滁州学院计算机科学与技术系

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1 课程教案与课程讲义 课程名称 : 数据库原理与空间数据库 授课教师 : 授课对象 : 授课时间 : 地理信息与旅游学院制 2016 年 8 月

2 一 学生情况分析 本课程在第四学期开设, 授课对象为地理信息科学 地理科学本科专业 通过前三个学期的高等数学 程序设计语言 数据结构课程的学习, 学生已初步具备一定的知识基础及逻辑思维能力, 本课程以理论和实验相结合的授课方式, 紧紧围绕 解决实际问题 这个主题, 培养学生从分析问题入手, 用数据库语言解决问题的能力 二 课程教学目标 本课程通过理论和实践相结合, 使学生不但可以掌握数据库基本原理, 而且还能掌握一种数据库管理系统的基本结构 管理方法, 了解数据库应用系统的设计方法, 着重培养学生的数据库应用能力, 为进一步学习开发实用的数据库应用系统提供必要的基础, 同时也为从事计算机应用软件的开发工作打下基础 (1) 知识目标 : 理解数据库基本概念和原理 ; 掌握结构化查询语言 (SQL); 操作和控制语句的编写 (2) 能力目标 : 数据库分析与设计能力 ; 具有利用相关知识进行简单 DBMS 的设计开发能力 ; 数据库维护和管理能力 (3) 情感价值观目标 : 培养学生自主学习的能力 ; 培养学生项目合作 团队精神以及沟通能力 ; 培养学生逻辑思维能力和分析解决问题的能力 ; 培养学生学习能力和运用数据库管理系统解决实际问题能力 三 课程教学内容 第一章数据库系统概述 (3 课时 ) 主要内容 : 数据库的基本概念 数据模型 数据库系统结构 数据库系统组成 数据库技术的研究领域一 数据 数据库 数据库管理系统 数据库系统重点 : 数据模型 ( 层次模型 网状模型 关系模型 ) 难点 : 关系模型 模式第二章关系数据库 (3 课时 ) 主要内容 : 关系模型 关系数据结构及形式化定义 关系的完整性 关系代

3 数重点 : 关系数据结构 关系代数第三章关系数据库标准语言 (8 课时 ) 主要内容 :SQL 语言的基本概念 SQL 数据定义 索引建立 数据查询 ( 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 ) 视图的定义与查询 数据控制 嵌入式 SQL 动态 SQL 简介重点 : 数据定义 查询 更新 SQL 语句难点 : 数据操纵和数据控制第四章关系数据库理论 (2 课时 ) 主要内容 : 关系数据的规范理论 函数依赖 范式 数据依赖的公理系统 模式及模式分解重点 : 第一 二 三范式难点 : 模式分解第五章数据库安全保护 (6 课时 ) 主要内容 : 数据库的安全性 完整性控制 并发控制与封锁 数据库的恢复等重点 : 数据库的安全性 完整性控制难点 : 并发控制与封锁第六章数据库设计 (4 课时 ) 主要内容 : 数据库设计的基本概念 数据库设计的基本步骤 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 数据库的物理设计 数据库的实施和维护重点 : 数据库设计 E-R 图难点 : 无第七章 SQL Server 高级应用 (6 课时 ) 主要内容 :T-SQL 程序设计 存储过程 触发器 备份和还原重点 : 存储过程 触发器难点 : 存储过程 触发器

4 第一章数据库系统概述 一 教学目标 1 结合实例讲解数据库系统的基本概念 ; 2 对照文件系统的数据管理过程, 讲述数据库管理系统的数据管理过程, 让同学们对数据库管理系统的功能 组成 工作过程有个初步了解, 并对数据库的数据模型 ( 主要是关系模型 ) 有比较深入的理解 ; 3 结合数据库系统的特点讲解三级模式和二级映象存在的必要性以及数据库系统的组成 二 重点与难点分析教学重点 : 1 掌握数据管理技术的发展阶段 ; 2 掌握数据库系统的组成 ; 3 数据库系统的相关概念 ; 4 掌握数据库系统的内部体系结构, 三级模式和二级映象 ; 5 掌握数据库系统的外部体系结构 ; 6 掌握三种数据模型 ; 7 掌握现实世界 信息世界和计算机世界三个世界的相关术语 教学难点 : 1 概念模型 数据模型及三要素 数据库系统结构 三 教学过程 1 数据和信息 1.1 数据数据是用来记录信息的可识别的符号, 数据是信息的载体, 但数据不等同于信息 数据不仅是指数值数据, 而且还包括字符 图形 图片 音频和视频等各种数据 数据是有型和值之分 如 : 描述一个学生的年龄,23 岁, 数值型, 值是 信息信息就是是指有用的数据, 信息是从数据中提取出来 信息的表现形式是数据 信息源比较多, 电视 报纸 互联网 信息是可存储的 可加工的 可传递的和可再生的 1.3 数据处理与数据管理 (1) 数据处理 : 数据处理是将数据转换为信息的过程, 包括对数据进行收集

5 管理 加工利用以及信息输出等一系列活动 信息 = 数据 + 数据处理 (2) 数据管理 : 是指数据的收集 整理 组织 编码 存储 检索以及传输 等操作 2 数据管理技术的发展阶段数据管理技术的发展阶段分为三个阶段, 人工管理阶段, 文件系统阶段和数据库系统阶段 2.1 人工管理阶段 20 世纪 50 年代中期以前, 计算机主要用于科学计算, 当时没有存储设备, 没有软件来管理, 数据的管理都是使用人工来处理, 存储设备卡片 数据和程序是存放在一起的, 即一个程序对应一个数据, 其特点如下 : 数据不能长期保存 数据和程序不具有独立性 没有专门的软件对数据进行管理 数据不能共享, 冗余度高 ( 重复数据量大 ) 应用程序 1 数据 1 应用程序 2 数据 文件系统阶段 20 世纪 50 年代后期至 60 年代的中期以前, 计算机得到了飞速的发展, 出现了磁性存储设置, 软件出现了操作系统, 有了专门的文件系统, 此时数据保存在文件中, 通过文件系统来调用 其特点如下 : 数据和程序有了一定独立性, 没有真正独立, 仍是一个应用对应一个数据 数据的访问通过文件系统来实现 数据不能共享, 冗余度高 数据没有结构化 应用程序 1 文件 1 应用程序 2 文件 系统 文件 2 应用程序 n 文件 n

6 2.3 数据库系统阶段 20 世纪 60 年代后期至今 (1) 发展史 (2) 数据库系统阶段的特点 : 数据结构化 数据共享性高, 冗余度低 数据的独立性高 有统一的数据控制功能 应用程序 1 应用程序 2 数据库 管理系 数据库 应用程序 n 3 数据库系统的组成 3.1 数据库的相关概念 (1) 数据库 : 简称为 DB, 是指存储在计算机外存储器上, 有组织的相关信息的集合, 在数据库中, 各种数据按照一定的结构 ( 数据模型 ) 来组织 描述和存储 具有冗余度小 较高的独立性, 共享的特点 数据库不仅存放数据, 而且存放数据之间的联系 (2) 数据库管理系统 : 简称为 DBMS, 是专门用来管理 维护数据库的系统软件, 数据库管理系统必须在操作系统的支持下工作 目前数据库管理系统都是关系模型的 比较常用的数据库管理系统有 :Visual Foxpro,Access Sql Server Oracle Sybase Mysql (3) 数据库系统 : 简称为 DBS, 是指应用了数据库的计算机系统 (4) 数据库应用系统 : 简称为 DBAS, 比如财务管理系统, 教务管理系统 综上所述 :DBS 包括 DB 和 DBMS,DBMS 管理 DB 3.2 数据库系统的组成由五个部分构成 : 数据库 数据库管理系统 硬件系统 软件系统 操作系统等支撑软件和用户

7 4 数据库系统的模式结构可以从多种角度考查数据库系统的结构 : (1) 从数据库管理系统的角度看, 数据库系统通常分为三级模式结构, 这是数据库管理系统的内部体系结构 (2) 从数据库最终的用户的角度看, 数据库系统的结构分为单用户结构 主从式结构和分布式结构,C/S 结构,B/S 结构 这是数据库系统外部体系结构 4.1 数据库系统的三级模式结构 (1) 数据库系统模式概念 : 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述, 它仅涉及到型的描述, 而不涉及到值的描述 (2) 数据库系统的三级模式 : 数据库系统内部的体系结构从逻辑上分为三级, 分别是外模式 模式 内模式 (3) 数据库系统内部体系结构分三级模式, 分别是外模式 模式和内模式, 外模式是局部逻辑结构, 模式是全局逻辑结构, 内模式是存储结构, 外模式有多个, 模式和内模式只有一个, 在外模式上建立的数据库叫用户级数据库, 在模式上建立的数据库叫概念级数据库, 在内模式上建立的数据库叫物理级数据库 4.2 数据库系统的二级映象和数据独立性在数据库系统阶段, 数据之所以具有较高的独立性就是由于数据库系统三级模式中的二级映象 二级映象保证了数据的物理独立性和逻辑独立性 (1) 外模式 / 模式的映象 : 外模式 / 模式的映象将模式的改变, 通过映象, 使之外模式不发生改变, 从而应用程序不改变, 保证了数据库系统的逻辑独立性 (2) 模式 / 内模式映象 : 模式 / 内模式的映象将内模式的改变, 通过映象, 使之模式不生改变, 从而外模式不发生改变, 应用程序也就不用改变, 保证了数据库系统的物理独立性 4.3 数据库系统的三级模式和二级映象的优点 (1) 保证了数据的独立性 (2) 简化了用户接口 (3) 有利于数据共享 (4) 有利于数据的安全保密 5 数据库系统的外部体系结构从最终的用户角度来看, 数据库系统分为单用户结构 主从结构 分布式结构 C/S 结构和 B/S 结构 6 数据库管理系统数据库管理系统简称为 DBMS, 是对数据进行管理的大型系统软件, 它是数

