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第一章 数据库概论1

1.1 引言1

1.1.1 数据与信息2

1.1.2 数据处理与数据管理3

1.1.3 数据库技术的基本概念3

1.2 数据库的由来和发展4

1.2.1 人工管理阶段4

1.2.2 文件系统阶段5

1.2.3 数据库阶段6

1.2.4 高级数据库技术阶段8

1.3 数据描述10

1.3.1 现实世界10

1.3.2 信息世界10

1.3.3 机器世界10

1.3.4 类型和值11

1.3.5 物理存储中的数据描述11

1.3.6 逻辑数据和物理数据12

1.3.7 数据之间的联系13

1.3.8 实体间的联系13

1.4.1 数据模型的定义14

1.4 数据模型14

1.4.2 实体联系模型15

1.4.3 层次模型17

1.4.4 网状模型18

1.4.5 关系模型19

1.4.6 面向对象模型21

1.5 数据库的体系结构22

1.5.1 数据库的三级体系结构22

1.5.3 外模式24

1.5.4 内模式24

1.5.2 概念模式24

1.5.5 模式／内模式映象25

1.5.6 外模式／模式映象25

1.5.7 用户25

1.5.8 用户界面25

1.5.9 本书小结26

1.6 数据库管理系统26

1.6.1 DBMS的主要功能27

1.6.2 DBMS的组成28

1.6.3 用户访问数据的过程28

1.7 数据库系统29

1.7.1 DBS的组成29

1.7.2 DBS的全局结构31

1.7.3 DBS结构的分类33

1.7.4 DBS的效益36

习题37

第二章 关系模型38

2.1 关系模型的基本概念38

2.1.1 基本术语38

2.1.2 关系的定义39

2.1.3 关系模式40

2.1.4 子模式41

2.1.5 存储技术42

2.1.6 关系模型的三类完整性规则43

2.1.7 关系模型的形式定义44

2.1.8 关系模型的优点44

2.1.9 ER模型向关系模型的转换44

2.2 关系代数45

2.2.1 关系查询语言和关系运算45

2.2.2 关系代数的五种基本操作46

2.2.3 关系代数的其它操作48

2.2.4 关系代数运算的应用实例50

2.2.5 扩充的关系代数操作51

2.3 关系演算53

2.3.1 元组关系演算54

2.3.2 域关系演算57

2.3.3 关系运算的安全约束58

2.3.4 三种关系运算形式的等价性59

2.4 查询优化60

2.4.1 关系代数表达式的优化问题60

2.4.2 关系代数表达式的等价变换规则61

2.4.3 优化的一般策略63

2.4.4 关系代数表达式的优化算法64

习题67

3.1.1 SQL的产生和发展71

第三章 关系数据库语言SQL和QBE71

3.1 SQL的体系结构71

3.1.2 SQL数据库的体系结构72

3.1.3 SQL的组成73

3.2 SQL的数据查询73

3.2.1 SELECT查询语句73

3.2.2 查询例子74

3.2.3 聚合函数78

3.2.4 SELECT语句完整的句法78

3.2.5 SELECT子句中的规定79

3.2.6 条件表达式中的算术比较操作80

3.2.7 属性和关系的别名操作81

3.2.8 字符串的匹配操作81

3.2.9 集合的并、交、差操作81

3.2.10 空值的处理82

3.2.11 集合的比较操作83

3.2.12 导出关系的使用85

3.2.13 关系的联接86

3.3 SQL的数据更新88

3.3.1 插入操作88

3.3.2 删除操作89

3.3.3 修改操作90

3.4 SQL的数据定义91

3.4.1 模式的定义和撤消91

3.4.2 SQL2提供的基本数据类型92

3.4.3 关系(基本表)的定义、修改和撤消92

3.4.4 索引的定义和撤消95

3.5 视图的定义和对视图的操作96

3.5.1 视图的定义96

3.5.2 视图的撤消97

3.5.3 对视图的更新操作97

3.5.4 视图的优点98

3.6.2 SQL和宿主语言的接口99

3.6 嵌入式SQL99

3.6.1 SQL语言的运行环境99

3.6.3 嵌入式SQL的使用规定100

3.6.4 嵌入式SQL的使用技术101

3.6.5 动态SQL语句104

3.7 QB的数据查询105

3.7.1 QBE概述105

3.7.2 QBE语言的命令结构106

3.7.3 在单个关系上的数据查询107

3.7.4 在多个关系上的数据查询109

3.7.6 查询结果的排序110

3.7.5 查询结果关系的形成110

3.7.7 聚合操作111

3.8 QBE的数据更新112

