《數(shù)據(jù)庫技術(shù)與信息系統(tǒng)》課件

《數(shù)據(jù)庫技術(shù)與信息系統(tǒng)》課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生全面理解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的核心概念、掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用方法，并培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)解決實際問題的能力。學(xué)生將學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計原理、數(shù)據(jù)庫語言（SQL）的使用、常見數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點和應(yīng)用，以及數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化和安全管理等關(guān)鍵內(nèi)容。1.掌握數(shù)據(jù)庫的基本概念1數(shù)據(jù)庫的概念和定義了解數(shù)據(jù)庫的概念、特點、分類以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)在信息系統(tǒng)中的重要性。2數(shù)據(jù)模型學(xué)習(xí)常見的數(shù)據(jù)模型，包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型以及面向?qū)ο竽Ｐ偷取?數(shù)據(jù)庫語言掌握結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）的基本語法，包括數(shù)據(jù)定義語言（DDL）、數(shù)據(jù)操作語言（DML）和數(shù)據(jù)控制語言（DCL）等。2.學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各個組成部分，包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、數(shù)據(jù)庫引擎、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用層等。數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，包括需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計等階段。3.了解不同類型數(shù)據(jù)庫的特點和應(yīng)用場景關(guān)系型數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點和應(yīng)用場景，例如MySQL、PostgreSQL、Oracle和SQLServer等。NoSQL數(shù)據(jù)庫了解NoSQL數(shù)據(jù)庫的種類和應(yīng)用場景，包括文檔型數(shù)據(jù)庫、鍵值對數(shù)據(jù)庫、列族數(shù)據(jù)庫和圖數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)倉庫學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)倉庫的定義、特點和構(gòu)建方法，以及數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)在商業(yè)智能中的應(yīng)用。4.熟練使用SQL進(jìn)行數(shù)據(jù)操作和管理數(shù)據(jù)查詢掌握SQL語言的基本語法，能夠編寫簡單的SQL查詢語句，從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)插入學(xué)會使用SQL語句向數(shù)據(jù)庫中插入新的數(shù)據(jù)，并了解數(shù)據(jù)插入的語法和規(guī)范。數(shù)據(jù)更新掌握使用SQL語句更新數(shù)據(jù)庫中已有數(shù)據(jù)的語法，并了解數(shù)據(jù)更新的注意事項。數(shù)據(jù)刪除學(xué)習(xí)如何使用SQL語句刪除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并了解數(shù)據(jù)刪除的安全和操作技巧。數(shù)據(jù)庫的基本概念123數(shù)據(jù)指對客觀世界中事物的描述，是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本對象。數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序以及相關(guān)人員組成的整體。數(shù)據(jù)庫的特點1持久性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠永久保存，即使系統(tǒng)崩潰也不會丟失。2一致性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須符合預(yù)定的完整性約束，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3共享性多個用戶可以同時訪問數(shù)據(jù)庫，并共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。4安全性數(shù)據(jù)庫需要采取安全措施，防止非法訪問、修改或破壞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型1概念模型從用戶的角度描述數(shù)據(jù)，不考慮具體實現(xiàn)方式。2邏輯模型用數(shù)據(jù)模型來描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。3物理模型描述數(shù)據(jù)在計算機(jī)系統(tǒng)中的具體存儲方式和結(jié)構(gòu)。層次模型1根節(jié)點層次模型的頂層節(jié)點，沒有父節(jié)點。2子節(jié)點每個節(jié)點可以有多個子節(jié)點，但只能有一個父節(jié)點。3關(guān)系節(jié)點之間通過父子關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，構(gòu)成樹狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀模型節(jié)點網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)元素，可以有多個父節(jié)點和多個子節(jié)點。