8 据库系统的核心 用户操作数据库都是通过数据库管理系统实现的 6.1 DBMS 的主要功能 (1) 数据定义功能 (2) 数据操作功能 (3) 数据库运行管理功能 (4) 数据库的建立和维护功能 (5) 数据通信接口 (6) 数据组织 存储和管理 6.2 DBMS 的组成 (1) 语言编译处理程序 (2) 系统运行控制程序 (3) 系统建立 维护程序 (4) 数据字典 7 数据模型 7.1 数据模型的概念数据库用来描述模拟现实世界中的某种应用环境所涉及到的全部数据集合, 而且反映数据之间的联系 数据模型就是用来描述数据的结构 操作和约束的 三个世界的划分把现实世界中的具体事物抽象为某一个 DBMS 支持的数据模型 将现实世界中的事物进行认识抽象, 转换为信息世界中的数据模型, 再对信息世界中的概念模型进行转换使之转换为计算机世界 DBMS 能支持的数据模型 (1) 现实世界 : 客观存在的世界, 在其中存在着各种事物以及它们之间的联系, 现实世界中的事物有的是具体的, 有的是抽象的 学生, 一台电脑, 一辆汽车, 是具体的事物 而一次考试 一次比赛是抽象的事物 (2) 信息世界及其有关概念 : 信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映 是经过分析, 整理得到的有用的信息世界 实体 : 客观存在的并且可以相互区别的 事物 称为实体, 实体可以是具体的, 也可以是抽象的 属性 : 用来描述实体的特性叫实体的属性 实体集 : 同型实体的集合称为实体集 所有的学生称为学生实体集, 每一个学生称为实体, 所有的课程称为课程的实体集, 每门课程称为实体 实体型 : 同类实体的属性的集合 学生实体的实体型 ( 学号, 姓名, 性别,

9 出生日期 ) 二维表的表头 键 : 也称为关系键, 主键, 主码, 主关键字 能在一个实体集中, 惟一确定一个实体属性或属性组叫键 可以是单一属性, 也可以是多个属性组合 域 : 实体属性的取值范围, 叫域 实体间的联系 : 对于任何一个实体, 实体内部各属性之间有一定的联系 多个实体之间也存在着一定的联系 实体与实体之间的联系分为三种 : 一对一联系 (1:1) 一对多的联系(1:N) 多对多联系(M:N) (3) 计算机世界及其有关基本概念 : 信息世界经过数字化转换为计算机世界进行存储 字段 : 就是实体的属性, 也称为数据项, 字段名就是属性名 如学生学号, 姓名, 性别, 出生日期 记录 : 记录就是实体, 通常在数据表中用一行的记录表示一个实体 一个记录由多个字段构成 文件 : 文件就是同一类记录的集合, 也就是用来描述实体集的 在 sql server 中用数据表来描述实体集 关键字 : 能惟一标识一个记录的属性或属性组合 数据模型的分类根据模型的应用不同, 将数据模型分为两类 第一类模型是概念模型, 也是信息模型, 以用户的观点对数据和信息建模 概念模型是信息世界中的模型, 与任何 DBMS 无关 数据库设计时用户和数据库管理员之间交流的工具 如 E-R 图就是一个概念模型 第二类模型是逻辑模型和物理模型 是属于计算机世界中的模型, 是按照计算机的观点来对数据建模的 与具体的数据库管理系统有关 数据库系统的逻辑模型主要包括 : 层次模型 网状模型和关系模型 面向对象模型 四 作业与实验 1 书面作业本章习题 2 上机作业无

10 第二章关系数据库 一 教学目标介绍关系模型的基本概念, 即关系模型的数据结构 关系操作和关系完整性 介绍数据结构与数据完整性 关系操作主要介绍关系代数 二 重点与难点分析教学重点 : 1 了解关系的形式化定义; 2 掌握广义的笛卡尔积; 3 掌握关系的性质; 4 掌握各种键; 5 掌握传统的集合运算和专门的关系运算, 重点是专门的关系运算并给定一个查询会写关系代数表达式 教学难点 : 1 关系数据库的型和值; 关系代数的除法运算 三 教学过程 1 关系模型的数据结构及其形式化定义关系模型是采用二维表的结构描述实体与实体之间的联系, 关系模型中, 任何实体和实体之间的联系都表示为关系 1.1 关系的形式化定义及其有关概念 (1) 域 : 是一组具有相同数据类型的值的集合, 称为值域 每一个域所包含的值的个数称为域的基数, 在关系中域是指一个属性的取值范围 姓名 ={ 张一, 李四, 王强 } 基数为 3 (2) 广义笛卡尔积 : 给定一组域,D1,D1, Dn, 笛卡尔积为 :D1 D2 Dn 相当一张二维表 所说的乘号, 表示任何一个域的一个值与另一个域的每一个值进行组合 开始一个新的集合, 就是笛卡尔积 (3) 关系 : 笛卡尔积的任一个子集称为定义在域 d1,d2 上的 n 元关系 表示为 :R(D1,D2, ) (4) 关系的构成 : 任何一个关系由关系头和关系体所构成 关系头是由属性名所构成的一个集合, 是对关系的数据结构的描述, 是固定不变的, 它是静态的 关系体是指关系结构中的内容或者数据, 它随着记录的建立和修改而变化, 关系体是动态的 数据模型三要素, 数据结构是静态的, 而数据操作是动态的

11 1.2 关系的性质二维表与传统的数据表相似, 但不一定所有表格都是二维表 关系必须具有以下几个性质 : (1) 关系中每一个属性 ( 数据项 ) 都是不可分割的数据单元 (2) 关系中的每个属性都具有相同的数据类型, 即同质的 (3) 关系中的元组和属性的顺序无关紧要 (4) 关系中没有出现完全相同的元组 (5) 关系中不能出现相同的属性名 1.3 关系模式和关系数据库模式 (1) 关系模式 : 是对一个关系结构的描述, 知道关系模式, 就能生成一个关系 表示的方式是 : 关系名 ( 属性名 1, 属性名 2, 属性名 3, ) 关系模式就是一个关系的关系头, 而关系是它的值即关系体, 关系模式是静态的 (2) 关系数据库模式 : 在关系模型中, 任何一个实体或实体之间的联系都用关系来表示 关系数据库模式就是关系模式的集合 2 关系的键与关系的完整性约束 2.1 候选键与主关系键 (1) 候选键 : 是在一个关系中, 能唯一标识一个元组的属性或属性组合叫候选键 候选键在一个关系中可以有多个 候选键的属性值不允许出现空值和重复值 候选键必须满足两个条件 :1) 惟一性 : 不允许出现重复值 2) 最小性 : 在候选键中, 去掉一个属性就不能保证惟一了 (2) 主关系键 : 也叫主键, 主码, 关系键, 一个关系只有一个, 也就是从一个关系的候选键中, 选择一个作为操作关系的依据 则称为主键 (3) 主属性和非主属性 : 主属性是指包含在主关系键中的属性叫主属性 非主属性是指不包含在候选键中的属性叫非主属性 (4) 全码 : 对于一个关系, 在最极端的情况下, 所有属性的组合是关系的候选键, 称为全码 2.2 外部关系键涉及到两个关系, 即如果关系 S 中的一个属性不是主关键字 而在另一个关系 R 中是主关键字, 则该属性在关系 S 中称为外部关系键 外部关系键是用来参照关系的 即 S 中的外部关系键的取值必须参照 R 中的主关键字的值, 或者取为空值 2.3 关系的完整性数据库管理系统具有 4 大控制功能, 数据安全性控制, 数据完整性控件, 并发控制和数据恢复 其中数据完整性控制是指添加数据库中的数据必须是正确的

12 有效的和相容的 有三类完整性约束 : 分别是实体完整性 参照完整性和域完整 性 ( 用户自定义完整性 ) (1) 实体完整性 : 是指关系中主关键字不能为空或部分为空或者出现重复值 (2) 参照完整性 : 是指两个关系, 外键所处的关系中的外键值必须取值 ( 参 照 ) 另一个关系的主键值 (3) 域完整性 ( 参照完整性 ): 是针对某一个具体的关系数据库的约束条件, 反映卫个应用所涉及的数据必须满足的语义要求 3 关系代数 一个数据模型由关系数据结构 数据操作和关系完整性约束三要素构成 本 节重点介绍数据操作 关系操作采用集合操作方式, 即操作的对象和结果都是集 合, 即为关系 这种方式称为一次一集合的方式, 非关系型的数据模型的数据操 作方式为一次一记录的方式 3.1 关系代数的分类及其运算符 关系代数是一种抽象的查询语言, 称为 ISBL 语言 数据运算的三要素是运算 对象, 运算符和运算结果 关系代数的运算对象是关系, 运算结果也是关系 (1) 关系代数的运算符主要包括以下四类 : 集合运算符 : 并 交 - 差 笛卡尔积 专门的关系运算 :σ 选择 Π 投影 连接 * 自然连接, 除 算术比较运算 :>,<,=, 逻辑运算符 : 与 或 非 (2) 关系代数的分类分为两类 : 传统的集合运算, 分为并集 交集 差集和广义的笛卡尔积 专门的关系运算, 分为选择, 投影, 连接, 自然连接和除 关系代数中有五种基本操作运算 : 并, 差, 积, 选取和投影 其他运算都可 以通过以上五种基本操作运算得到 3.2 传统的集合运算 传统的集合运算都是双目运算, 即要求参与运算的是 2 个关系, 且要求两个 关系的结构必须是相容的, 即结果是相同 但广义笛卡尔积不需要是相容的 R A B C S A B C

