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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QBE 71

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SQL 99

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