3.8.1 删除操作112

3.8.2 插入操作113

3.8.3 修改操作114

3.8.4 QBE的完备性114

习题115

4.1.2 关系数据库设计理论的主要内容120

4.1.1 关系模型的外延和内涵120

4.1 关系模式的设计问题120

第四章 关系数据库的规范化设计120

4.1.3 泛关系模式与数据库模式121

4.1.4 关系模式的存储异常问题121

4.1.5 冗余和数据依赖123

4.1.6 本章的符号规定123

4.2 函数依赖123

4.2.1 函数依赖的定义123

4.2.2 FD的逻辑蕴涵124

4.2.3 FD的推理规则125

4.2.4 FD和键的联系126

4.2.6 FD推理规则的完备性127

4.2.5 属性集的闭包127

4.2.7 函数依赖集的规范复盖128

4.3 关系模式的分解特性130

4.3.1 模式分解问题130

4.3.2 无损联接130

4.3.3 无损联接的测试算法133

4.3.4 保持函数依赖的分解134

4.3.5 本节小结135

4.4 关系模式的范式135

4.4.3 第三范式(3NF)136

4.4.1 第一范式(1NF)136

4.4.2 第二范式(2NF)136

4.4.4 BCNF(Boyce-Codd NF)137

4.4.5 分解成BCNF模式集的算法138

4.4.6 分解成3NF模式集的算法140

4.4.7 模式设计方法的原则141

4.5 数据依赖和模式的规范化处理142

4.5.1 多值依赖的定义142

4.5.2 关于FD和MVD的推理规则集143

4.5.4 MVD与无损联接的联系144

4.5.3 属性集的依赖基144

4.5.5 第四范式(4NF)145

4.5.6 分解成4NF模式集的算法146

4.5.7 MVD与FD的联系与区别146

4.5.8 嵌入多值依赖(EMVD)147

4.5.9 联接依赖(JD)147

4.5.10 投影联接范式(PJNF)148

4.6 数据库设计的全过程148

4.6.1 数据库设计方法149

4.6.2 规划阶段151

4.6.3 需求分析阶段152

4.6.4 概念设计阶段154

4.6.5 逻辑设计阶段159

4.6.6 物理设计阶段161

4.6.7 数据库的实现162

4.6.8 数据库的运行和维护162

习题163

第五章 数据库的存储结构166

5.1 物理存储介质166

5.1.1 存储介质层次166

5.1.2 磁盘168

5.2 文件组织171

5.1.3 第三级存储器171

5.2.1 定长记录172

5.2.2 变长记录174

5.3 文件中记录的组织177

5.3.1 文件中记录的组织方式177

5.3.2 顺序文件组织177

5.3.3 聚类文件组织179

5.4 索引技术180

5.4.1 索引机制的分类180

5.4.2 有序索引的分类180

5.4.3 主索引181

5.4.4 辅助索引184

5.4.5 B+树索引文件185

5.4.6 B树索引文件192

5.5 散列技术193

5.5.1 散列文件组织193

5.5.2 散列索引196

5.5.3 静态散列中的问题197

5.5.4 可扩充散列结构197

5.6 多键访问202

5.6.1 单键查询的问题202

5.6.2 网格文件203

5.6.3 分区散列技术205

习题205

第六章 系统实现技术208

6.1 系统目录208

6.1.1 数据字典与系统目录208

6.1.2 关系DBMS的目录209

6.1.3 系统目录的扩充ER图211

6.1.4 系统目录和DBMS各子系统的联系211

6.2 事务212

6.2.1 事务的基本概念212

6.2.2 事务的ACID性质213

6.2.3 事务的状态变迁215

6.2.4 事务的并发执行216

6.2.5 并发事务的可串行化218

6.2.6 并发事务的可恢复性222

6.2.7 SQL中的事务定义223

6.3 数据库的并发控制224

6.3.1 数据库的并发操作带来的问题224

6.3.2 排它型封锁(X封锁)和PX协议226

6.3.3 活锁和死锁227

6.3.4 由事务的ROLLBACK引起的丢失更新问题229

6.3.5 共享型封锁(S封锁)230

6.3.6 两段封锁法232

6.3.7 基于时标的并发控制235

6.4 数据库的恢复238

6.4.1 数据库系统遭遇的故障238

6.4.2 存储器结构238

6.4.3 恢复和原子性的联系240

6.4.4 基于日志的恢复技术241

6.4.5 阴影页技术246

6.4.6 并发事务的恢复247

6.5.1 完整性子系统249

6.5 数据库的完整性249

6.5.2 完整性规则250