13 (1) 并运算 : 关系 R 和关系 S 的并是由属于 R 或属于 S 的元组的合并组成, 并去掉重复元组 记作 :RUS RUS A B C (2) 交运算 : 关系 R 与关系 S 的交运算是由既属于 R 又属于 S 的元组组成, 即关系 R 和关系 S 的公共元组 记作 :R S R S A B C (3) 差运算 : 关系 R 与关系 S 的差得到的只属于 R 而不属于 S 的元组构成 且 R 与关系 S 的差, 和关系 S 与 R 的差是不是 记作 :R-S 或 S-R R-S A B C S-R A B C (4) 广义笛卡尔积 : 两个分别为 n 目和 m 目的关系 R 和关系 S 的广义笛卡 尔积是一个 (n+m) 列的元组的集合 而元组是前 n 列的关系 R 的一个元组, 后 M 列的是关系 S 的一个元组 N 目和 m 目表示关系的属性个数, 记作 :R S 得到 的笛卡尔积的属性个数为 n+m 即使是同名属性也不去掉, 含重名属性 得到的 关系的元组数是 n1 m1, 其中 n1 是 R 的元组数,m1 是 S 的元组数 R S R.A R.B R.C S.A S.B S.C

14 专门的关系运算 专门的关系运算分为选择 投影和连接, 以及自然连接, 其中选择和投影是 单目运算, 连接是双目运算, 且自然连接是连接的特例 专门的关系运算不要求 两个关系是相容的 选择 : 筛选, 选取, 对元组的操作 投影 : 是对列的操作 (1) 选择 : 选择也称为选取, 是单目运算, 是根据一定的条件在给定的关系 R 中选择若干元组所组成的一个新的关系 选择操作是对行的角度进行的操作, 得 到的关系属性不变, 元组减少 记作 :σf(r), 其中 F 是选择的条件,R 是关系名 (2) 投影 : 投影也是单目运算, 关系 R 上的投影是从 R 中选择若干个属性组 成的一个新的关系 如果是单纯的投影, 则属性减少, 元组个数不变 投影操作 是从列的角度操作的, 记作 :Π 投影属性名 ( 关系名 ) 选择和投影一般情况下都不是独立使用的, 经常是二者组合运算 那么运算 时, 必须是先选择后投影 对选择后的数据再进行投影操作 (3) 连接 (join): 连接是又目运算, 关系 R 和关系 S 的连接, 是从关系 R 和 关系 S 中的广义笛卡尔积中, 选择满足连接条件的元组, 所组成一个新的关系 关系 R 和关系 S 的连接操作, 必须先求关系 R 和关系 S 的广义的笛卡尔积 连接 按连接条件分为 : 等值连接, 大于连接和小于连接 上述三种不同连接都称为连 接, 并不去掉重复属性和重复元组 (4) 自然连接 : 自然连接是连接中等值连接的特例, 是一种去掉重复属性的 等值连接 连接的条件是两个关系的同名属性 记作 :R*S (5) 除运算 : 除运算是双目运算符, 设有关系 R(X,Y), S(Y,Z), 其中 x,y,z 为属性集 R 中的 Y 与 S 中的 Y 可以有不同属性名, 但必须出自同一个域 四 作业与实验 1 书面作业 本章习题 2 上机作业 无

15 第三章关系数据库标准语言 SQL 一 教学目标通过本章教学, 使学生初步掌握标准 SQL 的查询语句结构, 掌握简单查询 连表查询和嵌套查询的方法, 并在 SQL Server 环境下应用各类查询语句, 完成实际查询任务 二 重点与难点分析教学重点 : 1 简单查询: 因简单查询是所有高级查询的基础, 在实际查询需求中, 对于单数据源进行行列分割的查询较为普遍, 是学生应重点掌握的内容 ; 2 内连接查询: 解决实际多数据源查询经常采用的是内连接查询, 即多表的自然连接查询, 学生应重点掌握 外连接和自连接在较特别的情况下才会被使用 合并查询是对多数据源做并集操作, 实际应用中并不常见 ; 3 嵌套查询: 包括带 (NOT)IN 查询, 不带 ANY/ALL 比较运算符查询和多层嵌套查询, 这几类查询对于解决实际查询问题基本够用, 学生应重点掌握 带 ANY/ALL 的查询, 理解较为困难, 可作为了解内容 带 (NOT)EXISTS 的查询理解更为困难, 一些学校作为研究生授课内容, 又因课时限制, 可作为有能力学生自学的内容 教学难点 : 1 带有 EXISTS 谓词的子查询 ; 2 多层嵌套查询 多层嵌套查询是指嵌套的子查询块不止一个 这类查询的难点 1 如何分析查询问题, 确定应使用多层嵌套查询来解决 ; 难点 2 确定嵌套查询块的顺序, 该类查询往往需要应用递归的思想来解决 ; 难点 3 如何在等价的多层嵌套查询与连接查询中选择, 在嵌套层次较深的情况下使用连接查询或连接查询与嵌套查询结合的方式设计查询语句较为合适 三 教学过程 1 SQL 的基本概念与特点 (1)SQL 的发展及标准化 ; (2)SQL 的基本概念 ; (3)SQL 的主要特点 ; 标准 SQL 语言核心功能的 9 个动词, 各个 DBMS 产品在实现标准 SQL 语言时各有差别, 一般都作了某些扩充 SQL 功能动词数据定义 CREATE,DROP,ALTER 数据查询 SELECT

16 数据操纵 INSERT,UPDATE,DELETE 数据控制 GRANT,REVOTE 2 创建与使用数据表建立数据库最重要的一步就是创建其中的数据表, 即决定数据库包括哪些表, 每个表中包含哪些字段, 每个字段的数据类型等 创建表的实质就是定义表结构及约束等属性, 在创建数据表之前, 先要设计表, 即确定表的名字 所包含的各字段名 字段的数据类型 长度 是否可为空值等等, 这些属性构成表结构 2.1 常见数据类型 2.2 创建数据表及定义表约束 (1) 创建数据表的完整语法格式为 : CREATE TABLE 表名 ( 列名数据类型 [ 缺省值 ][NOT NULL] [, 列名数据类型 [ 缺省值 ][NOT NULL]]. [,UNIQUE( 列名 [, 列名 ].)] [,PRIMARY KEY( 列名 [, 列名 ] )] [,FOREIGN KEY ( 列名 [, 列名 ] )REFERENCES 表名 ( 列名 [, 列名 ] )] [,CKECK ( 条件 )] ) (2) 表约束定义 DEFAULT ( 缺省值 ): 指定列的缺省值 ;

17 NOT NULL: 列值不能为空值 ; UNIQUE: 取值唯一的列名 ; PRIMARY KEY: 主关键字 ( 主码 ) 列名 ; FOREIGN KEY: 外部码列名 ; REFERENCES: 引用的外部码的表名和列名 CKECK : 指定表级约束条件 2.3 修改数据表当创建了一个表后, 随着应用环境和应用需求的变化, 有时需要对表结构 列的属性进行修改, 对于一个已经存在的表可以进行的修改操作有 : (1) 更改表名 (2) 增加字段 删除字段 (3) 修改已有字段的属性 ( 字段名 数据类型 长度 是否为空值 ) 2.4 删除基本表 T-SQL 中对表进行删除的语句是 DROP TABLE, 该语句的语法格式为 : DROP TABLE table_name 其中 table_name 是要被删除的表名 3 创建与使用索引 3.1 索引的作用建立索引是加快表查询速度的有效手段 索引中记录索引项与其记录实际存放地址 实际的索引结构往往采用 B+ 树结构 索引依附于基本表 3.2 索引的类别 (1) 唯一索引 非唯一索引唯一索引 : 每个索引值只对应唯一的数据记录非唯一索引 : 索引列存在重复值的索引 ( 在建索引语句中不加 UNIQUE, 缺省情况 ) 例 CREATE UNIQUE INDEX in_name ON student(name); *SQL SERVER 在带 PRIMARY KEY 约束或 UNIQUE 约束时自动创建一个唯

18 一索引 (2) 复合索引 : 在几个字段上建立索引 CREATE UNIQUE INDEX in_snocno ON sc(sno ASC,cno DESC);// 升序, 降序 (3) 聚簇索引 : 索引项的顺序与表中记录的物理顺序一致的索引组织 * 显然, 一个基本表上最多只能建立一个聚簇索引 ( 因物理顺序只有一个 ) * 经常更新的列不宜建立聚簇索引 : 导致记录物理顺序的变更, 代价较大 3.3 创建索引 CREATE [UNIQUE][CLUSTER]INDEX < 索引名 > ON < 表名 >(< 列名 >[< 次序 >][,< 列名 >[< 次序 >] ]); (1) 索引一经建立, 就由系统使用和维护, 不需要用户干预 (2) 索引是有用的 ( 可以加速数据访问速度 如没有索引, 在查找一个主题的信息时, 必须一次一页地扫描整个文本 ), 但索引要耗用磁盘空间, 并引起系统开销和增加维护的费用 在使用索引时要考虑以下事实和要点 : 修改一个索引列上的数据时, 要更新相关的索引 维护索引需要时间和资源, 所以不要创建不经常使用的索引 小表上的索引没有多少好处 3.4 删除索引如果数据增加 删除 修改频繁, 系统需要花费许多时间来维护索引, 这时需要删除一些不必要的索引 DROP INDEX < 索引名 >; 4 数据查询 4.1 查询单表 (1) 选择表中的若干列 (2) 选择表中的若干元组 (3) 对查询结果排序 (4) 使用集函数 (5) 对查询结果分组 (6) 分组后只输出满足条件的组 (7)where 与 having 子句的区别 ; 4.2 连接查询 (1) 等值与非等值连接查询 等值连接 : 查询每个学生及其选修课程情况

19 非等值连接 :where 后为其它比较运算符 :>,<,<>,>=,<= 等 笛卡儿积 : select student.*, sc.* from student,sc ; 自然连接 :select student.sno, sname, ssex, sage, sdept, cno,grade from student,sc where student.sno=sc.sno; (2) 自身连接 (3) 外连接 (4) 复合条件连接 4.3 嵌套查询 (1) 带有 IN 条件的子查询 (2) 带有比较运算符的子查询 (3) 带 ANY 或 ALL 的子查询 (4) 带有 EXISTS 和 NOT EXISTS 关键字的相关子查询 4.4 集合查询 (1) 并 (UNION) (2) 交 (3) 差 5 数据操纵数据更新包括插入 修改 删除三条语句 5.1 插入数据 (1) 插入单个元组 (2) 插入子查询结果 5.2 修改数据 (1) 修改某一元组 (2) 修改多个元组 (3) 带子查询的修改语句 (4) 修改操作与数据库的一致性 5.3 删除数据 (1) 带子查询删除 (2) 删除操作与数据库的一致性 6 视图 6.1 定义视图 (1) 子查询可以是任意复杂的 select 语句, 但通常不允许含有 order by 子句

