南京大学：《数据库概论 Introduction to Databases》课程教学资源（教学大纲，胡伟）

课程编号：22010110 课程名称：数据库概论 英文名称：Introduction to Databases 前导课程：程序设计、离散数学、数据结构、操作系统 任课教师：胡伟 周讲课/实习时数：4/0 学分：3 课程简介 “数据库概论”是为南京大学计算机科学与技术系本科生开设的方向核心课 程，主要介绍数据库的基本概念与关系数据库系统的基本理论。通过对相关概念 和理论的学习，可以让学生掌握如何去设计、建立、操作和管理一个具体的数据 库系统，从而为以后的数据库理论研究、课程实践以及信息系统开发工作建立一 个良好的基础。 课程目的与要求 通过对该课程的学习使学生能够： 1)熟悉数据库领域内的一些专用名词术语，了解数据库的基本概念与思想 2)掌握数据库技术的基本理论一数据模型，了解三个不同层次上的数据模 型概念，掌握三种常用的概念数据模型一实体联系模型、扩充实体联系 模型和面向对象数据模型的建模方法 3)掌握关系模型的基本数学理论一关系代数，以及关系数据库的设计理论 一关系规范化理论 4)了解数据库的设计方法与设计过程，掌握关系数据库的逻辑数据模型的 设计方法 5)学会使用交互式SQL语言来建立和访问关系数据库中的数据，并定义系 统的数据完整性和访问控制要求 6)建立初步的数据库的数据交换概念，了解如何在应用程序中访问数据库 课程内容与学时分配： 第一章数据库系统概述（2学时) 1.1基本概念 ◆数据库、数据库管理系统、数据库系统、数据库管理员 1.2数据库系统的发展及趋势 1.3数据库系统的特点

课程编号：22010110 课程名称：数据库概论 英文名称：Introduction to Databases 前导课程：程序设计、离散数学、数据结构、操作系统 任课教师：胡伟 周讲课/实习时数：4/0 学分：3 课程简介 “数据库概论”是为南京大学计算机科学与技术系本科生开设的方向核心课 程，主要介绍数据库的基本概念与关系数据库系统的基本理论。通过对相关概念 和理论的学习，可以让学生掌握如何去设计、建立、操作和管理一个具体的数据 库系统，从而为以后的数据库理论研究、课程实践以及信息系统开发工作建立一 个良好的基础。 课程目的与要求 通过对该课程的学习使学生能够： 1) 熟悉数据库领域内的一些专用名词术语，了解数据库的基本概念与思想 2) 掌握数据库技术的基本理论—数据模型，了解三个不同层次上的数据模 型概念，掌握三种常用的概念数据模型—实体联系模型、扩充实体联系 模型和面向对象数据模型的建模方法 3) 掌握关系模型的基本数学理论—关系代数，以及关系数据库的设计理论 —关系规范化理论 4) 了解数据库的设计方法与设计过程，掌握关系数据库的逻辑数据模型的 设计方法 5) 学会使用交互式 SQL 语言来建立和访问关系数据库中的数据，并定义系 统的数据完整性和访问控制要求 6) 建立初步的数据库的数据交换概念，了解如何在应用程序中访问数据库 课程内容与学时分配： 第一章 数据库系统概述（2 学时） 1.1 基本概念 u 数据库、数据库管理系统、数据库系统、数据库管理员 1.2 数据库系统的发展及趋势 1.3 数据库系统的特点

