数据库系统基础讲义第02讲-数据库系统的结构抽象与演变
数据库系统概论目录
第一篇基础篇第一章绪论1.1数据库系统概述1.1.1 四个基本概念1.1.2 数据管理技术的产生和发展1.1.3 数据库系统的特点1.2数据模型1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型1.3数据库系统结构1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性1.4数据库系统的组成1.5小结第二章关系数据库2.1关系数据结构及形式化定义2.1.1 关系2.1.2 关系模式2.1.3 关系数据库2.2关系操作2.2.1基本关系操作2.2.2 关系数据库语言的分类2.3关系的完整性2.3.1 关系的三类完整性约束2.3.2 实体完整性2.3.3 参照完整性2.3.4 用户定义的完整性2.4关系代数2.4.1传统的集合运算2.4.2专门的关系运算2.5关系演算2.6小结第三章关系数据库标准语言SQL3.1SQL概述3.1.1 SQL 的产生与发展3.1.2 SQL的特点3.1.3 SQL的基本概念3.2学生-课程数据库3.3数据定义3.3.1 模式的定义与删除3.3.2 基本表的定义、删除与修改3.3.3 索引的建立与删除3.4数据查询3.4.1 单表查询3.4.2 连接查询3.4.3 嵌套查询3.4.4 集合查询3.4.5 Select语句的一般形式3.5数据更新3.5.1 插入数据3.5.2 修改数据3.5.3 删除数据3.6视图3.6.1 定义视图3.6.2 查询视图3.6.3 更新视图3.6.4 视图的作用3.7小结第四章数据库安全性4.1计算机安全性概述4.1.1 计算机系统的三类安全性问题4.1.2 安全标准简介4.2数据库安全性控制4.2.1 用户标识与鉴别4.2.2 存取控制4.2.3 自主存取控制方法4.2.4 授权与回收4.2.5 数据库角色4.2.6 强制存取控制方法4.3视图机制4.4审计（Audit）4.5数据加密4.6统计数据库安全性4.7小结第五章数据库完整性5.1实体完整性5.1.1 实体完整性定义5.1.2 实体完整性检查和违约处理5.2参照完整性5.2.1 参照完整性定义5.2.2 参照完整性检查和违约处理5.3用户定义的完整性5.3.1 属性上的约束条件的定义5.3.2 属性上的约束条件检查和违约处理5.3.3 元组上的约束条件的定义5.3.4元组上的约束条件检查和违约处理5.4完整性约束命名子句*5.5域中的完整性限制5.6触发器5.6.1 定义触发器5.6.2 激活触发器5.6.3 删除触发器5.7小结第二篇设计与应用开发篇第六章关系数据理论6.1问题的提出6.2规范化6.2.1 函数依赖6.2.2 码6.2.3 范式6.2.4 2NF6.2.5 3NF6.2.6 BCNF6.2.7 多值依赖6.2.8 4NF6.2.9 规范化小结6.3数据依赖的公理系统*6.4模式的分解6.5小结第七章数据库设计7.1数据库设计概述7.1.1 数据库设计的特点7.1.2 数据库设计方法7.1.3 数据库设计的基本步骤7.1.4 数据库设计过程中的各级模式7.2需求分析7.2.1 需求分析的任务7.2.2 需求分析的方法7.2.3 数据字典7.3概念结构设计7.3.1 概念结构7.3.2 概念结构设计的方法与步骤7.3.3 数据抽象与局部视图设计7.3.4 视图的集成7.4逻辑结构设计7.4.1 E-R图向关系模型的转换7.4.2 数据模型的优化7.4.3 设计用户子模式7.5数据库的物理设计7.5.1 数据库物理设计的内容和方法7.5.2 关系模式存取方法选择7.5.3 确定数据库的存储结构7.5.4 评价物理结构7.6数据库的实施和维护7.6.1 数据的载入和应用程序的调试7.6.2 数据库的试运行7.6.3 数据库的运行和维护7.7小结第八章数据库编程8.1 嵌入式SQL8.1.1 嵌入式SQL的处理过程8.1.2 嵌入式SQL语句与主语言之间的通信8.1.3 不使用游标的SQL语句8.1.4 使用游标的SQL语句8.1.5 动态SQL8.1.6 小结8.2 存储过程8.2.1 PL/SQL的块结构8.2.2 变量常量的定义8.2.3 控制结构8.2.4 存储过程8.2.5 小结8.3 ODBC编程8.3.1 数据库互连概述8.3.2 ODBC工作原理概述8.3.3 ODBC API 基础8.3.4 ODBC的工作流程8.3.5 小结第三篇系统篇第九章关系查询处理和查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理9.1.1 查询处理步骤9.1.2 实现查询操作的算法示例9.2 关系数据库系统的查询优化9.2.1 查询优化概述9.2.2 一个实例9.3 代数优化9.3.1 关系代数表达式等价变换规则9.3.2 查询树的启发式优化9.4 物理优化9.4.1 基于启发式规则的存取路径选择优化9.4.2 基于代价的优化9.5 小结第十章数据库恢复技术10.1 事务的基本概念10.2 数据库恢复概述10.3 故障的种类10.4 恢复的实现技术10.4.1 数据转储10.4.2 登记日志文件10.5 恢复策略10.5.1 事务故障的恢复10.5.2 系统故障的恢复10.5.3 介质故障的恢复10.6 具有检查点的恢复技术10.7 数据库镜像10.8 小结第十一章并发控制11.1 并发控制概述11.2 封锁11.3 活锁和死锁11.3.1 活锁11.3.2 死锁11.4 并发调度的可串行性11.4.1 可串行化调度11.4.2 冲突可串行化调度11.5 两段锁协议11.6 封锁的粒度11.6.1 多粒度封锁11.6.2 意向锁11.7 小结*第十二章数据库管理系统第四篇新技术篇第十三章数据库技术新发展*第十四章分布式数据库系统第十五章对象关系数据库系统第十六章XML数据库第十七章数据仓库与联机分析处理技术。
数据库系统基本概念课件
如New Relic、Dynatrace等，提供更全面、灵活的数据库性能监控和报警功能 ，支持多种数据库平台。
THANKS
感谢观看
数据库系统基本概念课件
• 数据库系统概述 • 数据模型与数据结构 • 数据库设计与管理 • 查询语言与优化技术 • 数据库事务处理与并发控制 • 备份恢复与性能监控
01
数据库系统概述