20 和 distinct 短语 (2)with check option 保证更新 插入 删除时满足视图定义中的谓词条件 (3) 省略组成视图的各个属性列名 视图属性列隐含由子查询中的 SELECT 子句目标列中的诸字段组成 (4) 下列三种情况必须明确指定组成视图的所有列名 其中某个列不是单纯的属性名, 而是集函数或列表达式 多表连接时选出了几个同名列作为视图的字段 需要在视图中为某个列名用新的更合适的名字 ( 个人喜好 ) (5) 视图是一个虚表 从一个或多个基本表 ( 或视图 ) 导出的表 在数据库 ( 数据字典 ) 中只存放视图的定义, 而不存放视图所对应的数据, 这些数据仍然放在原来的基本表中 定义视图时, 并不执行其中的 SELECT 语句 6.2 查询视图 (1) 建立在基本表上的单表视图 (2) 建立在基本表上的多表视图 ( 普通多表 带表达式 分组 ) (3) 建立在视图上的视图 (4) 建立在基本表与视图上的视图 ( 普通 带表达式 分组 ) (5) 定义视图子查询中的 * 的考虑 (6) 查询的执行过程为 : 效性检查 : 检查涉及的表 视图等是否存在于数据库中, 转换成对基本表的查询 : 从数据字典中取出查询涉及到视图的定义, 将定义中的子查询和用户对视图的查询结合起来 执行经过修正的查询注意要点一般来说 DBMS 对行列子集视图的查询均能直接进行正确转换, 其它视图不一定能保证, 对这类视图进行查询时应尽量避免视图中的特殊属性出现在查询中 实际应用时需要查有关资料, 或直接在所选的 DBMS 产品上做尝试 6.3 更新视图 (1) 目前各个关系数据库系统产品一般都只允许更新行列子集视图, 而且不同的系统还有进一步的规定, 使用时需要查相关的资料 (2)with check option 保证更新 ( 插入 修改 删除 ) 时满足视图定义中的谓词条件 ( 子查询中的条件表达式 ) (3) 视图更新时注意事项

21 目前各个关系数据库一般只允许对行列子集视图进行更新 一般对行列子集视图都可以执行修改和删除操作, 如果基本表中所有不允许空值的列都出现在视图中, 则也可以对其执行插入操作 不同系统对视图的更新有进一步的规定, 不同系统实现方法的不同, 具体规定也不同 四 作业与实验 1 书面作业课后习题 2 上机作业 (1) 实验数据库基本操作与单表查询 ; (2) 实验连接查询 ; (3) 实验视图及时间函数 ;

22 第四章关系数据库理论 一 教学目标介绍关系数据库的规范化理论, 以及如何使用该理论构造合适的数据库模式即逻辑结构设计 二 重点与难点分析教学重点 : 1 概念( 函数依赖 平凡函数依赖 非平凡函数依赖 完全函数依赖 部分函数依赖 传递函数依赖 候选码 主码 1NF 2NF 3NF); 2 第 1NF 到第 3NF 的规范化过程, 每一步解决了什么原因引起的什么问题 教学难点 : 1 相关概念 三 教学过程 1 规范化问题的提出 (1) 举例 ( 学生选课数据库 ), 用两种方法构建关系模式 SCG(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,Cno,Cname,Cpno,Ccredit,Grade) (2) 数据库模式 ( 关系模式 ) 的不同构造方法与数据冗余度 插入异常 删除异常 更新异常的关系 (3) 小结 : 在关系数据库设计中, 关系模式的设计方案可以有多个 ; 不同的设计方案有好坏之分 ; 要设计一个好的关系模式方案, 要以规范化理论作为指导, 规范化理论研究属性间的数据依赖关系, 主要有函数依赖与多值依赖 关系规范化按属性间不同的依赖程度分为第一范式 第二范式 第三范式 BC 范式 第四范式 2 函数依赖函数依赖是关系模式内属性间最常见的一种依赖关系 (1) 关系中属性间函数依赖举例 (2) 函数依赖定义和函数依赖的几点说明 函数依赖是所有关系实例 ( 关系模式值的每一状态 ) 均要满足约束条件 函数依赖是语义范畴 只能根据语义确定函数依赖 如 : 在没有同名的情况下 姓名 年龄 成立 数据库设计者可以对现实世界作强制的规定 若 X Y, 则 X 称为这个函数依赖的决定属性集 若 X Y,Y X 则记为 X Y 若 Y 不函数依赖于 X, 则记为 X Y (3) 平凡函数依赖与非平凡函数依赖定义

23 (4) 完全函数依赖与部分函数依赖 (5) 传递函数依赖 (6) 码 3 范式 (1)1NF: 关系模式 R 的所有属性都是不可分割的基本数据项, 则 R 1NF ( 非主属性函数依赖于码 ) 1NF 是关系模式的起码要求 ; 插入异常 : 未选课的学生不能插入, 因为码值部分为空 ( 原因是对码的部分函数依赖造成 ) ( 解决问题的办法 : 把部分函数以来部分分解出来 ) 删除异常 : 某一学生的选课信息全部删除后, 学生的其他信息也被删除, 否则码值部分为空 ( 不允许 )( 原因是对码的部分函数依赖造成 ) ( 解决问题的办法 : 把部分函数以来部分分解出来 ) 数据冗余度大 : 一个学生选修了多门课程, 同一学生的基本信息 (Ssept,Sloc) 需要保存多次 ( 原因是对码的部分函数依赖造成 ) ( 解决问题的办法 : 把部分函数以来部分分解出来 ) 修改复杂 : 修改某学生基本信息时, 如果其选修多门课程, 同一信息需要重复修改多次 ( 原因是对码的部分函数依赖造成 )( 解决问题的办法 : 把部分函数以来部分分解出来 ) (2)2NF: 满足第一范式, 非主属性完全函数依赖于码 第二范式 SL 中存在传递函数依赖, 插入异常 : 系刚成立, 无在校学生, 无法存入系信息 ( 解决问题的办法 : 把与主码无关的函数部分分解出来独立构成关系模式, 即消除对主码的传递函数依赖 ) 删除异常 : 某系的全部学生毕业了, 系的信息也丢失了 ( 解决问题的办法 : 把与主码无关的函数部分分解出来独立构成关系模式, 即消除对主码的传递函数依赖 ) 数据冗余度大 : 每一个系的学生都住在同一个地方, 关于系的住处信息却要重复出现 修改复杂 : 当某系学生调整住处时, 需要修改所有学生的 Sloc 属性值 造成上述 4 个问题的主要原因 : 非主属性传递函数依赖于主码 解决办法 : 将传递函数依赖关系分解出来 (3)3NF: 满足第 2 范式, 且主属性既不部分函数依赖于码, 也不传递函数依赖于码 4 关系模式的规范化 (1) 第一范式到第三范式的分解过程 : 分解关系模式消除非主属性对码的部

24 分函数依赖, 分解关系模式消除非主属性对码的传递函数依赖 (2) 关系模式的分解方法并不唯一, 只有能够保证分解后的关系模式与原关系模式等价的方法才有意义 分解具有无损连接性 : 分解后不能丢失信息, 即分解前的关系与分解后关系的自然连接结果相等 分解后应能保持函数依赖 分解前的函数依赖 F 被分解后关系模式函数依赖 F 所逻辑蕴含 分解既保持函数依赖, 又保持无损连接 (3) 第 3 范式是工业标准若要求分解既具有无损连接, 又保持函数依赖, 那么模式分解一定能达到 3NF, 但不一定能达到 BCNF 四 作业与实验 1 书面作业课后习题 2 上机作业无

25 第五章数据库安全保护 - 数据库安全性 一 教学目标通过学校教务系统分人员类型登陆的实例讲解数据库安全性控制的策略, 着重讲解通过用户权限控制数据库访问的实现过程和技术二 重点与难点分析教学重点 : 1 数据库安全性存在的方面; 2 用户权限控制 教学难点 : 用户权限控制过程实现 三 教学过程数据库特点之一是 DBMS 提供统一的数据保护功能来保证数据的安全可靠和正确有效, 数据库的数据保护主要包括数据的安全性和数据完整性 问题的提出 : 数据库的一大特点是数据可以共享, 数据共享必然带来数据库的安全性问题, 因为数据库中的数据不能是无条件的共享, 例如, 军事机密 国家机密 新产品实验数据 市场需求分析 市场营销策略 销售计划 客户档案 医疗档案 银行储蓄数据等 什么是数据库的安全性? 数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露 更改或破坏 数据库的安全性和计算机系统的安全性是紧密联系的 1 计算机安全性概述由于数据库的安全性和计算机系统的安全性是紧密联系的, 因此在讨论数据库的安全性之前先讨论计算机系统安全性 1.1 计算机系统的三类安全性问题计算机系统安全性是指为计算机系统建立和采取的各种安全保护措施, 以保护计算机系统中的硬件 软件及数据, 防止其因偶然或恶意的原因使系统遭到破坏, 数据遭到更改或泄露等 特别是 Internet 技术的发展, 计算机安全性问题越来越重要 计算机安全不仅涉及到计算机系统本身的技术问题 管理问题, 还涉及法学 犯罪学 心理学等问题 其内容包括多方面 概括起来, 计算机系统的安全性问题分为三大类, 即技术安全类 管理安全类和政策法律类 技术安全是指计算机系统中采用具有一定安全性的硬件 软件来实现对计算