關(guān)系節(jié)點之間通過指針連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。復(fù)雜性網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維護(hù)和更新數(shù)據(jù)較為困難。關(guān)系模型1表關(guān)系模型中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由行和列組成。2元組表中的每一行，表示一條記錄。3屬性表中的每一列，表示一個數(shù)據(jù)項。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)用戶層提供用戶界面，方便用戶訪問數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序?qū)迂?fù)責(zé)處理用戶請求，調(diào)用DBMS執(zhí)行操作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層管理數(shù)據(jù)庫，提供數(shù)據(jù)訪問、安全控制、事務(wù)管理等功能。數(shù)據(jù)庫引擎層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、檢索、更新和刪除等操作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)定義語言（DDL）用于創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫對象，例如表、視圖、索引等。數(shù)據(jù)操作語言（DML）用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、插入、更新和刪除等操作。數(shù)據(jù)控制語言（DCL）用于控制數(shù)據(jù)庫用戶的訪問權(quán)限和數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)庫引擎存儲引擎負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和管理，例如InnoDB、MyISAM等。查詢優(yōu)化器優(yōu)化SQL語句，提高查詢效率。事務(wù)管理器管理事務(wù)，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用層1用戶界面提供用戶與數(shù)據(jù)庫交互的界面，例如Web應(yīng)用程序、桌面應(yīng)用程序等。2業(yè)務(wù)邏輯層處理應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯，例如用戶認(rèn)證、數(shù)據(jù)校驗等。3數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)訪問數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行SQL語句。數(shù)據(jù)庫設(shè)計需求分析確定數(shù)據(jù)庫要存儲的數(shù)據(jù)和功能需求。概念設(shè)計用概念模型描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系。邏輯設(shè)計將概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型，選擇合適的數(shù)據(jù)庫模型。物理設(shè)計將邏輯模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型，確定數(shù)據(jù)的存儲方式和結(jié)構(gòu)。需求分析1用戶調(diào)研了解用戶的需求和期望，收集數(shù)據(jù)需求信息。2業(yè)務(wù)分析分析業(yè)務(wù)流程，識別數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和依賴性。3需求文檔編寫詳細(xì)的需求文檔，記錄數(shù)據(jù)需求和設(shè)計要求。概念設(shè)計實體識別識別數(shù)據(jù)庫中的實體，例如用戶、商品、訂單等。1屬性識別確定每個實體的屬性，例如用戶名、商品名稱、訂單號等。2關(guān)系識別分析實體之間的關(guān)系，例如用戶和訂單之間的一對多關(guān)系。3概念模型使用ER圖等方式，建立數(shù)據(jù)庫的概念模型。4邏輯設(shè)計數(shù)據(jù)模型選擇根據(jù)需求選擇合適的數(shù)據(jù)模型，例如關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?。關(guān)系設(shè)計將概念模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，定義表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型。約束設(shè)計定義數(shù)據(jù)完整性約束，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。邏輯模型創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的邏輯模型，描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系。物理設(shè)計存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計確定數(shù)據(jù)的存儲方式，例如磁盤、內(nèi)存等。索引設(shè)計設(shè)計索引，提高數(shù)據(jù)查詢效率。安全設(shè)計設(shè)計數(shù)據(jù)庫的安全機(jī)制，防止非法訪問和數(shù)據(jù)泄露。性能優(yōu)化優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的性能，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。數(shù)據(jù)庫安全與備份訪問控制限制用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限，防止非法訪問和數(shù)據(jù)修改。