[计算机软件及应用]数据库系统原理.doc
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1、第1章 数据库系统基本概念1.1 名词解释DBDBMSDBS联系的元数1:1联系1:N联系M:N联系数据模型概念模型逻辑模型层次模型网状模型关系模型外部模型内部模型外模式逻辑模式内模式外模式/逻辑模式映像逻辑模式/内模式映像数据独立性物理独立性逻辑独立性主语言DDLDML过程性语言非过程性语言DDDD系统DB是长期存储在计算机内、有组织的、同一管理的相关数据的集合。DBMS是位于用户与操作系统(OS)之间的一层数据管理软件。DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便更多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统,即它是采用数据库技术的计算机系统。与一个联系有关的实体集个数叫做联系的
2、元数。如果实体集E1中每个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系,反之亦然,那么实体集E1和E2的联系称为一对一联系,记为1:1。如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个(零个或多个)实体间有联系,而E2中每个实体至多和E1中每个实体有联系,那么称E1对E2的联系是一对多联系,记为1:N。如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个(零个或多个)实体有联系,反之亦然,那么称E1和E2的联系是多对多联系,记为M:N。在数据库技术中,用来描述数据库的结构和语义、对现实世界的数据进行抽象的概念叫做数据模型。表达用户需求观点的数据全局逻辑结构的模型,称为概念模型。表达设计实现观点的DB全局
3、逻辑结构的模型,称为逻辑模型。用树形(层次)结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型。用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型。用二维表格结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为关系模型。在应用系统中,根据业务的特点划分若干个业务单位,实际使用时为不同的业务单位设计的逻辑模型的逻辑子集称为外部模型。内部模型又称为物理模型,是数据库最底层的抽象,描述数据在磁盘或磁带上的存储方式(文件的结构)、存取设备(外存的空间分配)和存取方法(主索引和辅助索引)。外模式是用户与数据库系统的接口,是用户用到的那部分数据的描述,由若干个外部记录类型组成。逻辑模式是数据库中全部数据的整
4、体逻辑结构的描述,由若干个逻辑记录类型组成,还包含记录间联系、数据的完整性安全性等要求。内模式是数据库在物理存储方面的描述,定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式,以及数据控制方面的细节。外模式/逻辑模式映像存在于外模式和逻辑模式之间,用于定义外模式和逻辑模式之间的对应性。逻辑模式/内模式映像存在于逻辑模式和内模式之间,用于定义逻辑模式和内模式之间的对应性。数据独立性(Data Independence)是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立,不受影响。如果数据库的内模式要修改,即数据库的物理结构有所变化,只要对逻辑模式/内模式映像(即对应性)作相应的改变,就可使逻辑模式尽可能保持不变
5、。这样,我们称数据库达到了物理数据独立性(简称物理独立性)。如果数据库的逻辑模式要修改,只要对外模式/逻辑模式映像作相应的修改,就可使外模式和应用程序尽可能保持不变。这样,我们称数据库达到了逻辑数据独立性(简称逻辑独立性)。在数据库技术中,用来编写应用程序的诸如COBOL、PL/I、C、C+、Java等高级程序设计语言称为主语言或宿主语言(Host Language)。在用户(或应用程序)到数据库之间用来定义DB的三层数据结构的数据定义语言(Data Definition Language)称为DDL。数据库中用户使用的DB的数据操纵语言(Data Manipulation Language)
6、称为DML。过程性语言是指用户编程时需要同时指出需要什么样的数据和怎样获得这些数据。非过程性语言是指用户编程时只需要指出需要什么样的数据,不需要指出怎样获得这些数据。数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典(Data Dictionary,简称DD)。数据库系统中管理DD的子系统称为DD系统。1.2 人工管理阶段的数据管理有哪些特点?(1)数据不保存在计算机内。(2)没有专业的软件对数据进行处理。(3)只有程序的概念,没有文件的概念。(4)数据面向程序,即一组数据对应一个程序。1.3 文件系统阶段的数据管理有哪些特点?(1)数据以文件形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。(2)数据的逻辑
7、结构与物理结构有了区别,但比较简单。(3)文件组织已多样化,有索引文件、链接文件和直接存取文件等。(4)数据不再属于某个特定的程序,可以重复使用,即数据面向应用。1.4 文件系统阶段的数据管理有些什么缺陷?试举例说明。(1)数据冗余(Redundancy)。由于文件之间缺乏联系,造成每个应用程序都有对应的文件,有可能同样的数据在多个文件中重复存储。(2)数据不一致(Inconsistency)。这往往是由数据冗余造成的,在进行更新操作时,稍不谨慎,就可能使同样的数据在不同的文件中显示的结果不一样。(3)数据联系弱(Poor Data Relationship)。这是由于文件之间相互独立,缺乏联