26 机系统及其所存数据的安全操作, 当计算机系统受到无意或恶意的攻击时仍能保证系统正常运行, 保证系统内数据不增加 不丢失 不泄露 管理安全是指由于管理不善导致的计算机设备和数据介质的物理破坏 丢失等软硬件意外故障以及场地的意外事故等安全问题 政策法律是指政府部门建立的有关计算机犯罪 数据安全保密的法律道德准则和政策法规 法令 我们只讨论技术安全 1.2 安全标准简介随着计算机技术特别是 Internet 技术的发展, 对各种计算机系统安全性要求越来越高 因此要建立一套可信的安全标准, 才能规范和指导计算机系统的安全问题 2 数据库安全性控制计算机系统中, 数据库安全措施是一级一级层层设置, 如下图所示 : OS DBMS 数据库数据数据库安全性控制的常用方法 : 用户标识和鉴别 存取控制 视图机制 审计 数据加密 2.1 用户标识与鉴别 (Identification & Authentication) 用户标识和鉴别是系统提供的最外层安全保护措施, 其方法是由系统提供一定的方式让用户标识自己的名字或身份 主要手段是用户标识和口令 用户登录操作系统需要用户标识和口令 用户登录 DBMS 需要用户标识和口令 2.2 存取控制数据库安全性所关心的主要是 DBMS 的存取控制机制 只有授权用户才能访问他权限范围内的数据 存取控制机制主要包括两部分内容 : (1) 定义用户权限 : 一个用户应该具有何种权限是一个管理问题和政策问题而不是技术问题,DBMS 要有保证这些决定的执行功能 (2) 合法权限检查 : 对发出存取数据请求的用户作合法权限检查 用户权限定义和合法权检查机制一起组成了 DBMS 的安全子系统

27 主要有两类存取控制方法 : 自主存取控制 ( 目前大型 DBMS 一般都支持的 C2 级中的 ) 和强制存取控制 ( 部分 DBMS 支持的 B1 级中的 ) 3 视图机制 4 审计 (Audit) 5 数据加密 6 统计数据库安全性四 作业与实验 1 书面作业课后对应习题 2 上机作业 (1) 实验系统安全管理

28 第五章数据库安全保护 - 数据库完整性 一 教学目标讲解实现数据库完整性的技术类型, 以及不同的技术类型解决的主要问题 二 重点与难点分析教学重点 : 1 实体完整性 2 参照完整性 3 自定义完整性 4 触发器三 教学过程 1 实体完整性 1.1 实体完整性定义关系模型的实体完整性 CREATE TABLE 中用 PRIMARY KEY 定义单属性构成的码有两种说明方法定义为列级约束条件定义为表级约束条件对多个属性构成的码只有一种说明方法定义为表级约束条件 1.2 实体完整性检查和违约处理插入或对主码列进行更新操作时,RDBMS 按照实体完整性规则自动进行检查 包括 : 1. 检查主码值是否唯一, 如果不唯一则拒绝插入或修改 2. 检查主码的各个属性是否为空, 只要有一个为空就拒绝插入或修改检查记录中主码值是否唯一的一种方法是进行全表扫描 2 参照完整性关系模型的参照完整性定义在 CREATE TABLE 中用 FOREIGN KEY 短语定义哪些列为外码用 REFERENCES 短语指明这些外码参照哪些表的主码例如, 关系 SC 中一个元组表示一个学生选修的某门课程的成绩,(Sno,Cno) 是主码 Sno,Cno 分别参照引用 Student 表的主码和 Course 表的主码 [ 例 3] 定义 SC 中的参照完整性 CREATE TABLE SC

29 (Sno CHAR(9) NOT NULL, Cno CHAR(4) NOT NULL, Grade SMALLINT, PRIMARY KEY (Sno, Cno), /* 在表级定义实体完整性 */ FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno),/* 在表级定义参照完整性 */ FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno) ); /* 在表级定义参照完整性 */ 参照完整性违约处理 1. 拒绝 (NO ACTION) 执行默认策略 2. 级联 (CASCADE) 操作 3. 设置为空值 (SET-NULL) 对于参照完整性, 除了应该定义外码, 还应定义外码列是否允许空值 3 用户定义的完整性用户定义的完整性就是针对某一具体应用的数据必须满足的语义要求 RDBMS 提供, 而不必由应用程序承担 3.1 属性上的约束条件的定义 CREATE TABLE 时定义列值非空 (NOT NULL) 列值唯一 (UNIQUE) 检查列值是否满足一个布尔表达式 (CHECK) 1. 不允许取空值 2. 列值唯一 3. 用 CHECK 短语指定列值应该满足的条件 3.2 属性上的约束条件检查和违约处理插入元组或修改属性的值时,RDBMS 检查属性上的约束条件是否被满足如果不满足则操作被拒绝执行 3.3 元组上的约束条件的定义在 CREATE TABLE 时可以用 CHECK 短语定义元组上的约束条件, 即元组级的限制同属性值限制相比, 元组级的限制可以设置不同属性之间的取值的相互约束条件 3.4 元组上的约束条件检查和违约处理插入元组或修改属性的值时,RDBMS 检查元组上的约束条件是否被满足

30 如果不满足则操作被拒绝执行第五章数据库完整性 4 完整性约束命名子句 CONSTRAINT 约束 CONSTRAINT < 完整性约束条件名 > [PRIMARY KEY 短语 FOREIGN KEY 短语 CHECK 短语 ] 在 Student 表上建立了 5 个约束条件, 包括主码约束 ( 命名为 StudentKey) 以及 C1 C2 C3 C4 四个列级约束 2. 修改表中的完整性限制使用 ALTER TABLE 语句修改表中的完整性限制 5 域中的完整性限制 SQL 支持域的概念, 并可以用 CREATE DOMAIN 语句建立一个域以及该域应该满足的完整性约束条件 四 作业与实验 1 书面作业课后对应习题 2 上机作业 (1) 实验数据库完整性 ; (2) 实验触发器

31 第五章数据库安全保护 - 并发控制与封锁 一 教学目标领会并发控制带来的三个问题, 需要掌握的包括 : 封锁 活锁和死锁 并发调度的可串行性和两段锁协议 本次讲课的主要内容是并发控制概述和并发控制措施 二 重点与难点分析教学重点 : 1 并发共享带来的问题; 2 封锁协议与封锁类型 教学难点 : 1 封锁协议与封锁类型 三 教学过程 1 基本概念多用户数据库系统 : 允许多个用户同时使用的数据库系统称为多用户数据库系统 例如 : 飞机定票数据库系统 银行数据库系统等都是多用户数据库系统 在多用户数据库系统中, 在同一时刻并行运行的事务数可达数百个 (1) 并发控制概述 多事务串行执行 : 每个时刻只有一个事务运行, 其他事务必须等到这个事务结束以后方能运行 缺点 : 事务串行执行时不能充分利用系统资源, 发挥数据库共享资源的特点 多事务并行执行 : A 交叉并发方式(interleaved concurrency): 事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行 是单处理机系统中的并发方式, 能够减少处理机的空闲时间, 提高系统的效率 B 同时并发方式(simultaneous concurrency): 多处理机系统中, 每个处理机可以运行一个事务 多个处理机可以同时运行多个事务, 实现多个事务真正的并行运行 是最理想的并发方式, 但受制于硬件环境, 需要复杂的并发控制机制 (2) 事务并发执行带来的问题

32 可能会存取和存储不正确的数据, 破坏事务的隔离性和数据库的一致性 DBMS 必须提供并发控制机制 并发控制机制是衡量一个数据库管理系统性能的重要标志之一 本章重点掌握以下内容 : (1) 并发控制引起的问题 (2) 封锁与封锁协议 (3) 并发调度的可串行性 (4) 两段锁协议 2 并发控制概述并发控制机制的任务 : 对并发操作进行正确调度 保证事务的隔离性 保证数据库的一致性 并发操作带来的数据不一致性 : 丢失修改 不可重复读和读 脏 数据 如下图所示 (a) 丢失数据 (b) 不可重复读 (c) 读 脏 数据事务 T1 事务 T2 事务 T1 事务 T2 事务 T1 事务 T2 1 读 A=16 1 读 A=50 1 读 C=100 2 读 A=16 读 B=100 C=C*2 3A=A-1 求和 =150 写回 C=200 写回 A=15 2 读 B=100 2 读 C=200 4 A=A-3 B=B*2 写回 A=13 写回 B=200 3ROLLBACK 3 验算 C 恢复为 100 A=50,B=200 和 =250, 不对 (1) 丢失修改 (Lost Update) 两个事务 T1 和 T2 读入同一数据并修改,T2 提交的结果破坏了 T1 提交的结果, 导致 T1 的修改被丢失, 如图 8.1(a) 所示 飞机订票例子属此类 (2) 不可重复读 (Non-Repeatable Read) 不可重复读是指事务 T1 读取数据后, 事务 T2 执行更新操作, 使 T1 无法再现前一次读取结果

33 不可重复读包括三种情况, 事务 1 读取某一数据后 : 事务 2 对其做了修改, 当事务 1 再次读该数据时, 得到与前一次不同的值 事务 2 删除了其中部分记录, 当事务 1 再次读取数据时, 发现某些数据消失 事务 2 插入了一些记录, 当事务 1 再次按相同条件读取数据时, 发现多了一些记录 后两种不可重复读有时也称为幻影 (Phantom Row) 现象 (3) 读 脏 数据 (Dirty Read) 事务 T1 修改某一数据, 并将其写回磁盘 事务 T2 读取同一数据后,T1 由于某种原因被撤销, 这时 T1 将已修改过的数据恢复为原值 T2 读到的数据与数据库中的数据不一致, 则 T2 读到的数据就是 脏 数据, 即不正确的数据 例如在表 8.1(c) 结论 : 产生上述三类数据不一致性的主要原因是并发操作破坏了事务的隔离性 并发控制就是要用正确的方式调度并发事务操作, 使一个事务的执行不受其他事务的干扰, 从而避免造成数据的不一致性 3 封锁 (Locking) 并发控制的主要技术 : 封锁 (Locking) (1) 封锁定义 封锁就是事务 T 在对某个数据对象 ( 例如表 记录等 ) 操作之前, 先向系统发出请求, 对其加锁 加锁后事务 T 就对该数据对象有了一定的控制, 在事务 T 释放锁之前, 其它事务不能更新此数据对象 封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术例如 : 在飞机订票例子中, 甲事务要修改 A, 若在读出 A 前先锁住 A, 其他事务就不能再读取和修改 A 了, 直到甲修改并写回 A 后解除了对 A 的封锁为止 这样, 就不会丢失甲事务的修改, 基本的封锁类型 : DBMS 通常提供了多种类型的封锁 一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制是由封锁的类型决定的 基本封锁类型 : 排它锁 (Exclusive locks, 简记为 X 锁 ) 共享锁 (Share locks, 简记为 S 锁 ) 排它锁又称为写锁 (X 锁 ): 若事务 T 对数据对象 A 加上 X 锁, 则只允许 T 读取和修改 A, 其他任何事务都不能再对 A 加任何类型的锁, 直到 T 释放