◆数据集成化、数据独立性、数据共享、数据冗余、数据的安全性、完整 性和一致性、并发控制和故障恢复 1.4数据库内部结构体系 ◆数据库的三级结构：三级模式、二级映射 第二章数据模型（6学时) 2.1数据模型的基本概念 ◆概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型 2.2数据模型的四个世界 2.3概念世界与概念模型 ◆ER模型与ER图：实体、属性、联系 ◆扩充E-R模型与扩充ER图：IS-A联系、弱实体 ◆面向对象模型：对象、对象标识符、类、方法、超类和子类、聚合和分 解、继承和合成、方法、消息、封装 2.4信息世界和逻辑模型 ◆关系模型：关系、属性、值域、元组、关系数据库、关键字 2.5计算机世界与物理模型 ◆磁盘组织与文件系统 ◆逻辑模型的物理存储：项、记录、文件、索引、集簇 第三章关系数据库系统（14学时) 3.1关系数据库系统概述 3.2关系数据库系统的衡量准则 ◆完全关系型的十二条衡量准则 ◆空值(NULL) 3.3关系模型数学理论一关系代数 3.3.0关系模型 ◆关系数据结构 ●表结构：表框架、表的元数与基数 ●关系：二维表的性质 ●关键字：候选关键字、主关键字、外关键字 ●关系数据库：关系子模式一视图(view) ◆关系操纵 ●数据查询：两个关系的合并、单个关系内的元组选择、单个关系内 的属性指定 ●数据删除、插入、修改 ●空值的处理

u 数据集成化、数据独立性、数据共享、数据冗余、数据的安全性、完整 性和一致性、并发控制和故障恢复 1.4 数据库内部结构体系 u 数据库的三级结构：三级模式、二级映射 第二章 数据模型 （6 学时） 2.1 数据模型的基本概念 u 概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型 2.2 数据模型的四个世界 2.3 概念世界与概念模型 u E-R 模型与 E-R 图：实体、属性、联系 u 扩充 E-R 模型与扩充 E-R 图：IS-A 联系、弱实体 u 面向对象模型：对象、对象标识符、类、方法、超类和子类、聚合和分 解、继承和合成、方法、消息、封装 2.4 信息世界和逻辑模型 u 关系模型：关系、属性、值域、元组、关系数据库、关键字 2.5 计算机世界与物理模型 u 磁盘组织与文件系统 u 逻辑模型的物理存储：项、记录、文件、索引、集簇 第三章 关系数据库系统 （14 学时） 3.1 关系数据库系统概述 3.2 关系数据库系统的衡量准则 u 完全关系型的十二条衡量准则 u 空值（NULL） 3.3 关系模型数学理论—关系代数 3.3.0 关系模型 u 关系数据结构 l 表结构：表框架、表的元数与基数 l 关系：二维表的性质 l 关键字：候选关键字、主关键字、外关键字 l 关系数据库：关系子模式—视图（view） u 关系操纵 l 数据查询：两个关系的合并、单个关系内的元组选择、单个关系内 的属性指定 l 数据删除、插入、修改 l 空值的处理

◆关系中的数据约束 ●实体完整性约束、参照完整性约束、用户定义的完整性 3.3.1关系的表示 ◆关系的表示、迪卡尔乘积 3.3.2关系操纵的表示 ◆关系代数中的五种基本运算：选择、投影、笛卡儿积、并、差 ◆基本运算的应用实例 3.3.3关系模型与关系代数 3.3.4关系代数中的扩充运算 ◆交、除法、联接与自然联接、外联接 ◆扩充运算的应用实例 3.3.5关系代数实例 ◆综合的关系代数应用实例 34关系数据库语言SQL92 3.4.1SQL概貌 ◆SQL标准的发展历史、SQL的基本概念与使用方式、SQL功能简介 3.4.2SQL数据定义功能 ◆SQL中的数据类型、Oracle数据类型 ◆基本的表结构定义和修改命令 3.4.3SQL数据操纵功能 ◆SQL语言与关系代数的关系 ◆映像语句结构 ◆基本查询功能：LIKE、IS NULL谓词、表的联接查询与自联接查询、 ORDER BY子句的功能 ◆嵌套查询：IN、SOME/ANY/ALL,EXISTS等谓词、相关子查询与独立 子查询 ◆子查询的合并：UNION/INTERSECT/EXCEPT[ALL运算 ◆统计查询：统计与分组统计查询、空值与空集在统计函数中的处理方法 ◆复杂数据查询：两层的NOT EXISTS嵌套结构以实现关系代数中的除法 运算的查询功能 3.4.4SQL的更新功能 ◆删除功能 ◆插入功能：常量元组的插入、带子查询的元组插入 ◆修改功能 3.4.5视图

