《数据库系统》教学课件.ppt

数据库系统欢迎参加数据库系统课程！本课程将深入探索现代数据库技术的核心理念与实践应用，带您了解从关系型数据库到NoSQL、分布式系统的全面知识体系。我们将理论与实践紧密结合，通过系统的课程设计，帮助您掌握数据库设计、实现与优化的专业技能，为您的学术研究或职业发展打下坚实基础。无论您是初学者还是有一定经验的开发者，本课程都将为您提供宝贵的知识与技能，助您在数据管理领域取得成功。

数据库系统导论1文件系统阶段20世纪60年代前，数据主要以文件形式存储，数据冗余度高，一致性难以保证。2层次与网状数据库60-70年代，出现了IMS、IDS等早期数据库系统，但结构复杂，数据独立性不足。3关系数据库70年代后，关系模型兴起，Oracle、DB2等系统逐渐成熟，成为主流数据管理技术。4NoSQL与大数据21世纪初至今，MongoDB、Redis等多样化数据库技术蓬勃发展，应对大数据挑战。数据库技术的发展是计算机科学重要里程碑，从早期文件系统到现代分布式数据库，反映了信息管理需求的不断演进。今天，数据已成为企业核心资产，高效的数据管理系统是现代组织运营的基础。

数据库基本概念数据数据是描述事物的符号记录，是对客观事物的逻辑表达。数据本身没有意义，只有经过处理转化为信息才有价值。例如：学生姓名、课程成绩等。数据库数据库是按照数据结构组织、存储和管理数据的仓库。它是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据集合，具有最小冗余度和较高的数据独立性。数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是一种系统软件，提供数据定义、操纵、控制和共享等功能，负责数据库的创建、使用和维护。如MySQL、Oracle等。数据库系统由数据库、数据库管理系统、应用程序及数据库管理员组成，是一个复杂的、统一管理和使用共享数据的集合体。现代数据库系统支持多层抽象，从物理存储到用户视图，降低了系统复杂性。

数据模型概述外部模型(用户视图)最接近用户的视图层逻辑模型(概念层)独立于硬件的逻辑结构物理模型(存储层)数据在物理设备上的组织数据模型是对现实世界数据特征的抽象，是数据库系统的核心和基础。概念模型主要采用实体-联系方法（E-R图），关注问题本身，与具体DBMS无关。逻辑模型将概念模型转换为特定数据库系统支持的结构，如关系模型、层次模型等。物理模型关注数据在存储介质上的组织方式，如索引结构、访问路径等，直接影响系统性能。三种模型的有效结合，确保了数据库设计的科学性和系统实现的高效性。

关系数据模型基础关系的数学定义关系是笛卡尔积的子集，形式化表示为域D上的关系是D1×D2×...×Dn的子集。在实际应用中，关系通常表现为二维表，其中行代表元组，列代表属性。关系代数基本运算关系代数是一种抽象的查询语言，包括选择、投影、并、差、交、笛卡尔积等基本操作，以及连接、除法等复合操作。这些运算形成了SQL查询的数学基础。元组与属性元组是关系中的一行，代表一个实体实例；属性是关系的一列，表示实体的一个特性。关系模式定义了关系的结构，包括关系名和属性集合。关系数据模型基于集合论和谓词逻辑，由E.F.Codd于1970年提出，是目前最主要的数据模型。它结构简单、易于理解，有坚实的数学基础，支持强大的关系操作，实现了较高的数据独立性。

关系数据库设计第一范式(1NF)要求关系中的每个属性都是不可分的基本数据项，即属性不能是复合的或多值的。例如，将地址拆分为省、市、街道等具体属性。第二范式(2NF)在1NF的基础上，要求非主属性完全依赖于主键。如果存在部分依赖，就需要进行分解。这消除了非主属性对主键的部分依赖。第三范式(3NF)在2NF的基础上，要求消除非主属性对主键的传递依赖。即不允许非主属性依赖于另一个非主属性，这消除了表内的冗余。BC范式(BCNF)更严格的3NF，要求所有决定因素必须是候选键。BCNF消除了主属性对候选键的部分依赖和传递依赖问题。范式理论是关系数据库设计的核心，通过规范化过程可以减少数据冗余、避免异常，提高数据库的一致性和效率。实际设计中，通常以3NF或BCNF为目标，但有时为了查询性能，可能会适当反规范化。

主键和外键主键定义主键是关系中能唯一标识每个元组的属性或属性组合，必须满足唯一性和非空性。良好的主键应该是稳定的、简洁的，且与业务无关。常见的主键类型包括自然主键和代理主键。外键约束外键是关系中引用另一个关系主键的属性或属性组合，建立了关系之间的联系。外键约束确保引用完整性，防止产生孤立的记录，维护数据的一致性。关系完整性关系完整性包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性三部分，通过主键、外键等约束机制实现。这些约束确保数据库中存储的数据符合业务规则。主键和外键是关系数据库的核心概念，通过它们可以建立表之间的关联，形成完整的数据结构。主键确保了每条记录的唯一性