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1、1,数据库原理与应用,度,2,考试题型,一、填空二、判断三、选择四、简答五、应用,3,基础篇,基本概念、产生与发展关系数据库、查询优化规范化理论、体系结构,DB设计,恢复技术并发控制安全性完整性,设计篇,系统篇,DB,应用篇,4,数据库系统的组成,5,6,DB：在计算机的存储设备上合理存放、相关联、有结构的数据集合。,几个重要的基本概念,DBMS：数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。它主要功能是建立和维护数据库，接受和完成用户访问数据库的各种请求。功能：数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理、数据库的建立和维护功能,7,DBS：数据库系统是指在计算机系统中引进数据库
2、和数据库管理系统后的组成。,DBAS：数据库系统及应用程序的组成。,数据库的产生：人工管理阶段、文件系统阶段 数据库系统阶段,数据库系统的特点：数据结构化；数据的共享性高、冗余度低、易扩充；数据独立性高；数据由DBMS统一管理和控制（数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制、数据库恢复）,三个重要里程碑：IMS系统、DBTG系统、关系数据库系统,8,数据模型:现实世界的模拟。最常用的数据模型：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件。关系模型：数据结构：二维表格（常用术语：关系、元组、属性、主码、域、分量、关系模式）数据操纵和完整性约
3、束：（完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性）优点：坚实的理论基础、表达能力强、简单、数据独立性高。缺点：效率低,9,DBS的三级模式结构,10,关系:关系定义、关系的性质、关系操作关系代数：并、差、交、笛卡尔积、选择、投影、连接、自然连接、除关系演算：元组关系演算、域关系演算关系模式：关系的描述。R(U，F)关系数据库：所有实体及实体之间联系的关系的集合。,关系数据库,11,关系模式（Relation Schema）关系模式是关系中信息内容结构的描述。R（U，D，DOM，I，）R：是关系名U：是组成关系R的全部属性的集合D：是U中属性取值的值域DOM：是属性列到域的映射I：是一组
4、完整性约束条件（F）：是属性集间的一组数据依赖简写：R（U）或 R（U，F）,12,APLHAQUEL,13,14,SQL语言：特点：综合统一、高度非过程化、面向集合的操作方式、提供两种使用方式、简捷、易学易用。数据定义：定义基本表、修改基本表、删除基本表建立与删除索引：建立索引、删除索引查询：单表查询、连接查询、嵌套查询、集合查询数据更新：插入数据、修改数据、删除数据视图：从一个或几个基本表（或视图）导出的表。建立视图的优点：简化用户的操作、灵活、提供一定程度的逻辑独立性、提供安全保护。,15,关系系统的定义：支持关系模型的数据库管理系统。关系系统的分类：表式系统：仅支持数据结构。(最小)关
5、系系统：数据结构+三种关系操作。关系完备的系统:数据结构+所有关系代数操作。全关系系统：支持关系模型的所有特征。S:结构 M:数据操纵 I:完整性,关系系统及其查询优化,16,查询优化目的：即在许多存取方案中选择最佳的存取方案，以获得较高的查询效率。查询优化准则：1、尽可能早地执行选择操作（减少中间运算结果）2、对关系进行预处理（索引、排序）3、同时进行投影和选择运算4、把投影同其前或后的双目运算结合起来。（合并连接的选择与投影操作，以减少扫描的次数）5、合并选择与笛卡尔积组成一个连接6、寻找公共子表达式,查询优化,17,关系数据理论,范式：符合某些条件的关系模式集合。关系模式一般简写为：R(
