數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程設(shè)計講義

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程設(shè)計講義黑龍江大學(xué)軟件學(xué)院數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程設(shè)計講義一、開設(shè)本課程設(shè)計的目的本課程是計算機專業(yè)中一門重要的專業(yè)理論課。為配合數(shù)據(jù)庫原理課程的教學(xué)，通過模擬DBMS的實現(xiàn)，更深刻地領(lǐng)會DBMS的工作原理和實現(xiàn)方法，從而具有初步開發(fā)系統(tǒng)軟件的實際能力，特開設(shè)此課程設(shè)計。二、課程設(shè)計的題目用高級程序設(shè)計語言實現(xiàn)DBMS原型設(shè)計及實現(xiàn)。三、課程設(shè)計的主要內(nèi)容 通過模擬DBMS的實現(xiàn)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握關(guān)系代數(shù)語言的運算功能；了解DBMS的DDL、DML、DCL等功能的實質(zhì)含義；掌握結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法；了解大型軟件的設(shè)計技術(shù)。四、課程設(shè)計的具體內(nèi)容和要求1、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫（DDL）功能模擬在熟悉

2、和掌握某一關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的基礎(chǔ)上，用高級程序設(shè)計語言創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。具體包括：（1）建立“建庫”功能的總體菜單，包括建立庫結(jié)構(gòu)、輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和內(nèi)容、退出等功能。 （2） 實現(xiàn)建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能。要求：能輸入任意表名（即關(guān)系名） 字段個數(shù)、名稱任意給定（包括字段名、字段類型、長度任意）。 （3）實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)庫記錄的功能。 （4）實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和內(nèi)容（最好以表格形式顯示） （5）實現(xiàn)對主關(guān)鍵字的索引功能。 （6）實現(xiàn)建立視圖的功能。 （7）建立數(shù)據(jù)字典保存三級模式中有關(guān)視圖、基本表、存儲文件的定義。2、關(guān)系代數(shù)運算（DML）功能模擬 將關(guān)系代數(shù)語言的選取、投影、連接運算公式進行等價變換

3、，以便輸入計算機，被計算機接受和識別。（1）用高級程序設(shè)計語言做工具，實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)語言中集合的并、交、差運算功能。并以表格形式顯示的運算結(jié)果。（2）采用索引的方式，用高級語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中選取運算的功能。包括帶有“及” 、“或”條件的查詢，并以表格形式顯示的運算結(jié)果。（3）用高級語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中投影運算的功能。并以表格形式顯示的運算結(jié)果。（4）采用索引的方式，用高級程序語言實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)語言自然連接、等值連接等運算功能。并以表格形式顯示的運算結(jié)果。3、關(guān)系演算（DML）功能模擬 （1）系統(tǒng)掌握DBMS中關(guān)系演算語言的功能，以QUEL語言為樣本，用C語言實現(xiàn)對用規(guī)定符號表達(dá)的簡單查詢命令行進

4、行識別，以表格形式顯示查詢結(jié)果。（2）熟悉QUEL語言的查詢功能，用高級語言模擬實現(xiàn)對含有“及”、“或”、“非”符號的命令行進行識別，并以表格形式顯示查詢結(jié)果。4、關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)，用高級語言實現(xiàn)啟發(fā)式關(guān)系代數(shù)優(yōu)化算法以及啟發(fā)式關(guān)系演算優(yōu)化算法。5、數(shù)據(jù)庫保護（DCL）功能模擬要求根據(jù)數(shù)據(jù)字典（DD）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的安全性檢查和完整性約束的機制；利用事務(wù)的封鎖機制實現(xiàn)對事務(wù)處理的并發(fā)控制；利用建立日志文件及周期性備份的機制實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)。6、綜合設(shè)計 （1） 將前幾個實驗利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法綜合為一個完整的程序系統(tǒng)。（2） 設(shè)計該系統(tǒng)的總體菜單。 （3）