34 A 上的锁 排它锁保证了其他事务在 T 释放 A 上的锁之前只能读取 A, 但不能修改 A 共享锁又称为读锁 (S 锁 ): 若事务 T 对数据对象 A 加上 S 锁, 则事务 T 可以读 A 但不能修改 A, 其他事务只能再对 A 加 S 锁, 而不能加 X 锁, 直到 T 释放 A 上的 S 锁 共享锁保证了其他事务可以读 A, 但在 T 释放 A 上的 S 锁之前不能, 任何事务对 A 做任何修改 (2) 排它锁与共享锁的控制方式 ( 锁的相容矩阵 ) T2 X S T1 X( 排它 ) S( 共享 ) -- NO NO YES NO YES YES 规律 : 若事务 T1 对数据加排它锁 X, 在 T1 没解锁之前, 其它事务不能加任何锁 若事务 T1 对数据加共享锁 S, 在 T1 没解锁之前, 其它事务可以加共享锁 4 封锁协议 封锁协议 (Locking Protocol): 在运用 X 锁和 S 锁对数据对象加锁时约定的规则叫封锁协议 封锁协议包括如下信息 : 何时申请 X 锁或 S 锁 持锁时间 何时释放等 对封锁方式规定不同的规则, 就形成了各种不同的封锁协议 不同的封锁协议, 在不同的程度上为并发操作的正确调度提供一定的保证 常用的封锁协议 : 三级封锁协议 (1) 一级封锁协议 一级封锁协议 : 事务 T 在修改数据 R 之前必须先对其加 X 锁 ( 排它 ), 直到事务结束才释放 事务结束 : 正常结束 (COMMIT) 非正常结束 (ROLLBACK) 一级封锁协议的功能 : 可防止丢失修改 一级封锁协议操作如下 ( 保证没有丢失修改 ): 没有丢失修改 事务 T1 事务 T2

35 1 Xlock A 获得 2 读 A=16 3A A-1 写回 A=15 Commit Unlock A 4 5 Xlock A 等待等待等待等待获得 Xlock A 读 A=15 A A-1 写回 A=14 Commit Unlock A 一级封锁协议的缺点 : 如果仅读数据不对其进行修改, 则不需要加锁, 所 以它不能保证可重复读和不读 脏 数据 例如 : (b) 不可重复读 (c) 读 脏 数据 事务 T1 事务 T2 事务 T1 事务 T2 1 读 A=50 读 B=100 求和 =150 1 Xlock A 获得 2 Xlock B 获得读 B=100 2 读 A=16 A A-1 B B*2 写回 B=200 Commit 写回 A=15 3 读 A=15 3 读 A=50 读 B=200 Unlock B 4 Rollback 求和 =250 Unlock A ( 验算不对 ) (2) 二级封锁协议 二级封锁协议 : 一级封锁协议 ( 数据 R 修改前加 X 锁, 事务结束才释放 R) + 事务 T 在读取数据 R 之前必须先对其加 S 锁, 读完后即可释放 S 锁 ( 与三级协议不同 ) 二级封锁协议的优点 : 防止丢失修改和读 脏 数据 例如 : 图 7.3(c) 使用二级封锁协议解决了图 7.1(c) 中的读 脏 数据问题 分析如下 : 事务 T1 在对 C 进行修改之前, 先对 C 加 X 锁, 修改其值后写回

36 磁盘 T2 请求在 C 上加 S 锁, 因 T1 已在 C 上加了 X 锁,T2 只能等待 ( 见锁相容矩阵 ) T1 因某种原因被撤销,C 恢复为原值 100,T1 释放 C 上的 X 锁后 T2 获得 C 上的 S 锁 T2 读 C=100, 避免了 T2 读 脏 数据 (200) 二级封锁协议的缺点 : 由于读完数据后即可释放 S 锁, 所以它不能保证可 重复读 例如 : T1 1 获得 Sclock A, 读 A=50 Unlock A 2 获得 Sclock B 读 B=100 Unlock B 3 求和 =150 4 获得 Sclock A 读 A=50 Unlock A 获得 Sclock B 读 B=200 Unlock B 求和 =250 ( 验算不对 ) T2 Xlock B 等待等待获得 Xlock B 读 B=100 B B*2 写回 B=200 Commit Unlock B (3) 三级封锁协议 三级封锁协议 : 一级封锁协议 + 事务 T 在读取数据 R 之前必须先对其加 S 锁, 直到事务结束才释放 ( 与二级协议不同 ) 三级封锁协议优点 : 可防止丢失修改 防止读脏数据 防止不可重复读 例如, 三级封锁协议不读 脏 数据如下 : T1 T2 1 Xlock C 读 C= 100 C C*2 写回 C=200 2 Slock C

37 3 ROLLBACK (C 恢复为 100) Unlock C 4 5 等待等待等待等待获得 Slock C 读 C=100 Commit 例如, 三级封锁协议防止不可重复读如下 : Unlock C T1 1Slock A 读 A=50 Slock B 读 B=100 求和 = 读 A=50, 读 B=100 求和 =150 Commit Unlock A,Unlock B 4 T2 Xlock B 等待等待等待等待等待获得 Xlock B 读 B=100 B B*2 写回 B=200 Commit Unlock B 使用三级封锁协议解决 不可重复读 问题 分析如下 : 事务 T1 在读 A B 之前, 先对 A B 加 S 锁, 这样其它事务只能再对 A B 加 S 锁, 而不能加 X 锁, 即其他事务只能读 A B, 而不能修改它们 当 T2 为修改 B 而申请对 B 的 X 锁时, 只能等待 T1 为验算再读 A B, 这时读出的 B 仍是 100, 求和结果仍为 150, 即可重复读 T1 结束才释放 A B 上的 S 锁,T2 才获得对 B 的 X 锁继续执行 三级不同协议的主要区别 : 什么操作需要申请封锁 何时释放锁 ( 即持锁时间 ) 小结 : 对并发操作的不正确调度可能会带来丢失修改 不可重复读和读 脏 数据等不一致性问题, 三级封锁协议分别在不同程度上解决了这一问题, 为并发操作的正确调度提供一定的保证 不同级别的封锁协议达到的系统一致性级别是

38 不同的 四 作业与实验 1 书面作业课后对应习题 2 上机作业无

39 第六章数据库设计 一 教学目标本章详细说明如何设计一个数据库系统 二 重点与难点分析教学重点 : 1 需求分析的过程 方法及结果表达( 介绍一种 CASE 工具 ) 2 概念结构设计的方法与步骤 3 逻辑结构设计(E_R 图 ) 教学难点 : 无 三 教学过程本章 1 次讲述完毕 1 数据库设计的步骤 (1) 需求分析 : 准确了解与分析用户需求 ( 包括数据与处理 ) 是最困难 最耗时的一步 作为地基的需求分析是否做得充分与准确, 决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量 做得不好, 甚至会导致整个数据库设计返工重做 (2) 概念结构设计阶段 : 通过对用户需求进行综合 归纳与抽象, 形成一个独立于具体 DBMS 的概念模型 (3) 逻辑结构设计阶段 : 将概念结构转换为某个 DBMS 所支持的数据模型, 并对其进行优化 (4) 数据库物理设计阶段 : 为逻辑数据模型选取一个最合适的应用环境的物理结构 ( 包括存储结构和存取方法 ) (5) 数据库实施阶段 : 设计人员运用 DBMS 提供的数据语言及其宿主语言, 根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库, 编制与调试应用程序, 组织数据入库, 并进行试运行 (6) 数据库运行和维护阶段 : 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行 运行过程中必须不断地对其进行评价 调整与修改 设计一个完善的数据库应用系统是不可能一蹴而就的, 往往是上述 6 个阶段的不断反复过程 2 概念结构设计 (1) 最常用的方法自底向上设计概念结构法, 通常分两部 : 抽象数据并设计局部视图, 集成局部视图

40 (2) 数据抽象与局部视图设计 选择局部应用根据系统的具体情况, 在多层数据流图中选择一个适当层次的数据流图, 让这组图中每一部分对应局部应用, 设计分 E-R 图 往往以中层数据流图作为设计分 E-R 图的依据, 因它较好反映系统中各局部应用子系统的组成 如果局部应用比较复杂, 可以从更下层的数据流图入手 逐一设计分 E R 图将收集在数据字典中局部应用所涉及的数据抽取出来, 参照数据流图标识局部应用中的实体 实体属性 标识实体的码, 确定实体间的联系及其类型 (1:1 1: n m:n) 实体抽象 : 将一组具有某些共同特性和行为的对象抽象为一个实体 对象与实体间是 is member of 关系 属性抽象 : 对象类型的组成成分可以抽象为实体的属性 组成成分与对象类型间的关系是 is part of 关系有时实体与属性之间很难有截然划分的界限, 同一事物, 在一种应用环境中作为 属性, 在另一种应用环境中就必须作为实体 3 逻辑结构设计 (1 数据模型转换将 ER 图转换为关系模型 : 将实体 实体属性 和实体间的联系转换为关系模式 ; 换的一般原则 : 一个实体型转换为一个关系模式, 实体的属性就是关系的属性, 实体的码就是关系的码 一个 m:n 联系转换为一个关系模式 属性 : 由与该联系相连的实体码及联系本身的属性组成 码与该联系相连的实体码的组合 如学生选课联系 一个 1:n 联系可以转换为独立的关系模式, 也可以与 n 端对应的关系模式合并 (2) 据模型优化适当修改 调整数据模型的结构 通常以规范化理论为指导 (3) 计用户子模式 使用更符合用户习惯的别名 针对不同级别的用户定义不同的外模式, 以满足系统对安全性的要求 简化用户对系统的使用 4 数据库的物理设计 (1) 数据库的物理设计 : 对于设计好的逻辑数据模型选择一个最符合应用要求的物理结构 物理结构指 : 数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法称为数据库的物理结构 (2) 没有通用的物理设计方法可循, 原因有 :