u 关系中的数据约束 l 实体完整性约束、参照完整性约束、用户定义的完整性 3.3.1 关系的表示 u 关系的表示、迪卡尔乘积 3.3.2 关系操纵的表示 u 关系代数中的五种基本运算：选择、投影、笛卡儿积、并、差 u 基本运算的应用实例 3.3.3 关系模型与关系代数 3.3.4 关系代数中的扩充运算 u 交、除法、联接与自然联接、外联接 u 扩充运算的应用实例 3.3.5 关系代数实例 u 综合的关系代数应用实例 3.4 关系数据库语言 SQL’92 3.4.1 SQL 概貌 u SQL 标准的发展历史、SQL 的基本概念与使用方式、SQL 功能简介 3.4.2 SQL 数据定义功能 u SQL 中的数据类型、Oracle 数据类型 u 基本的表结构定义和修改命令 3.4.3 SQL 数据操纵功能 u SQL 语言与关系代数的关系 u 映像语句结构 u 基本查询功能：LIKE、IS NULL 谓词、表的联接查询与自联接查询、 ORDER BY 子句的功能 u 嵌套查询：IN、SOME/ANY/ALL，EXISTS 等谓词、相关子查询与独立 子查询 u 子查询的合并：UNION / INTERSECT / EXCEPT [ALL]运算 u 统计查询：统计与分组统计查询、空值与空集在统计函数中的处理方法 u 复杂数据查询：两层的 NOT EXISTS 嵌套结构以实现关系代数中的除法 运算的查询功能 3.4.4 SQL 的更新功能 u 删除功能 u 插入功能：常量元组的插入、带子查询的元组插入 u 修改功能 3.4.5 视图

◆视图概念、视图与基表的区别 ◆视图的定义命令：嵌套定义功能 ◆视图的删除命令：视图删除中的连锁反应 ◆视图上的数据访问：可更新视图 ◆视图的优点 第四章数据库的安全性与完整性保护(6学时) 4.1数据库的安全性保护 ◆数据库的安全与安全数据库 ◆数据库安全的基本概念与内容：主体、客体、身份标识与鉴别、自主访 问控制、强制访问控制、隐蔽通道、审计 ◆数据库的安全标准：国标GB17859 ◆SQL对数据库安全的支持：SQL语言所提供的与数据库安全保护有关的 命令 4.2数据库的完整性保护 ◆数据库完整性保护的功能：目的与常用实现措施 ◆完整性规则的三个内容：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性 ◆完整性约束的设置、检查与处理：在SQL语言的CREATE TABLE命令 中提供的完整性约束定义子句 ◆触发器 第五章事务处理、并发控制与故障恢复技术（10学时) 5.1事务处理 ◆事务的定义与ACID性质 ◆事务活动及其状态转换图 ◆事务控制及相关的参数设置语句：事务的提交与回滚、事务的读/写类型 与隔离级别 ◆事务的语句组成成分 5.2并发控制技术 ◆事务 ●事务的并发性、并发控制 ·调度、串行调度、可串行化调度、冲突与冲突可串行化、冲突可串 行化的判定方法 ●三种数据不一致现象：丢失修改、脏读、不可重复读 ◆封锁 ●共享锁、排它锁、所相容矩阵、合适事务

u 视图概念、视图与基表的区别 u 视图的定义命令：嵌套定义功能 u 视图的删除命令：视图删除中的连锁反应 u 视图上的数据访问：可更新视图 u 视图的优点 第四章 数据库的安全性与完整性保护（6 学时） 4.1 数据库的安全性保护 u 数据库的安全与安全数据库 u 数据库安全的基本概念与内容：主体、客体、身份标识与鉴别、自主访 问控制、强制访问控制、隐蔽通道、审计 u 数据库的安全标准：国标 GB17859 u SQL 对数据库安全的支持：SQL 语言所提供的与数据库安全保护有关的 命令 4.2 数据库的完整性保护 u 数据库完整性保护的功能：目的与常用实现措施 u 完整性规则的三个内容：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性 u 完整性约束的设置、检查与处理：在 SQL 语言的 CREATE TABLE 命令 中提供的完整性约束定义子句 u 触发器 第五章 事务处理、并发控制与故障恢复技术（10 学时） 5.1 事务处理 u 事务的定义与 ACID 性质 u 事务活动及其状态转换图 u 事务控制及相关的参数设置语句：事务的提交与回滚、事务的读/写类型 与隔离级别 u 事务的语句组成成分 5.2 并发控制技术 u 事务 l 事务的并发性、并发控制 l 调度、串行调度、可串行化调度、冲突与冲突可串行化、冲突可串 行化的判定方法 l 三种数据不一致现象：丢失修改、脏读、不可重复读 u 封锁 l 共享锁、排它锁、所相容矩阵、合适事务

