《数据库原理与应用》PPT课件 陈志泊 北京林业大学

 
课件内容： 
数据库系统概述 
【学习目标】（1）能够理解信息、数据与数据处理的正确含义，数据管理技术发展的3个阶段的特点，数据库系统的组成和结构，数据库系统常见的外部体系结构，三个世界的相关概念的对应关系，层次模型和网状模型表示数据的结构特点以及主要问题，关系和面向对象的模型的含义和特点，大数据技术的性质，我国典型的自主知识产权数据库。（2）能够掌握数据库模式的关系数据库的含义，从客观世界到计算机世界的数据抽象过程，能够分析数据库管理系统的三级模式、二级映像（二级映射）的原理以及所带来的逻辑独立性和物理独立性等优势，能够准确判断客观世界中常见实体之间的关系类型。 
【教学安排】 
第1讲： 数据库课程概述及数据库相关概念（课程的目标；课程的主要授课内容；数据库课程与其他课程的关系；数据和信息；数据库；数据库管理系统；数据库系统）。 
第2讲：数据库技术的产生与发展（数据管理技术的产生和发展）。 
第3讲：数据库系统组成（数据库系统的组成要素）。 
第4讲：数据库的内部和外部体系结构（数据库系统的体系结构；数据库系统的内部体系结构；数据库系统模式的概念；数据库系统的三级模式结构；数据库的二级映像功能与数据独立性；数据库系统的外部体系结构）。 
第5讲：三个世界及有关概念（数据抽象的三个世界，三个世界涉及的各类数据库概念）。 
第6讲：数据模型（数据模型的组成要素；概念模型；层次模型；网状模型；关系模型；面向对象模型）。 
【知识点和重难点】 
知识点：数据库的发展历史、三个世界的主要概念、具有数据库的软件系统的架构、数据库系统确保数据逻辑独立性和物理独立性的方法、如何将客观世界的内容转换为计算机世界中的数据、数据在数据库的组织模型等内容。 
重点：掌握数据库的三层模式和二级映像、数据库系统中数据库与数据库管理系统之间的关系、三个世界中各类概念的关系以及不同数据模型的优点和缺点。 
难点：数据库的物理独立性和逻辑独立性。 
关系数据库模型 
【学习目标】（1）能够理解域、笛卡尔积的概念，能够掌握关系的性质以及规范化关系的要求，能够理解关系模式、关系数据库和关系数据库模式等概念之间的关系，能够理解θ连接、等值连接和自然连接的关系。（2）能够根据候选码、外码的定义和内涵识别出常见关系的候选码，能够深刻理解实体完整性和参照完整性与主码和外码的关系，并能够分析和验证常见关系是否满足实体完整性和参照完整性要求，掌握一些常见场景中用户自定义完整性的表述方法，能够运用元组关系演算和域关系演算实现单关系和多关系间的简单查询任务。（3）能够在多关系上熟练运用关系代数中的传统集合运算、专门的关系运算（选择，投影，连接和除法）实现各类简单和复杂的查询任务。 
【教学安排】 
第1讲 关系模型的数据结构及其形式化定义（关系的形式化定义；关系的性质；关系模式；关系数据库模式）。 
第2讲 关系的码和关系的完整性（候选码和主码；关系的实体完整性；关系参照完整性；关系的用户自定义完整性）。 
第3讲 关系代数（关系代数的分类及运算符；传统的集合运算；专门的关系运算）。 
第4讲 关系演算（元组关系演算；域关系演算）。 
【辅助教程（前序知识与学习指导）】 
1. 集合的相关概念； 
2. 笛卡尔积和关系 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授关系数据库的数学基础、关系数据库如何确保与客观世界内容相互一致的方法、关系数据库的操作方法（SQL语句的产生基础）等。 
重点：掌握关系的性质、关系数据库中完整性与主码及外码的关系、使用关系代数操作数据库的方法、使用关系演算操作数据库的方法。 
难点：关系的连接操作、关系代数中除法运算以及元组关系演算。 
关系数据库标准语言-SQL语言 
