统的基本单位，可以是数字、文本、图像、音频等多种类型。数据经过组织和结构化后，才能在数据库系统中有效地存储和使用。用户用户是数据库系统的使用者，可以是应用程序、系统管理员或最终用户。他们通过DBMS与数据库进行交互，访问和操作数据，完成各种任务。数据模型概念模型描述现实世界的概念，使用E-R图表示。物理模型描述数据库的具体实现，包括数据类型、存储结构等。逻辑模型抽象出数据间的逻辑关系，如关系模型。关系数据模型表关系数据模型中，数据存储在二维表中，包含行和列，每行表示一个实体，每列表示一个属性。主键每个表都包含主键，用于唯一标识每个实体。主键值不能重复，不能为空。关系表之间可以通过外键建立联系，表示实体之间的关系。关系类型包括一对一、一对多和多对多。数据库关系数据库是一个由多个相关表组成的集合，用于存储和管理数据。关系代数11.关系代数运算关系代数是一种基于集合论的数学模型，定义了关系操作的集合，用于操作关系数据库中的数据。22.基本运算基本运算包括并集、交集、差集、笛卡尔积、选择、投影、连接等，用于对关系进行筛选、合并、连接等操作。33.扩展运算扩展运算包括除法、外连接、半连接等，提供了更强大的功能，用于处理更复杂的数据操作。44.关系代数的作用关系代数为数据库查询语言提供了理论基础，是理解数据库查询处理的关键概念。SQL语言基础数据查询语言SQL语言的核心部分，用于检索和操作数据库中的数据。数据定义语言用于创建、修改和删除数据库中的表、视图和索引等数据库对象。数据操作语言用于插入、更新和删除数据库中的数据，管理数据完整性和事务。数据控制语言用于控制数据库的访问权限和安全，管理用户和角色。SQL数据定义语言数据类型定义定义表中各列的数据类型，如整型、字符型、日期型等，确保数据一致性。约束条件定义设置约束条件，如主键约束、外键约束、唯一性约束等，保证数据的完整性和一致性。索引定义创建索引，提高数据查询效率，加速数据访问速度。视图定义创建视图，将查询结果封装成虚拟表，简化查询操作，提供数据安全保护。SQL数据查询语言11.数据检索从数据库中提取满足特定条件的数据。22.数据过滤使用条件语句筛选出符合要求的数据。33.数据排序按指定的字段对查询结果进行排序。44.数据分组将查询结果按特定字段进行分组，并对每组数据进行统计。SQL数据操作语言数据插入使用INSERT语句将新数据添加到表中。可以使用VALUES或SELECT子句指定要插入的数据。示例：INSERTINTOStudents(ID,Name,Age)VALUES(101,'张三',20);数据更新使用UPDATE语句修改表中已存在的数据。使用WHERE子句指定要更新的行。示例：UPDATEStudentsSETAge=21WHEREID=101;数据删除使用DELETE语句从表中删除数据。使用WHERE子句指定要删除的行。示例：DELETEFROMStudentsWHEREID=101;数据完整性数据完整性保证数据的准确性、一致性和完整性。数据库中存储的信息是真实、有效和完整的，没有错误或丢失的数据。完整性约束用于维护数据完整性的规则，例如主键约束、外键约束、唯一性约束和检查约束等。数据模型数据模型的设计应充分考虑数据完整性，例如使用合适的键和关系来确保数据的正确性。数据安全数据完整性也是数据库安全的重要方面，防止数据被篡改或丢失。事务管理1原子性事务是一个不可分割的工作单元，要么全部执行，要么全部不执行。要么全部成功，要么全部回滚。2一致性事务必须使数据库从一个一致状态转换为另一个一致状态。3隔离性多个事务并发执行时，相互之间不能互相干扰。4持久性事务一旦提交，其对数据库的修改就是永久性的。即使发生系统崩溃也不会丢失。并发控制1锁机制防止多个事务同时访问同一数据2时间戳机制基于时间戳顺序处理事务3乐观锁机制假设冲突较少，仅在提交前检查4多版本并发控制维护数据多个版本，提高并发效率并发控制是数据库系统的重要机制，用于保证数据的一致性和完整性。它通过协调多个事务对共享数据的访问，避免数据冲突和不一致性。数据安全与备份数据加密使用加密算法保护敏感数据，防止未经授权的访问。数据备份定期备份数据库，以便在数据丢失时进行恢复。访问控制限制用户对数据库的访问权限，确保数据的安全性。数据库体系结构数据库体系结构描述了数据库系统各组件的组织方式。它定义了数据库系统如何存储和管理数据，以及用户如何访问和操作数据。常见的数据库体系结构包括集中式数据库系统、分布式数据库系统和云数据库系统。