定义与发展历程
数据库定义
数据库是一个长期存储在计算机 内、有组织的、可共享的、统一 管理的大量数据的集合。
发展历程
数据独立性
数据和程序相互独立，数据的 逻辑结构和物理结构的变化不 影响应用程序。
安全性与完整性
数据库系统提供了数据的安全 性控制和完整性约束，保证了
数据的正确性和可靠性。
应用领域及现状
应用领域
广泛应用于金融、制造、物流、医疗、教育、科研等各个领域，成为信息化社 会的重要基础设施。
现状
随着大数据、云计算、人工智能等技术的快速发展，数据库系统面临着新的挑 战和机遇，如分布式数据库、云数据库、时序数据库等新型数据库不断涌现。
访问控制
通过设置用户角色和权限 ，限制用户对数据库的访 问和操作，防止未经授权 的访问和数据篡改。
数据备份与恢复
定期对数据库进行备份， 确保在数据丢失或损坏时 能够恢复数据，保障业务 的正常运行。
04
查询语言与优化技术
SQL查询语言基础
SQL概述
介绍SQL语言的发展、特点及应用领域。
数据查询语言（DQL）
经历了人工管理、文件系统、数 据库系统三个阶段，目前正向大 数据、云计算、人工智能等方向 发展。
数据库系统特点与优势
数据结构化
数据库系统概论课件02
主码（Primary Key）
– 进行数据库设计时，从一个关系的多个候选码中选定一 个作为主码
– 如可选定学号作为学生表的主码
外部码（Foreign Key）
– 关系R中的一个属性组，它不是R的码，但它与另一个 关系S的码相对应，则称这个属性组为R的外部码
关系数据语言的特点
要点
一体化
– 一般关系系统的数据语言都同时具有数据定义、 数据操纵和数据控制语言，而不是分为几个语 言。对象单一，都是关系，因此操作符也单一。
非过程化
– 用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么 做”，存取路径的选择和操作过程由系统自动 完成
面向集合的存取方式
– 操作对象是一个或多个关系，结果是一个新的 关系（一次一关系）。非关系系统是一次一记 录的方式
关系操作
要点
关系操作是集合操作，操作的对象及结果都 是集合，是一次一集合(Set-at-a-time)的方 式，而非关系型的数据操作方式是一次一记 录(Record-at-a-time)
关系操作可以用关系代数和关系演算两种方 式来表示，它们是相互等价的
– 如用关系代数来表示关系的操作，可以有选择、 投影、连接、除、交、差、并等
– 行列的顺序无关紧要
– 任意两个元组不能完全相同(集合内不能有相同的两个 元素)
– 每一分量必须是不可再分的数据。满足这一条件的关系 称作满足第一范式(1NF)的
关系模式
要点
关系模式
– 关系的描述称作关系模式，包括关系名R、关 系中的属性名集合U、属性所来自的域D、属性 向域的映象dom 、F属性间的数据依赖关系等， 一般记为：R(U,D,dom,F)，简记为：R(U)或 R(A1 , A2 ,…, An )
数据库系统概论(基础篇)教学大纲
数据库系统概论（基础篇）教学大纲数据库系统已经成为现代信息系统的核心和基础设施。
数据库技术作为数据管理的最有效的手段，极大地促进了计算机应用的发展。
学习“数据库系统概论”可以帮助你更好地使用数据库，设计适合你需要的数据库应用系统，并进一步科学地管理好数据库系统。
课程概述“数据库系统概论”是计算机科学与技术专业、软件工程专业、信息系统与信息管理等专业重要的专业基础课程。
本课程将系统讲述数据库系统的基础理论、基本技术和基本方法。
本课程的知识内容和技术方法，对从事现代数据管理技术的应用、开发和研究的人员都是重要而必备的基础。
本课程内容丰富全面，分为基础篇和高级篇（2020年9月14日开课）2部分讲解，作为2门课程考核和计分。
此外，本课程还开设了新技术篇（2020年9月28日开课），从数据管理和数据分析的角度讨论数据库新技术与大数据技术。
通过数据库系统概论（基础篇）的学习，学员可以系统地掌握数据库系统的基本原理，能熟练使用SQL语言在某一个数据库管理系统上进行数据库检索和操作，掌握数据库安全性和完整性的基本概念和基本方法。
并能够在某一个数据库管理系统上进行实验。
通过数据库系统概论（高级篇）的学习，学员可以系统地掌握数据库规范化理论和数据库设计的方法与步骤，具有设计和开发数据库应用系统的基本能力；掌握数据库事务处理、并发控制与恢复的基本技术、初步掌握数据库查询处理和优化的概念。
并能够在某一个数据库管理系统上进行实验验证。
通过数据库系统概论（新技术篇）的学习，学员可以系统地掌握传统数据库技术的最新发展，大数据管理与系统的新概念、新技术和新应用。
本课程的特点是，理论联系实际。
我们不仅希望学员通过阅读和书面习题掌握本课程的内容，还要求学员完成实验项目。
为此我们针对课程知识点设置了相应的实验，锻炼学员实际动手能力，启发学员对理论知识的思考和理解，达到理论联系实际的教学效果。
课程大纲第一讲：初识数据库系统引言数据库的4个基本概念数据技术的产生，数据系统的特点第一讲课件第二讲：数据库系统的核心：数据模型概念模型，数据模型的组成要素层次模型，网状模型关系模型第二讲课件第三讲：数据库系统的结构数据库系统的结构第三讲课件第四讲：数据库系统的组成数据库系统的组成第四讲课件单元测验1第五讲：关系数据结构及关系的完整性关系数据结构关系的完整性第五讲课件第六讲：关系代数--传统集合操作关系代数1--传统集合操作第六讲课件第七讲：关系代数--关系特有操作关系代数2--关系特有操作第七讲课件第八讲：关系代数--综合训练关系代数3--综合训练第八讲课件第九讲：关系演算--元组关系演算关系演算1--元组关系演算第九讲课件第十讲：关系演算--域关系演算语言QBE 关系演算2--域关系演算语言QBE第十讲课件单元测验2第十一讲：SQL概述与数据定义SQL概述数据定义第十一讲课件第十二讲：数据查询--单表查询数据查询--单表查询数据查询--单表查询2第十二讲课件第十三讲：数据查询--连接查询数据查询--连接查询第十三讲课件第十四讲：数据查询--嵌套查询数据查询--嵌套查询数据查询--嵌套查询2第十四讲课件第十五讲：数据查询--集合查询数据查询--集合查询第十五讲课件第十六讲：数据的更新与空值的处理数据更新空值的处理第十六讲课件第十七讲：视图视图视图2第十七讲课件第十八讲：数据库安全性概述数据库安全性概述第十八讲课件第十九讲：数据库安全性控制数据库安全性控制--身份鉴别、存取控制、自主存取控制、授权数据库安全性控制--数据库角色及强制存取控制第十九讲课件第二十讲：视图机制视图、审计、数据加密及其他安全性保护第二十讲课件单元测验3第二十一讲：数据库的完整性数据库完整性概述及实体完整性参照完整性用户定义的完整性第二十一讲课件第二十二讲：约束命名子句及断言完整性约束命名子句及断言第二十二讲课件第二十三讲：触发器触发器第二十三讲课件单元测验4预备知识1. 某一种计算机程序设计方法和语言2. 数据结构3. 离散数学4. 操作系统参考资料1. 王珊，萨师煊. 《数据库系统概论（第5版）》，高等教育出版社，2014.92. 王珊，张俊.《数据库系统概论（第5版）习题解析与实验指导》，高等教育出版社，2015.7。