加密技術(shù)使用加密算法對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)備份定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)恢復(fù)使用備份數(shù)據(jù)恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫安全機(jī)制用戶認(rèn)證驗證用戶的身份，只有經(jīng)過認(rèn)證的用戶才能訪問數(shù)據(jù)庫。授權(quán)管理為不同用戶分配不同的權(quán)限，控制用戶對數(shù)據(jù)的訪問操作。數(shù)據(jù)加密使用加密算法對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)泄露。日志審計記錄用戶的操作日志，方便追蹤問題和進(jìn)行安全審計。訪問控制1用戶角色將用戶劃分為不同的角色，例如管理員、用戶、訪客等。2權(quán)限分配根據(jù)用戶角色分配不同的權(quán)限，例如讀、寫、刪除等。3訪問控制策略制定訪問控制策略，例如時間限制、IP地址限制等。加密技術(shù)對稱加密使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密，速度快，適合大數(shù)據(jù)量加密。非對稱加密使用不同的密鑰進(jìn)行加密和解密，安全性高，適合數(shù)據(jù)傳輸和存儲。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)備份策略制定備份計劃，定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。備份類型包括完全備份、增量備份、差異備份等?；謴?fù)策略制定恢復(fù)計劃，使用備份數(shù)據(jù)恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。事務(wù)管理事務(wù)指一組邏輯上相關(guān)的操作，要么全部成功，要么全部失敗。事務(wù)特性包括原子性、一致性、隔離性和持久性（ACID）等。并發(fā)控制管理多個事務(wù)之間的并發(fā)訪問，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。日志管理記錄事務(wù)的操作日志，方便數(shù)據(jù)恢復(fù)和故障診斷。事務(wù)特性1原子性事務(wù)中的操作要么全部完成，要么全部不完成。2一致性事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫必須保持一致性，保證數(shù)據(jù)的完整性。3隔離性多個事務(wù)之間相互隔離，不會相互影響。4持久性事務(wù)一旦提交，其結(jié)果將永久保存到數(shù)據(jù)庫中，不會因為系統(tǒng)崩潰而丟失。并發(fā)控制鎖機(jī)制使用鎖機(jī)制來控制并發(fā)訪問，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。時間戳機(jī)制使用時間戳來跟蹤數(shù)據(jù)的變化，避免并發(fā)沖突。多版本并發(fā)控制為每個事務(wù)維護(hù)數(shù)據(jù)的多版本，提高并發(fā)性能。日志管理事務(wù)日志記錄每個事務(wù)的操作日志，用于數(shù)據(jù)恢復(fù)和故障診斷。日志記錄記錄數(shù)據(jù)變更、事務(wù)開始和提交等信息。日志恢復(fù)使用日志恢復(fù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。數(shù)據(jù)庫優(yōu)化索引優(yōu)化設(shè)計合適的索引，提高數(shù)據(jù)查詢效率。查詢優(yōu)化優(yōu)化SQL語句，提高查詢性能。存儲優(yōu)化優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲方式，提高數(shù)據(jù)訪問速度。索引優(yōu)化1索引類型選擇合適的索引類型，例如B樹索引、哈希索引等。2索引選擇選擇合適的索引字段，提高索引效率。3索引維護(hù)定期維護(hù)索引，避免索引失效。查詢優(yōu)化查詢語句優(yōu)化優(yōu)化SQL語句的語法和邏輯，提高查詢效率。查詢計劃分析查詢計劃，選擇最優(yōu)的查詢執(zhí)行路徑。緩存優(yōu)化使用緩存技術(shù)，減少數(shù)據(jù)庫訪問次數(shù)，提高查詢速度。存儲優(yōu)化1存儲方式選擇合適的存儲方式，例如磁盤、內(nèi)存、SSD等。2數(shù)據(jù)壓縮壓縮數(shù)據(jù)，減少存儲空間。3數(shù)據(jù)分區(qū)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，提高查詢性能。監(jiān)控與維護(hù)性能監(jiān)控監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)性能瓶頸。故障診斷分析數(shù)據(jù)庫日志，查找故障原因。系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化數(shù)據(jù)庫參數(shù)，提高數(shù)據(jù)庫性能。性能監(jiān)控1CPU使用率監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的CPU使用率，及時發(fā)現(xiàn)CPU瓶頸。2內(nèi)存使用率監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的內(nèi)存使用率，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏。3磁盤IO監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的磁盤IO性能，及時發(fā)現(xiàn)磁盤瓶頸。故障診斷日志分析分析數(shù)據(jù)庫日志，查找錯誤信息和異常情況。性能分析分析數(shù)據(jù)庫性能指標(biāo)，查找性能瓶頸。錯誤排查根據(jù)錯誤信息和性能分析結(jié)果，排查故障原因。系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)調(diào)整調(diào)整數(shù)據(jù)庫參數(shù)，例如緩存大小、連接池大小等。索引優(yōu)化優(yōu)化索引設(shè)計，提高查詢性能。查詢優(yōu)化優(yōu)化SQL語句，提高查詢效率。存儲優(yōu)化優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲方式，提高數(shù)據(jù)訪問速度。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL開源數(shù)據(jù)庫，使用廣泛，性能穩(wěn)定。