5、通過總體菜單選擇某一功能進入子菜單。 （4） 通過某一功能子菜單，進入相應(yīng)各個子系統(tǒng)，完成具體的功能。（5）通過輔助工具，進一步豐富和完善上述程序窗口界面的設(shè)計。（6） 采用軟件工程的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，將上述各種程序綜合為一個完整的軟件系統(tǒng)，以達(dá)到系統(tǒng)掌握開發(fā)系統(tǒng)軟件的方法和技術(shù)的目的。五、教學(xué)文件及教學(xué)形式教學(xué)文件：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理李建中 編著電子工業(yè)出版社教學(xué)形式：教學(xué)及實驗同步進行，并按實驗要求上機實驗，編程調(diào)試。實驗一 關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL語言的使用實驗條件：提供以SQL語言為核心的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（如ORACLE，DB2，SYBASE，SQL Server,Visual Foxpro 等）上機

6、環(huán)境。（一）實驗?zāi)康模和ㄟ^上機實踐，了解DBMS和SQL的概貌。熟練掌握SQL的數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、完整性控制等功能。（二）實驗內(nèi)容及步驟：實驗1 基本表的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)插入（1）建立教學(xué)數(shù)據(jù)庫的三個基本表：S（S#，SNAME，AGE，SEX） 學(xué)生（學(xué)號，姓名年齡，性別）SC（S#，C#，GRADE） 學(xué)習(xí)（學(xué)號，課程號，成績）C（C#，CNAME，TEACHER）課程（課程號，課程名，任課教師）（2）用INSERT命令輸入數(shù)據(jù)?；颈鞸的數(shù)據(jù)：S1 WANG 20 MS2 LIU 19 MS3 CHEN 22 MS4 WU 19 MS5 LOU 21 FS8 DONG 18 F基本表C的數(shù)據(jù)

7、：C1 DB LIC2 MATHS MAC3 CHEMISTRY ZHOUC4 PHYSICS SHIC5 OS WEN基本表SC的數(shù)據(jù)：S1C180S1C2 70S1C385S1C490S1C570S2C185S3C190S3C285S3C395S4C175S4C470S5C170S5C260S5C3 80S5C565S8C190S8C395實驗2 數(shù)據(jù)查詢（1）檢索學(xué)習(xí)課程號為C2的學(xué)生學(xué)號及姓名。（2）檢索學(xué)習(xí)課程名為MATHS的學(xué)生學(xué)號及姓名。（3）檢索不學(xué)C2課的學(xué)生姓名及年齡。（4）檢索學(xué)習(xí)全部課程的學(xué)生姓名。實驗3 數(shù)據(jù)修改、刪除（1）把C2課程的非空成績提高10%。（2）在SC

8、表中刪除課程名為PHYSICS的成績的元組。（3）在S和SC表中刪除學(xué)號為S8的所有數(shù)據(jù)。實驗4 視圖的操作（1）建立男學(xué)生的視圖，屬性包括學(xué)號、姓名、選修課程名和成績。（2）在男學(xué)生視圖中查詢平均成績大于80分的學(xué)生學(xué)號和姓名。實驗5 庫函數(shù)、授權(quán)控制（1）計算每個學(xué)生有成績的課程門數(shù)、平均成績。（2）使用GRANT語句，把對基本表S、SC、C的使用權(quán)限授給其他用戶。實驗二 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫（DDL）功能模擬（一）實驗?zāi)康模海?）了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫定義語言的功能。（2）熟悉關(guān)系數(shù)據(jù)庫建庫命令的功能。（3）掌握用高級程序設(shè)計語言創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的方法。（4）掌握以表格形式顯示運算結(jié)果的方法。（二）實驗內(nèi)容及步

9、驟：1、用C語言（或其它語言）建立“建庫”功能的總體菜單（下拉菜單或文本方式），包括建立基本表的結(jié)構(gòu)、輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)庫中基本表的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容、退出等功能。2 、用C語言實現(xiàn)建立數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)的功能。要求：（1）能輸入任意關(guān)系名。 （2）字段個數(shù)、名稱任意給定（包括字段名、字段類型、長度任意）。（3）要求以文件形式保存基本表。（存儲結(jié)構(gòu)也可自行設(shè)計）3、用C語言實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)庫記錄的功能（插入位置任意）。4、用C語言實現(xiàn)刪除數(shù)據(jù)庫記錄的功能（刪除位置任意）。5、 用C語言實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和內(nèi)容（最好以表格形式顯示）6、用C語言實現(xiàn)對主關(guān)鍵字的索引功能。7、用C語言實現(xiàn)對其它關(guān)鍵字的索引功能。8