数据库系统设计概述PPT课件
总结词
概念数据模型是一种高层次的抽象表示，用于描述数据的概 念和结构。
详细描述
概念数据模型也称为数据模型或E-R模型，它以图形化的方式 表示实体、实体之间的关系以及实体的属性。常见的概念数 据模型包括实体-联系图、ER图等。
逻辑数据模型
总结词
逻辑数据模型是一种中层次的抽象表 示，用于描述数据的逻辑结构和操作 。
04
数据库系统的体系结构
单用户数据库系统体系结构
总结词
单用户数据库系统体系结构是指数据库系统只允许一个用户进行操作，数据共享性差。
详细描述
在这种体系结构下，数据库系统只配备一台计算机，所有的数据处理和存储都在同一台 计算机上完成。由于只有一个用户能够访问数据库，所以数据共享性较差，数据处理效
率较低。
根据数据存储方式的不同，数据库系统可以分为集中式数据库和分布式数据库。集中式数据库将所有 数据存储在单个高可用节点上；分布式数据库则将数据分散存储在多个节点上，以提高可扩展性和容 错性。
02
数据库系统设计
数据库系统设计的基本原则
完整性
确保数据的准确性和一 致性，满足业务规则和
约束条件。
安全性
保护数据不被未经授权 的访问、修改或破坏。
安全性
随着网络安全问题的日益突出，数据 库系统的安全性将得到更加重视，加 强数据加密和安全防护措施。
数据库系统的研究热点高效地存储和管理大规模数据是当前 数据库领域的研究热点之一。
如何快速查询大规模数据并提高查询效率 是数据库领域的研究热点之一。
数据挖掘与机器学习
分布式数据库系统
主从式数据库系统体系结构
总结词
主从式数据库系统体系结构是指数据库系统由一台主服务器和多台从服务器组成，主服务器负责处理事务，从服 务器负责存储数据。
数据库系统原理讲义课件
01
索引类型
常见的索引类型包括B树索引、哈希索 引、位图索引等，每种索引类型都有其 适用的场景和优缺点。
02
03
索引维护
索引的维护也是非常重要的，定期对 索引进行重建和优化可以提高其性能。
数据库系统硬件优化
硬件优化概述
除了软件层面的优化外，硬件层 面的优化也是必不可少的，尤其
是对于大规模的数据库系统。
数据库性能调优
通过优化数据库设计、查询语句和物理存储等手段，提高数据库性能 的过程。
03
数据库系统操作与管理
数据库的创建与维护
数据库的创建
选择合适的数据库管理系统（如MySQL、Oracle、SQL Server等），根据需求设计数据库结构，创建数据库实 例。
数据库的维护
定期备份数据库，监控数据库性能，进行数据库优化和修复，确保数据库的正常运行。
关系数据库
关系数据库
关系完整性
一种基于关系的数据库，使用表格形式存 储数据，每个表格由行和列组成，每列代 表一个属性，每行代表一个记录。
关系数据库中数据的完整性约束，包括实 体完整性、参照完整性和用户自定义完整 性。
关系代数
关系数据库管理系统（RDBMS）
一种用于描述关系数据库操作的数学模型 ，包括选择、投影、连接等操作。
云计算
云计算技术的发展推动了数 据库技术的云化，使得数据 库服务能够更加灵活地部署 和扩展。
智能化
数据库技术正与人工智能技 术相结合，实现数据挖掘、 智能推荐等功能，提高数据 利用价值。
分布式
分布式数据库技术能够支持 大规模数据的存储和管理， 提高数据库系统的可扩展性 和可靠性。
NoSQL数据库简介
存储设备
第1章 数据库系统概述 第2讲课件
C403001
S0403
C403001
S0403
C403002
S0404
C401001
S0404
C404001
（d） 设置关系CS
学号
课程号
200401001 C401001
200401001 C402002
200401001 C403001
200401002 C401001
200401002 C402002
职称，教研室，电话）
31
一、关系模型的基本概念
用符号表示关系模式：
学生关系：S（S#，SNAME，SSEX，BIRTHIN， PLACEOFB，SCODE#，CLASS）
专业关系：SS（SCODE#，SSNAME） 课程关系：C（C#，CNAME，CLASSH） 学习关系：SC（S#，C#，GRADE）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
01
2
70
2004010 C40100
02
1
75
38
二、关系的键与关系的属性
3、外键
如果关系模式R1 中的某属性集是另一关系模式 R2 的主键，则该属性集是关系模式R1 的外键。
{外键用来表示多个关系之间的联系}
学习关系SC
/R学1 号
课程号 分数
课程关系C /R2 课程号 课程名
学时
2004010 C40100
一个数据库的数据模型实际上给出了在计 算机系统上进行描述和动态模拟现实世界信息 结构及其变化的方法。
10
二、数据模型
？？ 数据模型的定义
11
二、数据模型
数据模型：是一组面向计算机的概念集合， 由数据结构、数据操作、数据约束三部分组成：
数据库系统原理复习课件
01
关系数据库的表结构由行和列组成，每一列都有一个特定的数 据类型和约束条件。
02
表中的每一行代表一个记录，记录是数据库中存储数据的基本
单位。
表中的列定义了记录的属性，每个属性都有一个名称和对应的
03
数据类型。
关系数据库的完整性约束
01
实体完整性约束确保表中每条记录的唯一性，通常 通过主键来实现。
02
参照完整性约束确保表之间的数据一致性，通过外 键和相应的参照规则来实现。
03