【学习目标】（1）能够了解有关SQL语言的发展特点及标准化过程，理解SQL语言的非过程化特点以及SQL语言涉及的主要概念，能够在各类操作系统中搭建SQL Server的开发环境并能够了解SQL Server安装后提供的系统数据库。（2）能够使用SQL Server的关键组件SQL Server Management Studio进行数据库、数据表以及数据的增、删、改、查等操作，能够通过SQL Server Management Studio创建、查看和修改索引和约束。（3）能够理解索引的用途以及索引粒度对数据库系统的影响，能够针对不同应用场景，选择合适的数据类型和数据精度对其刻画和描述，能够明确视图的应用范围和存储特点。能够理解子查询和相关子查询的运行差异。 （4）能够针对软件工程中数据库物理设计结果，熟练的运用SQL语句进行数据数据库的创建和删除、带约束条件的数据表的创建、修改和删除。能够综合运用条件查询、分组查询、常用库函数、子查询、查询排序、内外连接查询、合并查询等实现各类业务应用系统的数据处理任务。能够根据业务需要，运用SQL语句创建、查询和删除单表和多表基础上的视图。能够掌握通过已有数据表中数据创建数据表的方法。 
【教学安排】 
第1讲 SQL概述（SQL标准化过程；SQL基本概念；SQL特点；SQL Server介绍）。 
第2讲 数据库的结构、创建和使用（数据库的结构；SQL Server数据库；数据库的创建；数据库的修改；数据库的删除；查看数据库信息）。 
第3讲 数据类型（数据类型）。 
第4讲 数据表的创建和使用（创建数据表；定义数据表约束；修改数据表；删除数据表；查看数据表）。 
第5讲 单关系（表）的数据查询。 
第6讲 多关系（表）的数据查询。 
第7讲 子查询（普通子查询和相关子查询）。 
第8讲 其他类型查询。 
第9讲 数据表中数据的操纵（修改数据；添加数据；删除数据）。 
第10讲 视图（视图的作用；创建视图；修改视图；删除视图；查询视图；更新视图）。 
第11讲 创建与使用索引（索引概述；索引类型；索引设计；索引使用和优化）。 
【辅助教程】 
1.使用虚拟机安装Windows 
2.SQL Server 安装教程上 
3.SQL Server 安装教程下 
4. MySQL安装 
5. MySQL管理工具的选择和使用 
【实验指导】 
实验3.1 SQL Server 2012的安装和使用 
实验3.2 设计数据库、创建数据库和数据表 
实验3.3 数据库的单表查询和连接查询 
实验3.4 数据库查询和数据操纵 
实验3.5 视图 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授SQL语言有关数据库和数据表的创建、修改、删除等操作语法和案例，讲授使用SQL语句进行数据表中数据查询、修改、删除的语法和案例，讲授数据库视图和索引等概念和操作方法。 
重点：掌握SQL语句创建数据库、创建数据表结构、修改数据表结构、删除数据表、数据表连接查询、子查询、视图的用途以及索引分类等内容。 
难点：SQL连接查询、SQL子查询和分组查询等。 
关系数据库的规范化 
【学习目标】（1）能够理解不规范关系带来的问题以及规范化问题的提出原因，能够理解函数依赖的含义并可以分析和提取常见关系模式上的函数依赖关系。（2）能够掌握Armstrong推理规则和推论的含义并能够根据函数依赖定义证明推理规则的正确性。能够掌握运用函数依赖推理规则从已知的函数依赖集中推理所有函数依赖的方法。（3）能够深刻理解属性集闭包的含义和应用场景，并可熟练的求解任意关系上的属性集闭包。能够根据给定的函数依赖集对属性进行归类，然后使用候选码求解算法，求解给定关系上的候选码。理解函数依赖集逻辑等价的含义并可使用最小函数依赖集求解步骤求解给定函数依赖集的最小函数依赖集。（4）能够理解关系模式分析的目标和意义，并能够分析和验证给定关系模式的分解结果是否保持函数依赖并具有无损连接性。（5）能够理解第一范式、第二范式、第三范式和BC范式的定义和对关系规范化约束的递进关系，并能够分析和验证给定关系模式属于哪一级范式。（6）能够熟练使用关系的规范化步骤，对抽象后的关系模式进行指定范式级别规范化操作。掌握如何将给定的关系模式分解为保持函数依赖且具有无损连接的第三范式和BC范式的方法。 