10、、用C語言實現(xiàn)建立視圖的功能。9、用C語言建立數(shù)據(jù)字典保存三級模式中有關(guān)視圖、基本表、存儲文件的定義。10、設(shè)計每項功能完成后均返回主菜單的功能。實驗三 關(guān)系代數(shù)語言的集合運算功能模擬（一）實驗?zāi)康模海?）了解集合運算的功能。（2）掌握關(guān)系代數(shù)語言的并、交、差運算。（3）掌握C語言實現(xiàn)并、交、差運算的設(shè)計方法。（4）掌握以表格形式顯示并、交、差運算結(jié)果的方法。（二）實驗內(nèi)容及步驟：1、設(shè)計該實驗的功能菜單。2、用C語言實現(xiàn)建立兩個相容的關(guān)系。3、用C語言實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)語言的“并”運算功能，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。4、用C語言實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)語言的“交”運算功能，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。5、用

11、C語言實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)語言的“差”運算功能，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。6、設(shè)計每項功能完成后均返回主菜單的功能。實驗四 關(guān)系代數(shù)語言的專門運算功能模擬（一）實驗?zāi)康模海?）熟悉高級語言編譯程序的思想。（2）掌握符號串處理的方法和技術(shù)。（3）掌握關(guān)系代數(shù)語言的選取、投影、連接運算的功能。（4）掌握關(guān)系代數(shù)語言的選取、投影、連接運算的實現(xiàn)技術(shù)。（5）掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)。（二）實驗內(nèi)容及步驟：1、將關(guān)系代數(shù)語言的選取、投影運算公式進行等價變換，以便輸入計算機，被計算機接受和識別。2、建立任意一關(guān)系數(shù)據(jù)庫。3、采用索引的方式，用C語言實現(xiàn)對該庫中關(guān)系的某一字段的“”（=、<、>）條

12、件的選取運算，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。4、采用索引的方式，用C語言實現(xiàn)對該庫中關(guān)系的帶有“及”條件的查詢，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。5、采用索引的方式，用C語言實現(xiàn)對該庫中關(guān)系的帶有“或”條件的查詢，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。6、用C語言實現(xiàn)對該庫的任意字段的投影運算，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。7、用C語言實現(xiàn)對該庫的選取、投影綜合運算，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。8、采用索引的方式，用C語言實現(xiàn)對兩個關(guān)系的自然連接和等值連接運算，并以表格形式顯示運算的結(jié)果。實驗五簡單的關(guān)系演算（DML）功能模擬（一）實驗?zāi)康模海?）掌握關(guān)系演算語言的查詢功能。（2）熟悉符號串識別和處理技術(shù)。（3）

13、掌握關(guān)系演算語言的查詢功能的實現(xiàn)方法和技術(shù)。（二）實驗內(nèi)容及步驟：（1）系統(tǒng)掌握DBMS中關(guān)系演算語言的功能，以QUEL語言為樣本，用C語言實現(xiàn)對用規(guī)定符號表達(dá)的簡單查詢命令行進行掃描和識別，并以表格形式顯示查詢結(jié)果。（2）熟悉QUEL語言的查詢功能，用高級語言實現(xiàn)對含有“及”、“或”、“非”符號的命令行進行掃描和識別，并以表格形式顯示查詢結(jié)果。實驗六 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化（一）實驗?zāi)康模海?）掌握關(guān)系系統(tǒng)的定義及分類。（2）了解全關(guān)系系統(tǒng)的概念。（3）了解優(yōu)化的一般策略。（4）掌握關(guān)系代數(shù)等價變換規(guī)則。（5）掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化技術(shù)。（6）掌握關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化算法。（二）實驗內(nèi)容

14、及步驟：1、采用啟發(fā)式關(guān)系代數(shù)優(yōu)化算法：(1)把查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示。(2)把語法樹轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式。(3)選擇低層的存取路徑。(4)用高級語言實現(xiàn)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式優(yōu)化算法。（對原始的語法樹進行優(yōu)化處理，生成查詢計劃，選擇代價最小的。）2、用高級語言實現(xiàn)啟發(fā)式關(guān)系演算優(yōu)化算法。實驗七數(shù)據(jù)庫保護（DCL）功能模擬（一）實驗?zāi)康模海?）掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性保護機制。（2）掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整性約束機制。（3）了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)控制技術(shù)。（4）掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的恢復(fù)技術(shù)。（二）實驗內(nèi)容及步驟：（1）要求根據(jù)數(shù)據(jù)字典（DD）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的安全性檢查。包括設(shè)置口令、密碼和權(quán)限等。（2）根據(jù)數(shù)據(jù)字典（DD