用户自定义完整性约束允许用户定义自己的数据约 束条件，以确保数据的正确性和合理性。
关系数据库的查询语言SQL
SQL语言包括查询语句（SELECT）、插入语句 （INSERT）、更新语句（UPDATE）和删除语
句（DELETE）等。
数据仓库
数据仓库是一种专门用于存储和 管理大量数据的数据库系统，它 能够高效地处理和分析大规模数
据，为企业提供决策支持。
数据挖掘
数据挖掘是从大量数据中提取有 用信息的过程，通过数据挖掘技 术，可以发现隐藏在数据中的模 式和规律，为企业提供预测和决
策支持。
NoSQL数据库技术
键值存储
键值存储是一种非关系型数据库， 它通过将数据存储在键值对中来 组织数据，具有高性能和可伸缩 性。
关系模型
01
02
03
关系模型是数据库系统的核心， 它使用表格形式的数据结构来表 示和存储数据。
关系模型的数据操作包括插入、 删除、修改和查询等，这些操作 通过特定的SQL语句来实现。
关系模型的数据完整性包括实体 完整性、参照完整性和用户自定 义完整性，这些完整性约束确保 了数据的正确性和可靠性。
关系数据库的表结构
数据库系统理论讲解(doc 32页)
数据库系统理论讲解(doc 32页)数据库系统概论本章目的在于使读者对数据库系统的基本知识能有一个较为全面的了解，为今后的学习和工作打下基础。
本章重点介绍了有关数据库结构和数据库系统组织的基本知识和基本概念，以及常见的三种类型的数据库系统的特点。
重点介绍关系数据库的有关知识。
1.1 数据管理技术发展史随着生产力的不断发展，社会的不断进步，人类对信息的依赖程度也在不断地增加。
数据作为表达信息的一种量化符号，正在成为人们处理信息时重要的操作对象。
所谓数据处理就是对数据的收集、整理、存储、分类、排序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列工作全部过程的概述。
数据处理的目的就是使我们能够从浩瀚的信息数据海洋中，提取出有用的数据信息，作为我们工作、生活等各方面的决策依据。
数据管理则是指对数据的组织、编码、分类、存储、检索作带来许多困难。
并且由于一组数据常常只对应于一种应用程序，因此很难实现多个不同应用程序间的数据资源共享。
存在着大量重复数据，信息资源浪费严重。
【2】文件管理阶段这一阶段发生于六十年代，由于当时计算机硬件的发展，以及系统软件尤其是文件系统的出现和发展，人们开始利用文件系统来帮助完成数据管理工作，具体讲就是：数据以多种组织结构（如顺序文件组织、索引文件文件组织和直接存取文件组织等）的文件形式保存在外部存储设备上，用户通过文件系统而无需直接与外部设备打交道，以此来完成数据的修改、插入、删除、检索等管理操作；使用这种管理方式，不仅减轻进行数据管理的应用程序工作量，更重要地是，当数据的物理组织或存储设备发生变化时，数据的逻辑组织可以不受任何影响，从而保证了基于数据逻辑组织所编制的应用程序也可以不受硬件设备变化的影响。
这样就使得程序和数据之间具有了一定的相互独立性。
但由于数据文件的逻辑结构完全是根据应用程序的具体要求而设计，它的管理与维护完全是由应用程序本身来完成，因此数据文件的逻辑结构与应用程序密切相关，当数据的逻辑结构需要修改时，应用程序也就不可避免地需要进行修改；同样当应用程序需要进行变动时，常常又会要求数据的逻辑结构进行相应的变动。
第2章数据库系统结构精品PPT课件
实体之间的联系：不同实体之间的联系。 ◦ 课程实体和学生实体之间存在选课联 系。
2020/10/21
18
联联系系的的表表示示方方式式
在E-R图中实体之 间的联系用菱形 框表示，框内写 上联系名，并用 连线与有关的实 体相连。
实体1
联系名
实体2
2020/10/21
2020/10/21
23
一对多联系的例子
有部门和职工两个实体，并
且有语义：一个部门可以有 多名职工，但是一个职工只 在一个部门工作。则部门和 职工之间的联系是一对多的， 我们把这种联系命名为工作。
部门
1
工作
n
职工
2020/10/21
24
多对多的联系
如果实体A与实体B之间存在联系， 并且对于实体A中的一个实例，实体B 中有多个实例与之对应；而对实体B中 的一个实例，在实体A中也有多个实例 与之对应，则称实体A到实体B的联系 是多对多的，记为m : n 。
2020/10/21
6
2.1.2 数据模型
对于模型，人们并不陌生。 ◦ 建筑模型 飞机模型
计算机中的模型是对事物、对象、过程 等客观系统中感兴趣的内容的模拟和抽 象表达，是理解系统的思维工具
数据模型(data model)也是一种模型， 它是对现实世界数据特征的抽象。
2020/10/21
7
数据模型（续）
具体的事物：学生、课程、职工
抽象的联系：学生选课
2020/10/21
14
实体的表示方式
在E-R图中用矩形框表示实体，把实 体名写在框内，比如学生实体可以表 示为：
学生
2020/10/21
2024版数据库基础知识培训讲义
区块链数据库是一种结合区块 链技术的数据库，具有去中心 化、不可篡改等特点，适用于 数字货币、供应链管理等领域。
2024/1/30
38
THANKS
感谢观看
2024/1/30
39
最终使用数据库应用系统的 用户，包括各类业务人员和 技术人员等。
2024/1/30
6
2024/1/30
02
CATALOGUE
数据库的基本概念
7
数据与信息的概念
2024/1/30
数据
描述事物的符号记录，是数据库中 存储的基本对象。数据可以是数字、 文字、图像、声音、视频等。
信息
是对数据进行加工处理之后所得到 的，对决策或行为有现实或潜在价 值的数据。信息是数据的内涵，数 据是信息的载体。
18
数据操纵语言（DML）
INSERT
插入新数据。
DELETE
删除数据。
2024/1/30
UPDATE
更新现有数据。
MERGE
根据条件合并数据。
19
数据控制语言（DCL）
数据控制语言（DCL）用于控制对数据库的访问权限和安全级别。
主要的DCL操作包括
2024/1/30
GRANT：授予用户或角色对数据库对象的访问权限。
8
数据库、表、字段等基本概念
01
数据库（Database）
是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，是一个长期存储在计
算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的大量数据的集合。