6.5.3 SQL2中的完整性约束250

6.5.4 SQL3中的触发器256

6.6 数据库的安全性258

6.6.1 安全性258

6.6.2 权限259

6.6.3 权限的转授与回收260

6.6.4 SQL中的安全性机制261

6.6.5 数据加密法263

6.6.6 统计数据库的安全性264

6.6.7 自然环境的安全性265

习题266

第七章 分布式数据库270

7.1 分布式数据库系统270

7.1.1 从集中式数据库系统到分布式数据库系统270

7.1.2 分布式数据库系统的定义271

7.1.3 分布式数据库系统的透明性272

7.1.4 分布式数据库系统的优点273

7.1.5 分布式数据库系统的弱点274

7.1.6 分布式数据库系统的分类274

7.1.8 分布式数据库系统中存在的问题275

7.1.7 分布式数据库系统与客户／服务器体系结构275

7.2 分布式数据库设计及系统的体系结构276

7.2.1 分布式数据库设计的任务276

7.2.2 数据分片(data fragmentation)277

7.2.3 数据分配(data distribution)278

7.2.4 分布式数据库系统的体系结构280

7.2.5 分布透明性(distribution transparency)282

7.2.6 分布式数据库管理系统(DDBMS)的功能及组成284

7.3.1 分布式查询处理的任务285

7.3.2 一个分布式查询实例285

7.3 查询处理及优化285

7.3.3 全局查询到片段查询的变换287

7.3.4 限定关系的代数289

7.3.5 片段查询的简化289

7.3.6 查询优化的目标292

7.3.7 基于半联接的优化策略293

7.3.8 基于联接的优化策略294

7.4 分布式事务管理及恢复295

7.4.1 分布式事务管理及相关问题295

7.4.2 事务管理的目标296

7.4.3 分布式事务的结构296

7.4.5 分布式事务恢复298

7.4.4 分布式事务的计算结构298

7.4.6 两段提交协议(two-phase commitment protocal)300

7.5 分布式并发控制301

7.5.1 封锁302

7.5.2 基于封锁的并发控制方法302

7.5.3 全局死锁304

7.5.4 基于时标的并发控制方法305

7.5.5 分布式并发控制的乐观方法309

7.6 事务处理管理器310

7.6.1 集中式数据库、分布式数据库及事务处理(TP)管理器310

7.6.2 TP管理器的概念311

7.6.3 TP管理器的体系结构312

习题313

第八章 面向对象数据库315

8.1 新型数据库应用315

8.2 面向对象数据模型316

8.2.1 对象结构316

8.2.2 对象类317

8.2.3 继承318

8.2.4 多重继承321

8.2.5 对象标识323

8.2.6 对象包含324

8.4 持久经程序设计语言325

8.3 面向对象语言325

8.4.1 对象的持久性326

8.4.2 对象标识和指针327

8.4.3 持久对象的存储和访问328

8.5 持久化C++系统329

8.5.1 ODMG C++对象定义语言329

8.5.2 ODMG C++对象操纵语言331

8.6 小结333

习题333

9.1 嵌套关系335

第九章 对象关系数据库335

9.2 复杂类型和面向对象338

9.2.1 结构类型和聚焦类型338

9.2.2 继承339

9.2.3 引用类型342

9.3 复杂类型查询343

9.3.1 关系值属性343

9.3.2 路径表达式344

9.3.3 嵌套化和非嵌套化345

9.3..4 函数346

9.3.5 复杂值和对象的生成347

9.4 面向对象和对象关系数据库的比较348

9.5 小结349

习题349

第十章 数据库技术的回顾与展望351

10.1 数据库系统的发展回顾351

10.2 数据库技术的现状353

10.2.1 数据建模353

10.2.2 查询语言353

10.2.3 查询优化和计值算法353

10.2.6 分布式系统354

103 数据库的新应用354

10.2.5 事务管理和并发处理354

10.2.4 数据管理354

10.3.1 多媒体数据库(multimedia database)355

10.3.2 主动数据库(active database)355

10.3.3 并行数据库(parallel database)356

10.3.4 工作流数据库(workflow database)357

10.4 数据库技术展望359

10.4.1 数据库技术面临的挑战359

10.4.2 新的研究方向359

参考文献362