【教学安排】 
第1讲 规范化问题的提出 
第2讲 函数依赖（定义；逻辑蕴含；函数依赖的推理规则；完全函数依赖；部分函数依赖；传递函数依赖；属性集闭包算法；候选码求解算法；函数依赖集的等价性；最小函数依赖）。 
第3讲 关系模式的分解（问题概述；无损连接分解；无损分解测试算法；保持函数依赖的分解）。 
第4讲 关系模式的范式（第一范式；第二范式；第三范式；BC范式）。 
第5讲 关系模式的规范化（关系模式规范化的步骤；关系模式规范化的要求）。 
【辅助教程】 
规范化问题的理解 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授关系数据规范化的必要性、函数依赖定义和特点、关系模式的分解方法、关系规范化范式等级。 
重点：掌握使用函数依赖计算属性集闭包、候选码和最小函数依赖集的方法，掌握3NF无损连接和满足函数依赖的转化方法等。 
难点：验证抽象后的关系模式属于范式的级别和通过范式的方法抽象数据库模式。 
数据库安全和管理 
【教学目标】（1）能够理解数据库安全性的内涵和外延以及数据隐私安全在大数据时代的意义，了解有关安全性控制常见策略，理解SQL Server控制数据安全性的3级机制以及登录账号和数据库账号在安全机制中的作用和映射关系。能够理解登录账号和数据库账号的常见角色以及数据库权限授予和回收的方法。能够熟练使用SQL Server Management Studio进行登录账号、用户账号设置的创建、角色和权限分配以及删除的方法。（2）能够理解数据库完整性的含义，使用形式化方式描述完整性规则的方法。能够理解常见完整性约束的分类，并掌握通过规则和默认的创建及绑定实现数据库完整性的方法。（3）能够理解数据库并发的内涵、事务的定义以及事务的4个主要特性。能够分析数据并发操作带来的数据不一致问题的根源 理解写锁和读锁对数据读写并发操作的影响，并能够熟练掌握使用三级封锁协议解决数据不一致性的方法。理解数据库死锁产生的原因、常见分析方法以及解决数据库死锁的常见办法。（4）能够理解数据库恢复的含义以及日志和转储在数据库恢复中的作用，能够识别三类常见的数据库故障并掌握使用日志和转储进行数据库故障恢复的策略和步骤。 
【教学安排】 
第1讲 数据库的安全性（数据库安全性含义；安全性控制一般方法；SQL Server安全性机制；SQL Server身份验证模式；SQL Server登录账号；SQL Server数据库账号）。 
第2讲 数据完整性控制（数据完整性含义；完整性规则的组成；完整性约束条件的分类；数据库完整性的实施；规则；默认）。 
第3讲 并发性控制与封锁（数据库并发性含义；事务性质；并发操作与数据不一致性；封锁）。 
第4讲 数据库的恢复（数据库恢复的含义；数据库恢复及其实现技术；数据库的故障和恢复的策略）。 
【辅助教程】 
1. My SQL的安全配置 
2. My SQL的数据备份和恢复 
【实验指导】 
实验5.1 SQL Server数据库安全配置 
实验5.2 SQL Server数据库系统的备份和恢复 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授保护数据安全性的方法、数据库完整性控制手段-规则和默认、数据库并发操作导致的问题以及封锁协议、数据库故障的类型以及恢复方法。 
重点：使用SQL Server登录账号和数据库账号两级保障数据库的方法、数据库规则和默认的主要用途、使用读锁和写锁实现三级封锁协议的方法、数据库恢复的基础。 