2024/1/30
02 03
表（Table）
在数据库中，表是存放数据的基本单位，它由行和列组成。每一列有一 个名称，称为字段名，每一行代表一条记录，包含该记录在各个字段中 的值。
《数据库系统基础 》课件
列式存储数据库
采用列式存储方式，提高数据压缩比 和查询效率，适用于大数据处理和分
析。
时序数据库
专门用于存储和管理时间序列数据， 支持高效的数据插入、查询和聚合操 作。
全文搜பைடு நூலகம்引擎
集成全文搜索功能，支持文本数据的 快速检索和分析，提高信息检索的准 确性和效率。
THANKS
[ 感谢观看 ]
键值存储数据库
以键值对形式存储数据，如Redis。
文档存储数据库
以文档形式存储数据，如MongoDB。
列存储数据库
以列族形式存储数据，如HBase。
图形存储数据库
以节点和边形式存储数据，如Neo4j。
非关系型数据库的应用场景
内容缓存系统
用于快速读取大量数据，如电 商网站商品缓存。
大数据处理
处理大量非结构化数据，如社 交媒体数据分析。
总结词：关系型数据库的设计原则、方法
关系型数据库设计是数据库系统开发的核心环节，主要涉及概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。设计时应遵循规 范化理论，避免数据冗余和操作异常，提高数据的一致性和完整性。
关系型数据库的SQL语言
总结词：SQL语言的基本语法、功能 、应用
VS
SQL（Structured Query Language ）是用于管理关系型数据库的标准编 程语言。它提供了查询、插入、更新 、删除等操作数据的方法，以及管理 数据库对象（如表、视图、索引等） 的功能。了解和掌握SQL语言是关系 型数据库应用开发和管理的基础。
智能化
数据库系统将集成更多的智能化功能，如自适应优化、智能推荐和智 能分析等，以提高数据管理和应用的效率。
安全性
随着网络安全威胁的不断增加，数据库系统的安全性将更加受到重视 ，将采用更加先进的安全技术和措施来保护数据的安全和隐私。
第二章 数据库系统结构
②网状模型的特点：
允许有一个以上的结点无双亲；
结点可以有多于一个的双亲；
结点间可有两种或多种联系。
有向图
教 师
课 程
学 生
学 习
网状模型的优点：
容易实现M：N联系，查询效率高。 缺点：程序员必须熟悉数据库的逻辑结 构才能编写相应的应用程序。
举例
⑶ 关系模型
用二维表格结构来表示实体集， 外键表示实体间联系的模型称为关系模型。
88
64 86 78
计算机原理
关系模型的数据结构及术语
关系名→ 教师登记表 教师号 关 系 001 002 003 … 主 码 姓名 肖正 赵珊 张昆 … 某一分量 列中所有可能的值称为域
属性名或属性列
年 龄 28 40 34 职称 讲师 教授 副教授 … 元 组 集 合
元组或行
←关系模式
…
⑷ 面向对象模型 面向对象模型较完整地描述了现实世界的数据结构，
(1)
层次模型：
用树型（层次）结构表示实体类型及实体之间联系的模型称为层
次模型。
①定义：层次模型是以记录型为结点， 记录型之间的联系 是通 过指针来实现的。 ②层次模型的特点： 只有一个根结点无父结点。
每个非根结点只有一个父结点；
上一层记录类型和下一层记录类型间联系是1：N联系。
系记录型
有向树
一对一联系(1:1)
如果实体A 中的每个实例在实体 B中至多有一个 （也可以没有）实例与之关联，反之亦然，则 称实体A与实体B具有一对一联系，
记作：1 : 1。
一对一联系的例子
假设一个部门只有一个正经理，一个人只
当一个部门的经理。
？是一对一的联系
部门和正经理。
数据库系统基础讲义第02讲-数据库系统的结构抽象与演变
Research Center on I ntelligent C omputing for E nterprises & S ervices,H arbin I nstitute of T echnology数据库系统之一--基础知识与关系模型战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师黑龙江省教学名师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员第2讲数据库系统的结构抽象与演变Research Center on I ntelligent C omputing for E nterprises & S ervices,H arbin I nstitute of T echnology战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师黑龙江省教学名师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员本讲学习什么?战德臣教授基本内容1. 数据库系统的标准结构?2. 数据模型?3. 数据库系统的演变与发展?重点与难点●一组概念的区分：三级模式两层映像，物理独立性和逻辑独立性●一组概念的区分：数据→模式→数据模型●几种数据模型的差异：网状/层次模型→关系模型→OO数据模型数据库系统的标准结构Research Center on I ntelligent C omputing for E nterprises & S ervices,H arbin I nstitute of T echnology战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师黑龙江省教学名师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员(1)数据库系统的分层抽象?战德臣教授怎样抽象一个数据库系统?战德臣教授DatabaseManagement System收发管理学生注册成绩登记图书登记图书借阅图书采购数据库Database借阅证课程登记收发人员图书采购员图书借阅员读者管理员学籍管理员应用程序(DBAP)典型数据库系统的结构抽象(1)数据库系统的分层抽象?