41 数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和数据库产品的 可能用到的数据库产品多种多样 ; 不同的数据库产品所提供的物理环境 存储结构和存取方法有很大的区别, 能供设计人员使用的设计变量 参数范围也很不相同 (3) 一般的设计内容和原则主要有 : 确定数据的存储安排 : 此问题主要是从提高系统性能考虑 例如 : 将表和索引分别放在不同的磁盘上, 在查询时, 由于两个磁盘驱动器分别在工作, 因而可以保证物理读写速度较快 将比较大的表分别放在两个磁盘上, 可以加快存取速度, 特别是在多用户环境下 ; 将日志文件和数据库对象 ( 表 索引等 ) 分别放在不同的磁盘可以改进系统的性能 各系统所提供的对数据进行物理安排的手段 方法差异很大, 因此设计人员应仔细了解给定的 DBMS 在这方面提供了什么方法, 再针对应用环境的要求, 对数据进行适当的物理安排 (4) 设计数据的存取路径在关系数据库中, 主要是指确定如何建立索引 例如 : 次码索引的建立, 组合索引的建立, 其它类型索引 (5) 确定系统配置数据库产品一般提供了一些存储分配参数, 供设计人员和 DBA 对数据库进行物理优化 初始情况下, 系统为这些变量赋予合理的缺省值, 但这些值不一定适应不同的应用环境, 在进行物理设计时, 需要对这些值重新赋值以改善系统性能 这些配置变量通常包括 : 同时使用数据库的用户数 ; 同时打开数据库的对象数 ; 使用的缓冲区长度 个数 ; 数据库大小 ; 锁的数目等, 这些参数值影响存取时间和存储分配, 在物理设计时要根据应用环境确定这些参数值, 以使系统性能最优 系统配置参数在系统运行时需要做进一步调整, 以期切实改进系统性能 四 作业与实验 1 书面作业课后对应习题 2 上机作业 (1) 实验数据库设计 ;

42 第七章 SQL Server 高级应用 一 教学目标 1 掌握 T-SQL 程序设计 2 掌握存储过程 3 掌握触发器 4 掌握备份和还原二 重点与难点分析教学重点 : 1 T-SQL 程序设计 2 存储过程 3 触发器教学难点 : 1 存储过程 2 触发器三 教学过程 1 Transact-SQL 程序设计 1.1 变量与表达式 (1) 局部变量声明局部变量语句 局部变量名 > < 数据类型 >[, ] 例 : 声明一个 datetime 类型的局部变量 datetime 例 : 声明两个局部变量 money 局部变量赋值语句 :SET 局部变量名 >=< 表达式 > 用 SET 语句和 SELECT 语句为局部变量赋值 datetime,@var2 char (10) = getdate () = convert (char 102) 用 SET 语句将查询的结果赋给局部变量, 并用 SELECT 语句显示局部变量的值 datetime (select min (birthday) from s)

43 AS min_birthday 局部变量名的命名 : 首字符为字母, 长度不超过 128 的字母 数字和特殊符号 #) 组成的字符串, 并且不能与全局变量同名 局部变量声明后的值初始化为 NULL 局部变量的作用域仅限于一个批处理中 (2) 全局变量在 SQL Server 2008 中, 描述 SQL Server 最近一次启动后连接或尝试连接的次数 SQL Server 最近一次启动后 CPU 工作时间 ( 单位 ms) 最近一次打开的游标中当前存在的记录行数 SET DATEFIRST 参数的当前值当前数据库最后使用的时间戳值最近一次执行的 Transact-SQL 语句的错误代码最近一次对游标所执行 FETCH 语句的状态最近一次插入数据库表的标识值, 即自动编号值 SQL Server 上次启动后闲置的时间 ( 单位 ms) SQL Server 上次启动后用于执行 I/O 操作的时间 ( 单位 ms) 当前所使用语言的本地语言标识符 (ID) 返回当前使用的语言名称当前会话的当前锁超时设置 ( 单位 ms) SQL Server 上允许用户同时连接的最大数 decimal 和 numeric 数据类型所用的精度级别当前存储过程执行的嵌套层次当前 SET 选项的信息 SQL Server 上次启动后从网络上读取的输入数据包数 SQL Server 上次启动后写到网络上的输出数据包数

44 SQL Server 上次启动后 SQL Server 连接上发生的网络数据包错误数当前过程的存储过程标识符 (ID) 当远程 SQL Server 数据库服务器在登录记录中出现时的名称受上一个语句影响的记录行数运行 SQL Server 的本地服务器名称 SQL Server 正在运行的注册表键名 ( 当前实例为默认实例, 返回 MSSQLServer 当前实例是命名实例, 返回实例名 ) 当前用户进程的服务器进程标识符 (ID) SET TEXTSIZE 选项当前值 ( 指定 SELECT 返回的 text 或 image 数据的最大长度, 以字节为单位 ) 一刻度的微秒数 ( 操作系统一刻度是 31.25ms) SQL Server 上次启动后所遇到的磁盘读 / 写错误数 SQL Server 上次启动后读取磁盘 ( 非高速缓存 ) 数 SQL Server 上次启动后写入磁盘数当前连接的活动事务数 SQL Server 当前安装的日期 版本和处理器类型 (3) 注释语句语句格式 :--< 注释文本 > 或 /* < 注释文本 > */ (3) 定义语句块语句语句格式 : BEGIN < 语句 > END

45 1.2 流程控制语句 (1) 选择结构 IF < 布尔表达式 > < 语句 1> [ELSE < 语句 2>] 注 : 一条 IF 或 ELSE 后必须为一条 Transact-SQL 语句, 如果有多条 Transact-SQL 语句, 必须使用 BEGIN/END (2) 循环结构循环语句 : WHILE < 布尔表达式 > < 语句 > 中断语句 : BREAK 短路语句 : CONTINUE 注 :WHILE 后必须为一条 Transact-SQL 语句, 如果有多条 Transact-SQL 语句, 必须使用 BEGIN/END (3) 转移语句语句格式 : GOTO < 标号 > (4) 等待语句语句格式 :WAITFOR DELAY '< 时间间隔 >' TIME '< 时间 >' 其中, 时间间隔和时间均为 datetime 类型, 但不包括日期, 其格式为 hh:mm:ss, 分别说明等待的时间长度和时间点 (5) 返回语句语句格式 : RETURN [< 整数表达式 >] 其中, 如果没有指定返回值, 返回值为 0 时表示程序成功执行, 返回值为负数时表示不同的出错原因

46 1.3 常用函数 (1) 字符串函数 (2) 数学函数

47 (3) 日期函数 (4) 类型转换函数 (5) 系统函数

48 2 存储过程 2.1 概述 (1) 何谓存储过程 SQL Server 提供了一种方法 : 可以将一些预先编译的 SQL 语句集中起来由 SQL Server 数据库服务器来完成以实现某个任务, 这就是存储过程 存储过程常驻在 SQL Server 数据库服务器的内存中 (2) 存储过程的创建与演示 CREATE PROC [ EDURE ] procedure_name [ data_type } [ VARYING ] [ = default ] [ OUTPUT ]] [,...n ] [ WITH { RECOMPILE ENCRYPTION RECOMPILE, ENCRYPTION } ] AS sql_statement (3) 存储过程的用途 ( 为何应用存储过程 )

49 针对以上各优点进行讲解 通过一个数据库访问程序实例演示存储过程的实际应用 2.2 对带参存储过程的讲解建立存储过程时, 可以向存储过程中进行参数传递, 存储过程接收参数并应用到程序中 在定义形参时, 可以直接给形参一个值, 这就是形参的默认值, 各参数必须与实参一一对应 (1) 存储过程不带参数 Create proc 存储过程名 As 程序体 (2) 带参数的存储过程 Create proc 存储过程名 ( 形参列表 ) As 程序体形参列表的格式为 变量名类型 [= 默认值 ] 参数类型其中参数类型分为两种一种输入型参数, 即只从调用向存储过程中传递 存储过程接收即可 另一种输出型参数, 负责从存储中向调用处传递 关键字是 :output 表示输出型参数 (3) 在存储过程中返回参数

50 在定义存储过程中, 返回的参数必须加参数类型 output 1. 定义存储过程 Create proc 存储过程名 变量名类型 -- 变量名类型 output ) As 程序体 2. 调用 Execute 存储过程名输入型参数, 局部变量 output (4) 存储过程的返回值存储过程在执行后都会返回一个整型值, 称为返回代码, 指示存储过程的执行状态, 如果成功返回 0, 否则返回 -1 99,-1 表示找不到对象 -2 表示数据类型错误,-5 表示语法错误 2.3 存储过程的管理 (1) 查看存储过程第一种方法可以在 SSMS 管理工具中, 右击选择存储过程名, 然后选择编写存储过程脚本为 :create 到新查询编辑窗口 第二种方法 : 使用系统存储过程查询 Sp_help 存储过程名只能看到存储过程的属性 Sp_helptext 存储过程名可以看到存储过程的文本 Sp_stored_procedures (2) 修改存储过程 1. 使用 SSMS 管理工具 2. 使用 alter procedure 语句修改它与创建语句相同, 只是用来修改的, 格式一样 Alter procedure 存储过程名 ( 参数列表 ) As 语句体 (3) 重命名存储过程 Sp_rename 原名称, 新名称

