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1.1数据库管理系统的产生1

1.1.1数据管理的进展1

引言1

1.1.2文件处理系统2

1.1.3数据库管理系统4

1.2数据视图4

1.2.1数据抽象4

1.2.2实例和模式6

1.3.1数据模型的分类7

1.2.3数据独立性7

1.3数据模型7

1.3.2实体－联系模型8

1.3.3面向对象模型9

1.3.4关系模型10

1.3.5网状模型10

1.3.6层次模型11

1.5.1问题的提出12

1.5事务管理12

1.4.2数据操纵语言12

1.4数据库语言12

1.4.1数据定义语言12

1.5.2事务的定义13

1.5.3事务管理器13

1.5.4并发控制管理器13

1.6存储管理13

1.7数据库用户13

1.8数据库管理系统的总体结构14

1.8.1查询处理器部件14

1.8.3必要的数据结构15

1.8.2存储管理器部件15

1.9商业数据库管理系统16

1.9.1 Oracle数据库系统16

1.9.2 Sybase数据库系统16

1.9.3 Microsoft与IBM数据库系统17

小结17

习题18

2 实体－联系模型19

2.1.1实体集与属性20

2.1.2属性类型的划分20

2.1基本概念20

2.1.3联系集与属性21

2.2 E-R模型设计中的问题23

2.2.1用实体集还是用属性23

2.2.2用实体集还是用联系集23

2.2.3用二元联系集还是n元联系集24

2.3映射约束25

2.3.1 映射基数25

2.3.2映射基数与联系集的属性位置26

2.3.3存在依赖27

2.4.2实体集的码28

2.4码28

2.4.1码的作用28

2.4.3联系集的码29

2.5实体－联系图29

2.5.1 E-R图的主要构件29

2.5.2 E-R图的作用与好处30

2.5.3 E-R图举例30

2.6弱实体集33

2.6.1基本概念33

2.6.4数据库设计中弱实体集的处理34

2.6.2分辨符34

2.6.3弱实体集的E-R图34

2.7扩展E-R特性35

2.7.1特殊化35

2.7.2概括36

2.7.3聚集37

2.8数据库的E-R模式设计38

2.8.1 E-R模式设计的主要任务38

2.9 将E-R模式转换为表39

2.9.1为什么要将E-R模式转换为表39

2.8.2 E-R模式设计中的问题39

2.9.2用表表示强实体集40

2.9.3用表表示弱实体集40

2.9.4用表表示联系集40

2.9.5用表表示多值属性43

2.9.6用表表示概括43

2.9.7用表表示聚集43

小结44

习题44

3 关系模型45

3.1.1 基本概念46

3.1关系数据库的结构46

3.1.2数据库模式48

3.1.3码51

3.1.4查询语言52

3.2关系代数53

3.2.1选择运算53

3.2.2投影运算54

3.2.3并运算55

3.2.4集合差运算56

3.2.5笛卡儿积运算56

3.2.6命名运算58

3.2.7关系代数的形式化定义60

3.2.8集合交运算61

3.2.9自然连接运算61

3.2.10除运算63

3.2.11赋值运算64

3.3关系演算65

3.3.1元组关系演算65

3.3.2域关系演算66

3.3.3表达式的安全性与等价性66

3.4.1 广义投影67

3.4扩展关系代数运算67

3.4.2外连接68

3.4.3 聚集函数71

3.4.4分组聚集71

3.5数据库的修改72

3.5.1 删除72

3.5.2插入73

3.5.3更新73

3.6视图73

3.6.1什么是视图73

3.6.3实体化视图74

3.6.2视图的使用74

小结75

习题75

4 SQL77

4.1 背景78

4.1.1 SQL的起源78

4.1.2 SQL的标准78

4.1.3结构化查询语言SQL78

4.2.1 select-from-where79

4.2基本结构79

4.2.2更名操作80

4.2.3字符串操作81

4.3集合操作82

4.4聚集函数82

4.4.1 SQL中的聚集函数82

4.4.2分组聚集83

4.5.2空值对SQL表达式的影响84

4.6嵌套子查询84

4.5.1空值的测试84

4.5空值84

4.6.1集合成员资格的确认85

4.6.2集合的比较85

4.6.3集合基数的测试85

4.7派生关系86

4.8视图86

4.9数据库的修改87

4.9.1删除87

4.9.2插入87

4.9.3更新88

4.10.2举例89

4.10关系的连接89

4.10.1连接类型和条件89

4.11 SQLDDL92

4.11.1 SQL中的域类型92

4.11.2 SQL的模式定义93

4.11.3模式的删除与修改94

4.12嵌入式SQL94

4.13其他SQL特性95

小结95

习题96

5 完整性约束与模式分解97

5.1域约束98

5.2参照完整性98

5.2.1基本概念98

5.2.2E-R模型中的参照完整性99

5.2.3数据库的修改100

5.2.4 SQL中的参照完整性100

5.3断言101

5.4触发器102

5.5.1基本概念103

5.5函数依赖103

5.5.2举例104