战德臣教授External Level = User Level某一用户能够看到与处理的数据, 全局数据中的某一部分Conceptual Level = Logic level从全局角度理解/管理的数据, 含相应的关联约束Internal Level = Physical level存储在介质上的数据，含存储路径、存储方式、索引方式等Internal Level DataConceptual Level Data External Level Data DBMS管理数据的三个层次(1)数据库系统的分层抽象?战德臣教授•模式(Schema)对数据库中数据所进行的一种结构性的描述所观察到数据的结构信息•视图(View)/数据(Data)某一种表现形式下表现出来的数据库中的数据学生登记表( 学号char(8), 姓名char(10), 性别Char(2), 出生年月datetime, 入学日期Datetime, 家庭住址Char(40) )展现的数据----视图数据的结构----模式数据与数据的结构--模式(2)数据(视图)与模式?战德臣教授External Schema ----(External) View 某一用户能够看到与处理的数据的结构描述(Conceptual) Schema ----Conceptual View从全局角度理解/管理的数据的结构描述, 含相应的关联约束体现在数据之间的内在本质联系Internal Schema ----Internal View存储在介质上的数据的结构描述，含存储路径、存储方式、索引方式等Internal ViewConceptualView (External) ViewInternal Schema(Conceptual) Schema External Schema 三级模式(三级视图)(3)三级模式两层映像?战德臣教授Internal ViewConceptual View (External) View Internal Schema(Conceptual) Schema External Schema E-C Mapping：External Schema-Conceptual Schema Mapping----将外模式映射为概念模式，从而支持实现数据概念视图向外部视图的转换----便于用户观察和使用C-I Mapping：Conceptual Schema-Internal Schema Mapping----将概念模式映射为内模式，从而支持实现数据概念视图向内部视图的转换----便于计算机进行存储和处理C-I MappingE-C Mapping两层映像(3)三级模式两层映像?(4)数据库系统的标准结构?战德臣教授(5)两个独立性?战德臣教授为什么要按照标准结构进行数据库系统的抽象?战德臣教授逻辑数据独立性当概念模式变化时，可以不改变外部模式(只需改变E-C Mapping)，从而无需改变应用程序物理数据独立性当内部模式变化时，可以不改变概念模式(只需改变C-I Mapping) ，从而不改变外部模式(5)两个独立性?数据模型Research Center on I ntelligentC omputing for E nterprises & S ervices,H arbin I nstitute of T echnology战德臣哈尔滨工业大学教授.博士生导师黑龙江省教学名师教育部大学计算机课程教学指导委员会委员(1)数据模型的概念?战德臣教授数据模型vs.模式vs.数据?战德臣教授•数据模型•规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束•数据模型是对模式本身结构的抽象，模式是对数据本身结构形式的抽象比如：•关系模型：所有模式都可为抽象表(Table)的形式[数据结构]，而每一个具体的模式都是拥有不同列名的具体的表。
数据库系统基础教程PPT完整版
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概念设计的输出
概念设计的输出是概念模型，它为后续的逻辑设计和物理 设计提供了基础。
逻辑设计
逻辑设计的定义
逻辑设计是根据概念设计的结果，将概念模型转换为逻辑模型的过 程。逻辑模型是对数据库结构的详细描述，包括表、视图、索引等。
逻辑设计的方法
逻辑设计通常采用关系型数据库管理系统（RDBMS）来实现，包 括表的设计、关系的定义、约束的添加等。
数据库系统的维护与优化
数据库备份与恢复
定期备份数据库，确保在数据丢失或损坏时能够 恢复。
数据库安全更新与补丁
及时更新数据库系统和应用软件，修补安全漏洞。
ABCD
性能监控与调优
监控数据库性能，通过调整参数和优化查询等方 式提高性能。
数据库系统硬件与软件的维护
定期检查硬件和软件的运行状况，确保数据库系 统的稳定运行。
格式。
模式
02
也称为逻辑模式，描述了数据在数据库中的逻辑结构和关系。
外模式
03
也称为用户模式，描述了数据在用户视角下的表现形式和结构。
03 数据库设计
数据库设计概述
数据库设计定义
数据库设计的基本步骤
数据库设计是指根据特定需求，构建 一个结构合理、性能良好、操作方便 的数据库的过程。
需求分析、概念设计、逻辑设计、物 理设计等。
01
概述
人工智能技术的快速发展对数据库系统产生了深远影响，推动了数据库
系统的智能化进程。
02
挑战
人工智能时代对数据库系统的要求更高，需要具备自适应、自学习、自
推理等能力。
03
技术发展
人工智能技术在数据库系统中的应用不断深入，如机器学习、深度学习、
《数据库系统概论》课件
数据挖掘是从大量数据中提取有用的信息和知识的过程。数据挖掘技术包括关联分析、聚类分析、分类和预测等 ，可以帮助企业发现隐藏在数据中的价值。
分布式数据库系统
• 分布式数据库系统是一种将数据 存储在多个物理节点上的数据库 系统，每个节点拥有自己的存储 系统和处理能力。分布式数据库 系统可以实现数据的分散存储和 访问，提高数据的可用性和可扩 展性。
数据库
存储数据的物理结构。
查询优化器
优化查询性能，选择最佳的查 询执行计划。
用户界面
提供用户与数据库交互的界面 ，包括命令行界面和图形用户 界面。
06
数据库技术的发展趋 势
数据仓库与数据挖掘技术
数据仓库
数据仓库是一个大型、集中式的存储系统，用于存储和管理大量的数据，以便进行查询、分析和决策支持。数据 仓库技术包括数据清理、数据集成、数据存储和查询优化等技术。
需求分析阶段需要与用户进行深入交流，了解用户的需求和业务场景，并 整理成需求文档。
需求分析阶段还需要对数据进行分类和分析，确定数据的来源、结构和关 系。