51 (4) 删除存储过程 Drop procedute 存储过程名, 3 触发器触发器 (Trigger) 是用户定义在关系表上的一类由事件驱动的特殊过程, 由服务器自动激活, 可以进行更为复杂的检查和操作, 具有更精细和更强大的数据控制能力 3.1 定义触发器 (1)CREATE TRIGGER 语法格式 CREATE TRIGGER < 触发器名 > {BEFORE AFTER} < 触发事件 > ON < 表名 > FOR EACH {ROW STATEMENT} [WHEN < 触发条件 >] < 触发动作体 > 定义触发器的语法说明 : 创建者 : 表的拥有者 触发器名 表名 : 触发器的目标表 触发事件 :INSERT DELETE UPDATE 触发器类型 : 行级触发器 (FOR EACH ROW) 和语句级触发器 (FOR EACH STATEMENT) 触发条件 : 触发条件为真, 省略 WHEN 触发条件 触发动作体 : 触发动作体可以是一个匿名 PL/SQL 过程块, 也可以是对已创建存储过程的调用 3.2 激活触发器触发器的执行, 是由触发事件激活的, 并由数据库服务器自动执行一个数据表上可能定义了多个触发器同一个表上的多个触发器激活时遵循如下的执行顺序 : (1) 执行该表上的 BEFORE 触发器 ; (2) 激活触发器的 SQL 语句 ; (3) 执行该表上的 AFTER 触发器 3.3 删除触发器删除触发器的 SQL 语法 : DROP TRIGGER < 触发器名 > ON < 表名 >; 触发器必须是一个已经创建的触发器, 并且只能由具有相应权限的用户删

52 除 4 备份和还原 4.1 备份和还原概述数据库的备份和恢复是数据库管理员维护数据库安全性和完整性必不可少的操作, 合理地进行备份和恢复可以将可预见的和不可预见的问题对数据库造成的伤害降到最低 备份是对数据库或事务日志进行复制, 数据库备份记录了在进行备份这一操作时数据库中所有数据的状态 (1) 备份类型 : 数据库完整备份 ; 差异备份 ; 事务日志备份 ; 文件及文件组备份 (2) 备份及还原策略 4.2 创建备份设备讲述利用 SQL Server 企业管理器创建备份设备的过程 4.3 备份数据库讲述利用 SQL Server 企业管理器备份数据库的过程 4.4 还原数据库讲述利用 SQL Server 企业管理器还原数据库的过程 四 作业与实验 1 书面作业课后对应习题 2 上机作业 (1) 实验 T-SQL 语言程序设计 ; (2) 实验存储过程

53 第八章空间数据库基础 一 教学目标 1 掌握空间数据库基本概念 2 掌握空间数据库模型 3 掌握空间数据库设计 4 掌握空间数据库建立和维护二 重点与难点分析教学重点 : 1 空间数据库模型 2 空间数据库设计 3 空间数据库建立和维护教学难点 : 1 空间数据库模型 2 空间数据库设计三 教学过程 1 空间数据库基本概念 (1) 数据与数据库数据 : 描述事物的符号记录, 是数据库中存储的基本对象 数据库 : 数据库 (Data Base), 以一定的组织方式存储在一起的相互关联的数据集合 数据库系统包括数据库 数据库管理系统和数据库应用系统三个组成部分 (2) 计算机对数据的管理经过了三个阶段 : 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段 (3) 空间数据库概念 : 是 GIS 中存储的与应用相关的地理空间数据的总和 ( 是 GIS 基本且重要的组成部分 ) (4) 空间数据库管理系统的实现 : 常规 DBMS 进行扩展, 使有空间数据存储 管理功能 ; 常规 DBMS 基础上加一层空间数据库引擎 (ESRI 的 SDE(Spatial Database Engine)) (5)GIS 数据库的特点 ( 与其它数据库相比 ) : 不仅属性数据, 还有大量的空间数据 ; 数据量大, 即使是一个极小的区域 ; 数据的应用相当广, 如地理研究 环境保护 土地利用与规划 资源开发 生态环境 市政管理 道路建设等等 (6) 现行空间数据库管理方案 : 基于文件与关系式数据库的空间数据混合管理方案 基于关系式数据库的空间数据管理方案 基于对象 关系式数据库的空间数据管理方案

54 (7)GIS 空间数据组织 2 空间数据库模型 (1) 数据模型 : 是表达现实世界的规格化说明, 在数据库中用形式化的方法描述数据的逻辑结构和操作 数据模型三要素 : 数据结构 数据操作 数据的完整性约束条件 (2) 数据库中数据组织方式 数据库中的数据组织一般可以分为四级 : 数据项 记录 文件和数据库 (3) 空间数据模型 就是对空间实体及其联系进行描述和表达的数学手段, 使之能反映实体的某些结构特性和行为功能 空间数据模型是衡量 GIS 功能强弱与优劣的主要因素之一 (4) 数据模型类型 传统数据模型 ( 如层次 网状和关系数据模型 ) 和新型数据模型 ( 如语义数据模型, 面向对象数据模型和时空数据模型 )

55 3 掌握空间数据库设计 (1) 空间数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的应用数据抽象成一个数据库的具体结构的过程 实质 : 如何将地理实体以一定组织形式在数据库中表达 即空间实体数据的模型化问题 客观世界 -( 认识 抽象 )-> 概念模型概念模型 -( 选定数据模型 DBMS)-> 逻辑模型逻辑模型 -( 确定数据组织方式 )-> 存储模型 (2) 概念模型 ( 空间特征, 关系描述 ) 空间特征 : 点 线 面 体四种基本类型 ; 实体在空间 时间 属性三方面存在联系 : 空间联系 : 空间位置 分布 关系 运动等 ; 时间联系 : 客体随时间变化, 可构成时态数据库 ; 属性关系 : 属性多级分类中的从属关系 聚类关系 相关关系 (3) 空间数据库的数据模型设计空间数据模型 : 对空间客体进行描述和表达的数学手段, 使之能反应客观实体及其关系 常用数据模型 : 层次模型 ; 网状模型 ; 关系模型 ; 语义模型 ; 面向对象模型 (4) 空间数据库的设计原则 尽量减小存储冗余 可变的数据结构 对数据及时访问, 高效查询 能维持空间数据的复杂联系 支持多种决策的需要, 适应性强 (5) 空间数据库的设计内容三个方面 : 数据结构 数据操作和完整性约束 (6) 空间数据库的设计步骤

56 4 掌握空间数据库建立和维护 (1) 空间数据库的实现 建立实际的空间数据库结构 ; 装入试验性数据测试应用程序 ; 装入实际空间数据, 运行 (2) 空间数据库的运行与维护 维护安全性与完整性 ; 监测并改善数据库性能 ; 增加新的功能 ; 修改错误 四 作业与实验 1 书面作业什么是空间数据库? 什么是空间数据模型? 2 上机作业 (1) 实验 Geodatabase 建库

57 第九章 Geodatabase 和 ArcSDE 一 教学目标 1 ArcGIS 中的数据组织类型 2 Geodatabase 的基本概念和应用 3 ArcSDE 的基本概念和应用二 重点与难点分析教学重点 : 1 ArcGIS 中的数据组织类型 2 Geodatabase 的基本概念和应用 3 ArcSDE 的基本概念和应用教学难点 : 1 ArcGIS 中的数据组织类型 2 ArcSDE 的基本概念和应用三 教学过程 1 ArcGIS 中的数据组织类型 (1) 空间要素类型 点 点簇 相遇相交的线 相遇不相交的线 环线 多边形 含洞多边形 (2 数据组织 对象类 (Object class) 象类是一种特殊的类, 它没有空间特征, 其实

58 例为可关联某种特定行为的表记录 (Row in table) 如: 某块地的主人 在 地块 和 主人 之间, 可以定义某种关系 要素类 (Feature class) 类空间要素的集合即为要素类 如: 河流 道路 植被 用地 电缆等 要素类之间可以独立存在, 也可具有某种关系 当不同的要素类之间存在关系时, 我们将其组织到一个要素数据集 (Feature dataset) 中 2 Geodatabase 的基本概念和应用 (1)Geodatabase 是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型 Geodatabase 支持在标准的数据库管理系统 (DBMS) 表中存储和管理地理信息 Geodatabase 支持多种 DBMS 结构和多用户访问, 且大小可伸缩 从基于 Microsoft Jet Engine 的小型单用户数据库, 到工作组, 部门和企业级的多用户数据库,Geodatabase 都支持 (2)Geodatabase 使用范围很广, 主要用于工作组 部门和企业, 利用底层 DBMS 结构的优点实现以下功能 : 支持海量的, 连续的 GIS 数据库 ; 多用户的并发访问 ; 长事务和版本管理的工作流 3 ArcSDE 的基本概念和应用 (1)ArcSDE 是什么是允许用户将空间数据和其它业务数据统一存放在关系数据库管理系统 (RDBMS) 中, 进行集成管理的一个通路 ( 或网关 ) ArcSDE 是一个基于关系型数据库基础上的地理数据库服务器是对关系型数据库的一个扩展, 可以运行于 Oracle SQL Server DB2 Informix 等大型数据库之上, 与数据库间形成了一种 Client/Server 三重体系结构 采用 ArcSDE 管理地理信息数据 ArcGIS 的共享安全和维护和数据处理能力方面大大超过老一代地理信息系统 (2)ArcSDE 支持的 RDBMS 产品 :Oracle SQL Server Informix IBM DB2 (3)SDE 的体系结构

59 (4)SDE 的数据存储 四 作业与实验 1 书面作业 ArcSDE 如何组织数据? 2 上机作业 (1) 实验 ArcSDE 的安装和使用