●基于封锁技术的并发控制实现方法 ●封锁协议：三级封锁协议、两阶段封锁协议 ●合法调度：两阶段封锁协议与冲突可串行化的关系 ●多粒度封锁：封锁粒度与多粒度封锁、意向锁及其锁相容矩阵、多 粒度封锁协议 ●死锁及其解决方法、活锁及其解决方法 5.3数据库恢复技术 ◆数据库恢复的含义、方法和常用措施 ◆数据库故障的分类 ◆数据库故障恢复三大技术 ·数据转储：静态转储/动态转储、海量转储/增量转储 。日志： -日志的内容、组成、作用与记载原则 -UNDO日志的记录格式、记载规则以及使用UNDO日志的恢复 过程、UNDO日志中的静止/非静止检查点的设置方法以及使用 带检查点的UNDO日志的恢复过程 REDO日志的记录格式、记载规则以及使用REDO日志的恢复 过程、REDO日志中的（非静止）检查点的设置方法以及使用 带检查点的REDO日志的恢复过程 -UNDO日志与REDO日志的区别与不足 -UNDO/REDO日志的记录格式、记载规则以及使用UNDO/ REDO日志的恢复过程、UNDO/REDO日志中的检查点的设置 方法以及使用带检查点的UNDO/REDO日志的恢复过程 ●事务的撤销(UNDO)与重做(REDO) ◆恢复策略：小型/中型/大型故障的恢复策略 ◆数据库镜像 第六章数据库中的数据交换(2学时) 6.1概述 ◆数据交换的五种方式 6.2数据交换的管理 ◆会话管理 ◆连接管理 ◆游标管理：游标的定义、打开、使用与关闭命令、可滚动游标的定义及 其在数据更新命令中的使用 ◆诊断管理

l 基于封锁技术的并发控制实现方法 l 封锁协议：三级封锁协议、两阶段封锁协议 l 合法调度：两阶段封锁协议与冲突可串行化的关系 l 多粒度封锁：封锁粒度与多粒度封锁、意向锁及其锁相容矩阵、多 粒度封锁协议 l 死锁及其解决方法、活锁及其解决方法 5.3 数据库恢复技术 u 数据库恢复的含义、方法和常用措施 u 数据库故障的分类 u 数据库故障恢复三大技术 l 数据转储：静态转储/动态转储、海量转储/增量转储 l 日志： – 日志的内容、组成、作用与记载原则 – UNDO 日志的记录格式、记载规则以及使用 UNDO 日志的恢复 过程、UNDO 日志中的静止/非静止检查点的设置方法以及使用 带检查点的 UNDO 日志的恢复过程 – REDO 日志的记录格式、记载规则以及使用 REDO 日志的恢复 过程、REDO 日志中的（非静止）检查点的设置方法以及使用 带检查点的 REDO 日志的恢复过程 – UNDO 日志与 REDO 日志的区别与不足 – UNDO/REDO 日志的记录格式、记载规则以及使用 UNDO/ REDO 日志的恢复过程、UNDO/REDO 日志中的检查点的设置 方法以及使用带检查点的 UNDO/REDO 日志的恢复过程 l 事务的撤销（UNDO）与重做（REDO） u 恢复策略：小型/中型/大型故障的恢复策略 u 数据库镜像 第六章 数据库中的数据交换（2 学时） 6.1 概述 u 数据交换的五种方式 6.2 数据交换的管理 u 会话管理 u 连接管理 u 游标管理：游标的定义、打开、使用与关闭命令、可滚动游标的定义及 其在数据更新命令中的使用 u 诊断管理