概念设计阶段
01 概念设计阶段是根据需求分析的结果，设计出满 足用户需求的数据库概念结构。
02 概念设计阶段主要采用E-R图等工具进行数据模 型的设计，确定实体、属性、关系等概念。
数据的独立性
数据库系统将数据与应用程序分离， 使得数据的修改和应用程序的更新相 互独立。
数据的共享性
数据库系统允许多个用户同时访问和 操作数据，实现数据的共享和协同工 作。
数据库系统的分类
关系数据库系统
基于关系模型的数据库系统， 使用表格形式存储数据，支持
SQL语言进行数据操作。
非关系数据库系统
数据库系统原理教学课件-02.ppt
组，则称该属性组为候选码 最简单的情况：候选码只包含一个属性
全码
All-key 最极端的情况：关系模式的所有属性组是这个关
系模式的候选码，称为全码
34
主码
Primary key 若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主
SP E C IA L IT Y 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业
PO ST G R A DU AT E 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏
29
关系
Relation D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，
码
主属性
候选码的诸属性称为主属性（Prime attribute） 不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性
ER模型和关系模型
1
数据库系统的体系结构（模式结构）
用户1 用户2
用户3 用户4
外模式1 •••••• 外模式2
概念模式 内模式 数据库
形成？
2
构建数据库模式的过程
现实世界
使用概念层 数据模型
统一的概念描述 数据库模式
使用组织层 数据模型
3
概念层次数据模型
面向用户、面向现实世界的数据模型 抽象现实系统中有应用价值的元素及其
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 刘逸
表2.2 SAP关系
SPECIALITY 信息专业 信息专业 信息专业
POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏
32
属性
关系中不同列可以对应相同的域 为了加以区分，必须对每列起一个名字，
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External Schema
(Conceptual) Schema
Internal Schema
C-I Mapping (External) Conceptual Internal View View View E-C Mapping
数据库系统的标准结构 (4)数据库系统的标准结构?
战德臣 教授
研制成功格式文件系统 正式提出“Data Base”，并开始进行研究
第二阶段：数据库技术确立阶段(65/68-75)
三大数据库：层次、网状及关系数据库相继提出并进行了深入研究
商用数据库出现并应用，但多为网状及层次型系统 数据库研究形成理论基础：关系数据库理论
数据库系统的演变与发展 (1)简要发展史
数据库系统的演变与发展 (3)由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库
战德臣 教授
关 系 数 据 库 系 统 的 示 例
Select 学号，姓名 From 学生登记表 Where 性别 = ‘男’；
应用程序
打开文件 For K=1 to 最后一条记录 读第K条记录 识别出 性别 属性的值 If 性别 = ‘男’ then 显示第K条记录 Endif Next K 关闭文件
战德臣 教授
重要发展：由文件系统到数据库 文件系统
文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理、 文件保护、向用户提供操作接口 提供了不同的存取方法 ( 索引文件、链接文件、 直接存取文件、倒排文件等), 支持对文件的基本操 作 ( 增、删、改、查等 ), 数据存取基本上以记录为
单位
(优点)用户(程序)不必考虑文件存储的物理细节, 解脱了对物理设备存取 复杂性处理的负担
数据库系统的演变与发展 (3)由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库
战德臣 教授
重要发展：由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库 层次模型与网状模型数据库
数据之间的关联关系由复杂的指针系统来维系，结构描述复杂
数据检索操作依赖于由指针系统指示的路径 逐一记录的操作，不能有效支持记录集合的操作
External Schema
(Conceptual) Schema
Internal Schema
(External) View
Conceptual View
Internal View
数据库系统的标准结构 (3)三级模式两层映像?
战德臣 教授
两层映像
E-C Mapping：External Schema-Conceptual Schema Mapping ----将外模式映射为概念模式，从而支持实现数据概念视图向外部视图的转换 ----便于用户观察和使用 C-I Mapping：Conceptual Schema-Internal Schema Mapping ----将概念模式映射为内模式，从而支持实现数据概念视图向内部视图的转换 ----便于计算机进行存储和处理
分支，DB走向全面成熟，人称70年代为“数据库的年代”
第四阶段：数据库技术深化发展阶段(85年以来) 数据库方法逐步理论化、数据库设计理论不断完善 新型数据模型、专用数据模型, 专用型、新型数据库系统，不断涌现 数据库技术+其他计算机技术结合 == 面向各行各业的专用数据库
数据库系统的演变与发展 (2)由文件系统到数据库
数据库系统之一 --基础知识与关系模型
第2讲 数据库系统的结构抽象与演变
本讲学习什么?