难点：SQL Server登录账号和数据库账号的关系、SQL Server登录账号和数据库账号的权限管理、规则和默认在删除时候注意的事项、三级封锁协议。 
关系数据库的设计 
【学习目标】（1）能够理解数据库设计的主要工作和内容，理解自顶向下和自底向上方法论在数据库设计中的内涵，掌握数据库设计的主要步骤，了解华人科学家在数据库设计领域中的贡献和作用。（2）能够理解数据驱动的数据库需求分析方法和E-R图的组成要素，掌握在需求分析基础上，通过E-R图分析和抽象概念模型的方法，掌握在中大型数据库设计过程中，局部E-R图集成为全局E-R图时遇到冲突的解决方法。（3）能够熟练将E-R图转换为关系模式，并能够运用数据库规范化理论分析关系模式的范式级别。能够结合需求分析的对照结果、范式分析结果以及性能评价结果，对关系模式进行优化和改进。（4）能够理解数据库物理设计的主要任务以及关键步骤，物理结构评价和优化的方法。能够理解数据库实施、运行和维护的主要任务。 
【教学安排】 
第1讲 数据库设计概述（数据库设计任务；数据库设计方法；数据库设计步骤；华人科学家在数据库设计领域中的贡献）。 
第2讲 系统需求分析（需求分析的任务；需求分析的方法）。 
第3讲 概念结构设计（概念结构设计的必要性；概念模型的特点；概念模型的E-R表示方法；概念结构设计的方法和步骤）。 
第4讲 逻辑结构设计（逻辑结构设计的任务和步骤；关系模式的规范化；模式的评价和改进）。 
第5讲 物理结构设计（物理结构设计的内容；评价物理结构）。 
第6讲 数据库实施与维护（数据库实施的重点；数据库运行维护的重点）。 
【辅助教程】 
使用PowerDesingner进行数据库设计 
【实验指导】 
实验6.1 数据库系统的概要设计 
实验6.2 数据库系统的逻辑设计 
实验6.3 数据库系统的物理设计 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授数据库设计的关键步骤、概念设计过程和使用工具、逻辑设计过程、物理设计过程、数据库实施和运维过程。 
重点：概念设计中E-R图的使用、各阶段设计的侧重点、概念设计和逻辑设计的转换方法。 
难点：客观世界问题到E-R模型的抽象过程、概念设计到逻辑设计的转化方法。 
SQL Server 高级应用 
【学习目标】（1）能够掌握Transact-SQL程序设计中语法结构、常用命令、常用函数以及用户自定义函数的区别，能够根据数据处理需要，通过Transact-SQL编写简单的用户自定义函数。（2）能够根据实际数据处理需要，进行简单存储过程创建、查看、修改、删除操作。理解触发器与存储过程的关系、触发器的原理以及触发器的常见应用场景。（3）能够理解数据库备份和还原的原理，能够掌握使用转储和脚本两种数据库备份和还原的方法。 
【教学安排】 
第1讲 Transact-SQL程序设计（变量、批处理、流程控制命令、常用命令和常用函数）。 
第2讲 存储过程（存储过程的概念；创建存储过程；查看存储过程；执行存储过程；修改存储过程） 
第3讲 触发器（触发器概述；触发器工作原理；创建触发器；查看触发器；修改触发器）。 
第4讲 备份和还原（数据库备份和还原概述；备份数据库的方法；还原数据库的方法）。 
【辅助教程】 
1. MySQL存储过程设计 
2. MySQL触发器设计 
【实验指导】 
实验7.1 T-SQL程序设计 
实验7.2 存储过程设计 
实验7.3 触发器设计 
【知识点和重难点】 
知识点：讲授T-SQL的基本语法、自定义函数类型和方法、存储过程的语法结构和案例、触发器的原理和用途、数据库备份和还原的方法。 
重点：自定义函数的编写、存储过程的编写、触发器的应用场景选择、数据库备份和还原的主要手段及注意事项。 
难点：表值函数的编写、存储过程的编写。