集中式数据库系统将所有数据存储在单个服务器上，而分布式数据库系统则将数据分布在多个服务器上。云数据库系统则将数据库服务托管在云平台上，用户可以根据需要灵活地扩展数据库资源。客户端/服务器体系结构客户端用户界面，负责向用户展示信息并接收用户操作。服务器处理数据请求，存储和管理数据，并提供各种数据库服务。网络连接客户端和服务器之间通信的桥梁，传递请求和响应。分布式数据库系统分布式数据库系统分布式数据库系统将数据存储在多个物理节点上，节点可以位于不同的地理位置。这使得数据更容易访问，也提高了系统的可扩展性和容错性。提高数据可用性增强数据存储容量提高数据访问速度增强系统容错能力常见的分布式数据库类型分布式数据库系统主要分为以下两种类型：分布式关系数据库系统（DRDBMS）分布式NoSQL数据库系统数据仓库与数据挖掘数据仓库数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失性的、随时间变化的数据集合，用于支持管理决策。数据挖掘从大量数据中发现隐藏的模式、规律和知识的过程，用于支持决策和业务改进。数据库系统的设计方法1数据库实施数据库系统的实际部署和运行。2物理设计选择具体的数据库管理系统，确定数据存储结构和索引策略等。3逻辑设计将概念模型转换为关系模型，设计数据表和关系约束。4概念设计根据用户需求，建立数据模型，描述数据的语义和结构。5需求分析了解用户的业务需求，识别数据需求和功能需求。数据库系统的设计方法是一个循序渐进的过程，需要从需求分析开始，逐步完成概念设计、逻辑设计、物理设计，最终实施数据库系统。每个阶段都需要考虑数据模型的选择、数据结构的设计、数据完整性约束的制定、以及数据库性能优化等方面。需求分析与概念设计收集需求与用户沟通，明确数据库用途和功能要求。数据建模将需求转化为数据模型，定义实体、属性和关系。概念设计用E-R图描述数据模型，建立数据库概念结构。概念模型验证确认概念模型符合用户需求，并进行必要调整。逻辑设计与物理设计1逻辑设计数据模型选择关系模式设计2物理设计数据库结构设计3性能优化索引设计逻辑设计侧重于数据库的结构和语义，确定数据库的逻辑模型，包括表结构、数据类型、主键、外键等。物理设计则基于逻辑设计的结果，具体考虑存储结构、索引方案、数据分布等，目标是优化数据库的性能和空间利用率。数据库实施与维护数据库实施是将数据库设计转化为实际可运行的系统，包括安装数据库管理系统、创建数据库、导入数据等。维护工作包括保证数据库的稳定运行、定期备份和恢复数据、优化数据库性能、修复错误等。1系统部署安装数据库管理系统2数据导入将数据迁移到数据库3系统测试验证系统功能和性能4系统监控跟踪数据库运行状态5定期维护备份、优化和修复数据库系统的性能优化1索引优化选择合适的索引类型，例如B树索引，哈希索引。2查询优化使用优化器，分析查询语句，选择最佳执行计划。3数据结构优化选择合适的存储引擎，例如InnoDB，MyISAM，适合数据类型。4硬件优化使用更快的硬件，例如SSD，增加内存容量，提升系统性能。索引的概念与设计加速数据访问通过建立索引，可以快速定位到所需数据。提高查询效率索引就像目录，可以快速查找数据，无需扫描整个表。索引类型B树索引哈希索引索引设计选择合适的索引类型，并合理设计索引字段，以提高查询效率。查询优化查询计划数据库管理系统会制定查询计划，选择最优执行方式。索引索引可以加速数据检索，提高查询效率。视图视图可以简化查询语句，并提高数据访问速度。数据缓存缓存常用数据，减少磁盘访问次数。数据库管理员的职责数据库安全数据库管理员负责维护数据库的安全性和完整性。他们需要制定安全策略，配置访问权限，监控数据库活动，并采取措施防止数据泄露或篡改。性能优化数据库管理员需要监控数据库性能，识别瓶颈，并采取措施提高数据库的响应速度和效率。他们可以优化数据库结构，调整配置参数，以及使用索引等技术来提高性能。数据库安全管理数据访问控制限制未经授权访问数据库，通过身份验证、授权和访问控制机制保护数据。数据加密对敏感数据进行加密，防止未经授权的查看或修改，确保数据机密性。网络安全保护数据库服务器免受网络攻击，通过防火墙、入侵检测系统等手段保证网络安全。数据备份与恢复定期备份数据库数据，以防数据丢失，并确保数据完整性和可用性。数据库备份与恢复1数据丢失风险自然灾害、人为错误、系统故障都可能导致数据丢失。2备份策略定期备份数据库、不同时间点创建备份、选择合适的备份方式。3恢复方法使用备份恢复数据、数据恢复工具、恢复策略的选择