基本内容
1. 数据库系统的标准结构?
2. 数据模型? 3. 数据库系统的演变与发展?
战德臣 教授
重点与难点
一组概念的区分：三级模式两层映像，物理独立性和逻辑独立性 一组概念的区分：数据模式数据模型 几种数据模型的差异：网状/层次模型关系模型OO数据模型
战德臣 教授
三级模式(三级视图)
External Schema ---- (External) View 某一用户能够看到与处理的数据的结构描述 (Conceptual) Schema ---- Conceptual View 从全局角度理解/管理的数据的结构描述, 含相应的关联约束 体现在数据之间的内在本质联系 Internal Schema ---- Internal View 存储在介质上的数据的结构描述，含存储路径、存储方式 、索引方式等
关系模型： Table/Relation Relation Calculation Constraints about Table
数据模型 (2)三大经典数据模型?
战德臣 教授
三大经典数据模型 • 关系模型： • 层次模型： • 网状模型：
表的形式组织数据 树的形式组织数据 图的形式组织数据
数据模型 (3)关系模型?
战德臣 教授
关系模型的例子
学生登记表( 学号 char(8), 姓名 char(10), 性别 Char(2), 出生年月 datetime, 入学日期 Datetime, 家庭住址 Char(40) )
表名
属性
元组
关系模型的模式
关系模型 (表的形式)
关系模型的数据
数据模型 (4)层次模型?
战德臣 教授
数据模型
数据模型 (1)数据模型的概念?
战德臣 教授
数据模型vs.模式vs.数据?
数据模型 (1)数据模型的概念?
战德臣 教授
模式 与 模式的结构：数据模型 •数据模型
• 规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束 • 数据模型是对模式本身结构的抽象，模式是对数据本身结构形式的抽象
由DBMS统一存取、维护数据组织形式及语义， 可较强地独立于应用程序(数据的物理独立性和逻 辑独立性) 把数据及数据结构的定义和描述从应用程序中分 离出去，交给DBMS, 使得多个应用程序可共享数 据及数据结构的操作, 数据存取可以记录为单位， 也可以以数据项和记录集合为单位 统一的数据控制功能，数据共享程度高: 系统可 自动检查安全性、完整性和并发正确性 整体数据结构化，文件 (Table)之间、记录之间 相互有关联，数据的冗余度小，易扩充 独立于应用程序的高效率查询/统计操作
战德臣 教授
定义“学生登记表”文件的 数据结构； 打开”学生登记表”文件 For K=1 to 最后一条记录 读第K条记录 识别出 性别 属性的值 If 性别 = ‘男’ then 显示第K条记录 End if Next K 关闭 文件
文 件 系 统 的 示 例
应用程序
操作系统
数据集合
数据库系统的演变与发展 (2)由文件系统到数据库
应用程序
数据库管理系统
读取数据的细节 例如： SetDataStructure() Open() SetRecordPointer() Read(); Write(); Close(); ……
操作系统
数据库系统的演变与发展 (2)由文件系统到数据库
战德臣 教授
重要发展：由文件系统到数据库
数据库系统
数据库系统的标准结构 (5)两个独立性?
战德臣 教授
为什么要按照标准结构进行 数据库系统的抽象?
数据库系统的标准结构 (5)两个独立性?
战德臣 教授
逻辑数据独立性
当概念模式变化时，可以不改变外部模式(只需改变E-C Mapping)，从而无需 改变应用程序
物理数据独立性
当内部模式变化时，可以不改变概念模式(只需改变C-I Mapping) ，从而不改 变外部模式
External Level Data
Conceptual Level Data
Internal Level Data
数据库系统的标准结构 (2)数据(视图)与模式?
战德臣 教授
数据 与 数据的结构--模式
•模式(Schema)
对数据库中数据所进行的一种结构性的描述 所观察到数据的结构信息
•视图(View)/数据(Data)
战德臣 教授
---- 简要发展史：四个阶段(续) 第三阶段：数据库技术成熟阶段(76-80s前期)
提出了标准化数据库系统结构模型 关系DB系统迅速发展：如SQL, QBE, System R ,Ingres等
关系理论日臻完善，包括规范化理论，关系语言，RDB的设计与实现，
新型关系模型等； 数据库应用已十分普及，渗透到社会各个方面，出现众多DB的技术
数据库 Database
(DBAP)
图书采购员
图书采购 收发管理
收发人员
数据库系统的标准结构 (1)数据库系统的分层抽象?
战德臣 教授
DBMS管理数据的三个层次
External Level = User Level 某一用户能够看到与处理的数据, 全局数据中的某一部分 Conceptual Level = Logic level 从全局角度理解/管理的数据, 含相应的关联约束 Internal Level = Physical level 存储在介质上的数据，含存储路径、存储方式 、索引方式等
数据库管理系统
操作系统
数据库系统的演变与发展 (4)由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库
战德臣 教授
重要发展：由关系数据库到对象关系数据库、面向对象数据库 关系数据库
按行按列形式组织数据：关系的第1范式
数据项的不可再分特性 关系运算: 关系代数、元组演算、域演算--标准SQL 关系数据库设计理论
数据库系统的演变与发展 (3)由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库
战德臣 教授
重要发展：由层次模型数据库、网状模型数据库到关系数据库
关系模型数据库
数据之间的关联关系由Table中属性的值来表征，结构描述简单： Table/relation 数据检索操作不依赖于路径信息或过程信息，支持非过程化的数据操作 有效支持记录集合的操作 较为完善的理论基础