1PostgreSQL開源數(shù)據(jù)庫，功能強(qiáng)大，支持多種數(shù)據(jù)類型。2Oracle商業(yè)數(shù)據(jù)庫，性能卓越，功能豐富。3SQLServer商業(yè)數(shù)據(jù)庫，與Windows系統(tǒng)集成度高，功能強(qiáng)大。4MySQL1開源MySQL是一個開源數(shù)據(jù)庫，免費使用，社區(qū)活躍。2性能穩(wěn)定MySQL的性能穩(wěn)定，適合高并發(fā)場景。3易于使用MySQL易于安裝和使用，學(xué)習(xí)曲線較為平緩。PostgreSQL功能強(qiáng)大PostgreSQL支持多種數(shù)據(jù)類型和高級功能，例如事務(wù)隔離級別、視圖、觸發(fā)器等。數(shù)據(jù)完整性PostgreSQL注重數(shù)據(jù)完整性，提供豐富的約束和數(shù)據(jù)校驗機(jī)制。安全可靠PostgreSQL提供了完善的安全機(jī)制，例如用戶認(rèn)證、訪問控制等。Oracle高性能Oracle數(shù)據(jù)庫具有高性能，適用于大型企業(yè)級應(yīng)用。安全可靠Oracle數(shù)據(jù)庫提供了強(qiáng)大的安全機(jī)制，保證數(shù)據(jù)安全。功能豐富Oracle數(shù)據(jù)庫功能豐富，包括數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等高級功能。SQLServer1Windows集成SQLServer與Windows系統(tǒng)集成度高，易于管理和維護(hù)。2功能豐富SQLServer功能豐富，包括數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等高級功能。3企業(yè)級應(yīng)用SQLServer適用于企業(yè)級應(yīng)用，提供高可用性和可擴(kuò)展性。NoSQL數(shù)據(jù)庫非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫NoSQL數(shù)據(jù)庫不遵循關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的規(guī)范，提供更加靈活的數(shù)據(jù)存儲和訪問方式。高可用性NoSQL數(shù)據(jù)庫通常具有高可用性，支持分布式部署和數(shù)據(jù)復(fù)制。高擴(kuò)展性NoSQL數(shù)據(jù)庫能夠水平擴(kuò)展，應(yīng)對海量數(shù)據(jù)和高并發(fā)訪問。應(yīng)用場景NoSQL數(shù)據(jù)庫適用于社交網(wǎng)絡(luò)、電商平臺等需要高可用性和高擴(kuò)展性的場景。文檔型數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)使用JSON等文檔格式存儲數(shù)據(jù)，方便靈活。查詢方式支持基于文檔內(nèi)容的查詢，方便快速檢索數(shù)據(jù)。應(yīng)用場景適合存儲結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，例如用戶信息、商品信息等。鍵值對數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)以鍵值對的形式存儲數(shù)據(jù)，簡單高效。查詢方式根據(jù)鍵進(jìn)行查詢，速度快，適合存儲大量簡單數(shù)據(jù)。應(yīng)用場景適合存儲緩存數(shù)據(jù)、配置信息等。列族數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)以列族和列的形式存儲數(shù)據(jù)，適合存儲大量相同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。查詢方式根據(jù)列族和列進(jìn)行查詢，效率高，適合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計。應(yīng)用場景適合存儲大規(guī)模時間序列數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等。圖數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)使用圖結(jié)構(gòu)存儲數(shù)據(jù)，方便表達(dá)實體之間的關(guān)系。查詢方式支持基于圖結(jié)構(gòu)的查詢，方便進(jìn)行關(guān)系分析和路徑查找。應(yīng)用場景適合存儲社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、知識圖譜等需要表達(dá)實體之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉庫與BI數(shù)據(jù)倉庫是一個面向主題的、集成的、非易失性的、隨時間變化的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理決策。商業(yè)智能是指使用數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，幫助企業(yè)理解數(shù)據(jù)，并做出更好的決策。數(shù)據(jù)倉庫概念主題數(shù)據(jù)倉庫圍繞特定的主題進(jìn)行組織，例如銷售、客戶、產(chǎn)品等。集成數(shù)據(jù)倉庫整合來自多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖。非易失性數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)不會被修改，只會被追加。時間變化數(shù)據(jù)倉庫存儲歷史數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行時間趨勢分析。數(shù)據(jù)倉庫建模1星型模型數(shù)據(jù)倉庫的一種建模方式，使用一個事實表和多個維度表。2雪花模型數(shù)據(jù)倉庫的一種建模方式，使用多個層次的維度表。3維星模型數(shù)據(jù)倉庫的一種建模方式，結(jié)合了星型模型和雪花模型的特點。BI分析工具數(shù)據(jù)可視化工具例如Tableau、PowerBI等，用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖表和圖形。數(shù)據(jù)分析工具例如SAS、SPSS等，用于進(jìn)行統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘。報表工具例如CrystalReports、JasperRe