15、）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整性約束機制。（3）利用事務(wù)的封鎖機制實現(xiàn)對事務(wù)處理的并發(fā)控制；（4）利用建立日志文件及周期性備份的機制實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的恢復(fù)。實驗八綜合設(shè)計（一）實驗?zāi)康模海?）系統(tǒng)地掌握關(guān)系代數(shù)語言的運算功能。（2）了解DBMS的DDL、DML、DCL等功能的實質(zhì)含義。（3）掌握結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法。（4）了解大型軟件的設(shè)計技術(shù)。（二）實驗內(nèi)容及步驟：（1）采用軟件工程的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，將前幾個實驗利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法綜合為一個完整的DBMS原型系統(tǒng)，以達(dá)到系統(tǒng)掌握開發(fā)軟件系統(tǒng)的方法和技術(shù)的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下： DBMS原型模擬DDL功能模擬建庫DCL功能模擬集合運算專門運算DML功能

16、模擬關(guān)系代數(shù)運算并選擇交關(guān)系演算安全性連接投影完整性并發(fā)控制恢復(fù)差（2）設(shè)計該系統(tǒng)的總體菜單。（3）通過總體菜單選擇某一功能進入子菜單。（4）通過某一功能子菜單，進入相應(yīng)各個子系統(tǒng)，完成具體的功能。（5）通過輔助工具，進一步豐富和完善上述程序窗口、菜單的界面設(shè)計。實驗考核標(biāo)準(zhǔn) 1、本課程設(shè)計共包含八個實驗，要求每個學(xué)生完成全部實驗。完成全部實驗的學(xué)生經(jīng)測試答辯通過，方可得到學(xué)分。不合格者需要重修。 2、實驗成績評定:每個實驗需在規(guī)定時間內(nèi)完成，成績達(dá)到及格以上方可進行下一個實驗。每個實驗題目有各自的分值，總計100分。實驗課不通過者，不能參加期末考試。3、實驗教學(xué)項目、時間安排及分值分配序號實

17、驗項目內(nèi)容提要時間安排分?jǐn)?shù)有關(guān)說明實驗一關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL語言的使用了解DBMS和SQL的概貌。熟練掌握SQL的數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、完整性控制等功能。第二周 |第三周10分要求：實驗1和實驗2必做，實驗3至實驗5任選，完成任選題目的學(xué)生可加分實驗二創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫功能模擬用C語言實現(xiàn)，模擬“建庫”功能，建立任意結(jié)構(gòu)，任意元組數(shù)目的關(guān)系，以表格形式顯示所建關(guān)系的名稱，結(jié)構(gòu)及內(nèi)容，并實現(xiàn)對主關(guān)鍵字的索引和建立視圖的功能。第四周 |第五周20分要求：實驗內(nèi)容的第2、3、4、5、6步必做，第1、7、8、9、10步任選，完成任選題目的學(xué)生可加分。實驗三關(guān)系代數(shù)語言的集合運算功能模擬用C語言模擬，任意兩個相容關(guān)系

18、的并、交、差運算，并將運算結(jié)果以表格形式顯示第六周10分要求：實驗內(nèi)容的第3、4、5步必做，第1、2、6步任選，完成任選題目的學(xué)生可加分。實驗四關(guān)系代數(shù)語言的專門運算功能模擬用C語言實現(xiàn)，對用規(guī)定符號表達(dá)的選取、投影、連接運算的命令行進行掃描和識別，并以表格形式給出運算的結(jié)果第七周 |第八周20分要求：實驗內(nèi)容的第3、6、8步必做，第1、2、4、5、7、步任選，完成任選題目的學(xué)生可加分。實驗五簡單的關(guān)系演算功能模擬以QUEL語言為樣本，用C語言實現(xiàn)對含有比較運算符的命令行進行識別，并以表格形式顯示查詢結(jié)果第九周 |第十周10分要求：實驗內(nèi)容的第1步必做，第2步任選，完成任選題目的學(xué)生可加分。實驗六關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)，用高級語言實現(xiàn)啟發(fā)式關(guān)系代數(shù)優(yōu)化算法以及啟發(fā)式關(guān)系演算優(yōu)化算法。第十一周 |第十二周10分要求