6、U，F)或 R(U)F数据依赖：关系中属性间互相依存、互相制约的关系。如：函数依赖、多值依赖等。1NF 2NF 3NF BCNF 4NF 5NF建立多级范式的必要性：冗余太大、操作异常插入异常、删除异常、修改异常,18,函数依赖：属性或属性组之间可能存在的依赖性。决定因素、平凡的函数依赖、非平凡的函数依赖、互相依赖、完全函数依赖、传递函数依赖码：候选码、主码、主属性、非主属性、全码、外码。1NF：满足关系的每一个分量是不可分的数据项。2NF：若R1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则R2NF。3NF：若R 2NF，且每一个非主属性不传递依赖于码，则R3NF。BCNF：若R BCNF，当且
7、仅当每一个决定因素都是码。,19,数据依赖的公理系统,逻辑蕴含：XY可以由F导出Armstrong公理系统：,自反律、增广律、传递律是最基本的Armstrong公理。,由上面三个公理可以推导出合并、伪传递、分解规则。,等价的定义：如果G+=F+，就说F与G等价。最小依赖集：F中任一函数依赖的右部仅含有一个属性、不存在冗余FD、决定因素不存在冗余。,20,求XF+的算法(1)令X(0)=X，i=0(2)求B,B=A|(V)(W)(VWFVX(i)AW)(3)X(i+1)=BX(i)(4)判断X(i+1)=X(i)吗？(5)若相等或X(i)=U则X(i)就是XF+，算法终止。(6)若否，则i=i+
8、1，返回第(2)步。定理：Armstrong公理系统是有效的、完备的。有效性：指由F出发根据Armstrong公理推导出来的每一个函数依赖一定在F+。完备性：指F+中的每一个函数依赖，必定可以由F出发根据Armstrong公理推导出来。,21,无损连接性：如果一个关系模式分解后，可以通过自然连接恢复原模式的信息，这一特性称为分解的无损连接性。,模式分解：,函数依赖保持性：若关系R(U,F)的一个分解=R1(U1,F1),Rk(Uk,Fk)的所有函数依赖的并集(Fi)逻辑蕴涵了F中所有函数依赖，即(Fi)+=F+，则称分解具有函数依赖保持性。,22,数据库设计,需求分析：是整个设计过程的基础。(
9、1)信息需求分析(2)操作需求分析概念结构设计：将需求分析的结果用一种工具进行形式化的定义和描述，是整个DB设计的关键。如：E-R图逻辑结构设计：概念模型数据模型 根据需求分析和概念设计的结果，选择合适的数据模型，并选用某一设计方法构造一数据库模式。,23,物理设计：选择合适的物理结构。选取合适的物理结构（包括存储结构和存取方法）。实施阶段：根据逻辑设计和物理设计建立数据库；编制和调试应用程序；试运行；DB运行和维护阶段 根据运行记录对DB进行评价；根据评价对DB调整和修改,24,数据库安全性,数据库安全性：保护数据库以防止不合法使用。数据库安全性控制：用户标识与鉴别、存取控制、视图机制、审计
10、、数据加密。,25,数据库完整性,数据库完整性：数据的正确性和相容性。完整性和安全性的区别：完整性约束条件：加在数据库数据之上的语义作用对象：关系、元组、列。状态：静态、动态完整性控制：定义功能、检查功能、保证完整性约束条件,26,数据库恢复技术,事务：是一个不可分割的操作序列，该操作序列要么全做，要么全不做。事务的性质：原子性、一致性、隔离性、持续性。恢复技术：把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。常用的技术：数据转储、日志文件、设置检查点、数据库镜像故障的种类及恢复：事务内部故障及恢复、系统故障、介质故障、计算机病毒,27,并发控制,并发操作会造成数据库的不一致性。丢失修改 不可重复读 读“脏”数据封锁：排它锁 共享锁封锁协议：一级封锁协议 二级封锁协议 三级封锁协议活锁与死锁：避免活锁的方法：采用先来先服务的原则。解决死锁的方法：预防死锁：一次封锁法 顺序封锁法 判断并解除死锁：超时法 等待图法串行化：事务的表示方法、冲突操作、调度、串行调度、可串行化的调度、2PL、串行化定理,28,DB,DBMS,DBAS,恢复技术并发控制安全性完整性,规范化理论数据库设计,关系数据库SQL查询优化,