5.5.3函数依赖集的闭包105

5.5.4 Armstrong公理106

5.6码与范式106

5.7关系数据库设计107

5.8模式分解108

5.8.1问题的提出108

5.8.2无损连接分解110

5.8.3规范化110

习题112

小结112

6 数据库的物理设计114

6.1数据库设计的六阶段115

6.1.1数据库的设计过程115

6.1.2数据库的三级模式117

6.2数据库的物理组织118

6.3数据库的物理设计119

6.4数据的存储结构120

6.5数据的存取路径121

6.6物理设计的相关因素122

习题123

小结123

7 存储结构和文件结构124

7.1物理存储介质125

7.1.1 级存储体系125

7.1.2磁盘125

7.1.3 RAID126

7.2文件组织128

7.2.1定长记录128

7.1.4第三级存储128

7.2.2变长记录131

7.3文件中记录的组织134

7.3.1堆文件组织134

7.3.2顺序文件组织134

7.3.3散列文件组织135

7.3.4簇集文件组织136

7.4数据字典的存储137

7.4.5系统表138

7.4.3统计数据和描述数据138

7.4.4索引的元数据138

7.4.2用户的元数据138

7.4.1关系的元数据138

小结139

习题139

8 索引和散列141

8.1基本概念142

8.1.1基本的索引结构142

8.1.2评价索引的标准142

8.2.1索引顺序文件143

8.2顺序索引143

8.2.2多级索引144

8.2.3索引的更新145

8.2.4辅助索引147

8.3 B+树索引文件148

8.3.1 B+树索引结构148

8.3.2 B+树索引的缺点149

8.3.3 B+树上的查询150

8.3.4 B+树的更新150

8.3.5 B+树文件组织151

8.4.2散列函数152

8.4.1散列文件的操作152

8.4散列文件组织152

8.4.3桶溢出控制153

8.5 散列索引154

8.6顺序索引和散列的比较155

8.7 SQL中索引的定义155

8.8 多码访问156

小结157

习题157

9 查询处理158

9.1.2查询优化器159

9.1查询处理的过程159

9.1.1语法分析与翻译器159

9.1.3执行引擎161

9.2关系代数表达式的转换161

9.2.1等价规划162

9.2.2表达式转换举例163

9.3查询代价的度量164

9.3.1查询处理的代价164

9.3.2代价模型164

9.4.1选择运算165

9.3.3用于估计代价的统计信息165

9.4实现关系运算的算法代价165

9.4.2连接运算166

9.5表达式的求值方法168

9.5.1实体化计算方法168

9.5.2流水线计算方法169

9.6查询优化170

9.7查询优化器的构造172

小结172

习题174

10 事务175

10.1事务的概念176

10.1.1背景知识176

10.1.2事务的特性176

10.2事务的状态178

10.2.1基本术语178

10.2.2抽象事务模型179

10.3原子性和持久性的实现179

10.4事务的并发执行180

10.4.1为什么要并发执行180

10.4.2调度181

10.5.1调度中指令的可交换性182

10.5调度的可串行化182

10.5.2冲突可串行化184

10.5.3视图可串行化184

10.6调度的可恢复性185

10.7隔离性的实现186

10.8 SQL中事务的定义187

10.9冲突可串行化的判定187

10.9.1判定方法187

10.9.3举例188

10.9.2优先图188

小结190

习题191

11并发控制193

11.1封锁协议194

11.1.1锁194

11.1.2基本的封锁协议194

11.1.3基本封锁协议的问题196

11.1.4两阶段封锁协议197

11.1.5加强的两阶段封锁协议198

11.2树形协议200

11.2.1树形协议的提出200

11.1.6商用DBMS中封锁协议的实现200

11.2.2树形协议内容201

11.3时间戳排序协议202

11.3.1时间戳202

11.3.2时间戳排序协议203

11.3.3Thomas写规则204

11.4有效性检查协议205

11.6多版本机制206

11.5多粒度机制206

11.7死锁处理207

11.7.1死锁问题207

11.7.2死锁预防207

11.7.3死锁检测与恢复209

11.8插入与删除210

11.8.1删除210

11.8.2插入210

小结211

习题212

12.1集中式系统213

12 数据库系统的体系结构213

12.2客户／服务器系统214

12.3并行系统216

12.4分布式系统218

小结219

习题220

13 数据仓库221

13.1数据库技术的发展222

13.2.1数据仓库的概念223

13.2数据仓库223

13.2.2数据仓库的结构227

13.2.3数据仓库的特点229

13.3数据集市230

13.4数据仓库的开发过程230

13.5基于数据仓库的决策支持系统的解决方案233

小结234

习题235

附录清华大学本科生课程概况236

参考文献241