8、系造成的。1.5 数据管理的数据库阶段产生的标志是哪三件事情?(1)1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS(Information Management System)系统。(2)1969年美国CODASYL(Conference On Data System Language)组织发布了DBTC(Data Base Task Group)报告。总结了当时各式各样的数据库,提出网状模型,而后与1971年4月正式通过。(3)1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文,提出关系模型,奠定了关系数据库的理论基础。1.6 数据库阶段的数据管理有哪些特色?(1)采用数据模型表示复杂的数
9、据结构。(2)有较高的数据独立性。(3)数据库系统为用户提供了方便的用户接口。(4)数据库系统提供四方面数据控制功能:数据库的恢复、数据库的并发控制、数据的完整性和安全性。(5)增加了系统的灵活性:对数据的操作不一定以记录为单位,可以以数据项为单位。1.7 高级数据库阶段有哪些技术?(1)面向对象的概念建模。(2)开放数据库互连技术。1.8 逻辑记录与物理记录、逻辑文件与物理文件有些什么区别和联系?物理记录、物理文件都是用来描述存储数据的细节;逻辑记录、逻辑文件都是用户观点的数据描述。1.9 数据抽象的过程,有哪几个步骤?(1)根据用户需求,设计数据库的概念模型。(2)根据转换规则,把概念模型
10、转换成数据库的逻辑模型。(3)根据用户的业务特点,设计不同的外部模型,给程序员使用。(4)数据库实现时,根据逻辑模型设计其内部模型。1.10概念模型、逻辑模型、外部模型和内部模型各具有哪些特点?概念模型的抽象级别最高,其特点如下所述。(1)概念模型表达了数据的整体逻辑结构,是系统用户对整个应用项目涉及的数据的全面描述。(2)概念模型是从用户需求的观点出发,对数据建模。(3)概念模型独立于硬件和软件。(4)概念模型是数据库设计人员与用户之间进行交流的工具。逻辑模型具有以下特点:(1)逻辑模型表达了DB的整体逻辑结构,是设计人员对整个应用项目数据库的全面描述。(2)逻辑模型是从数据库实现的观点出发
11、,对数据建模。(3)逻辑模型独立于硬件,但依赖于软件(DBMS)。(4)逻辑模型是数据库设计人员与应用程序员之间进行交流的工具。外部模型具有如下的特点:(1)外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集。(2)外部模型独立于硬件,依赖于软件。(3)外部模型反映了用户使用数据库的观点。内部模型是与硬件和软件紧密相连的,随着计算机软、硬件性能的大幅度提高,并且目前占绝对优势的关系模型是以逻辑级为目标,可以不必考虑内部级的设计细节,由系统自动实现。1.11试叙述层次、网状和关系等三种逻辑数据模型的区别。关系模型和层次、网状模型的最大差别是用关键码而不是用指针导航数据,其表哥简单,用户易懂,用户只需用简单的查询语
12、句就可以对数据库进行操作,并不涉及存储结构、访问技术等细节。1.12外部模型使数据库系统具有哪些优点?(1)简化了用户的观点。(2)有助于数据库的安全性保护。(3)外部模型是对概念模型的支持。1.13数据独立性与数据联系这两个概念有什么区别?数据独立性是指应用程序与数据库的数据结构之间相互独立,而数据联系是指数据之间的关联。1.14试叙述用户、DB的三级模式结构、磁盘上的物理文件之间有些什么联系和不同?(1)用户与外模式之间、内模式与磁盘上的物理文件之间结构一致,只是数据传输问题。(2)外模式、内模式、逻辑模式之间结构不一致,除了数据传输,还需格式转换。1.15试述DBMS的工作模式和主要功能
13、。DBMS的工作模式如下:(1)接受应用程序的数据请求和处理请求;(2)将用户的数据请求(高级指令)转换成复杂的机器代码(低级指令);(3)实现对数据库的操作;(4)从对数据库的操作中接受查询结果;(5)对查询结构进行处理(格式转换);(6)将处理结果返回给用户。DBMS的主要功能有:数据库的定义功能、数据库的操纵功能、数据库的保护功能、数据库的维护功能和数据字典。1.16什么是DB的系统缓冲区?其作用是什么?DBMS在内存中为应用程序开辟的用于数据的传输和格式的转换的一块存储单元称为DB的系统缓冲区,其作用是用来进行数据的传输和格式的转换。1.17 DBS由哪几部分组成?它有哪些系统软件?其
14、中DD有什么作用?DBS由数据库(DB)、硬件、软件和数据库管理员(DBA)四部分组成,其中软件包括DBMS、OS、各种主语言和应用开发支撑软件等程序。DD的作用是用来存放数据库的三级结构定义。1.18什么是DBA?DBA应具有什么素质?DBA的职责是什么?(1)数据库管理员(Administrator,记为DBA)是控制数据整体结构的一组人员,负责DBS的正常运行,承担创建、监控和维护数据库结构的责任。(2)DBA必须具有下列素质:熟悉企业内部数据的性质和用途;对所有用户的需求有充分的了解;对系统的性能非常熟悉;兼有系统分析员和运筹学专家的品质和知识。(3)DBA的主要职责有以下六点:定义模
15、式。定义外模式。与用户的联络。包括定义外模式、应用程序的设计、提供技术培训等专业服务。定义安全性规则,对用户访问数据库的授权。定义完整性规则,监督数据库的运行。数据库的转储与恢复工作。1.19试对DBS的全局结构作详细解释。(1)按照与系统交互方式的不同,数据库用户可以分为四类:DBA、专业用户、应用程序员和终端用户;(2)DBMS的查询处理器可分为四个成分:DDL解释器、DML编译器、嵌入式DML的预编译器和查询求职引擎;(3)DBMS的存储管理器可分为四个成分:权限和完整性管理器、事务管理器、文件管理器和缓冲区管理器;(4)磁盘存储器中的数据结构有五种形式:数据文件、数据字典、索引、统计数
16、据和日志。1.20从模块结构观察。DBMS由哪些部分组成?DBMS有查询处理器和存储管理器组成。(1)DBMS的查询处理器可分为四个成分:DDL解释器、DML编译器、嵌入式DML的预编译器和查询求职引擎;(2)DBMS的存储管理器可分为四个成分:权限和完整性管理器、事务管理器、文件管理器和缓冲区管理器。1.21使用DBS的用户有哪几类?按照与系统交互方式的不同,数据库用户可以分为四类:DBA、专业用户、应用程序员和终端用户。1.22 DBMS的查询处理器和存储管理器分别由哪几部分组成?(1)DBMS的查询处理器可分为四个成分:DDL解释器、DML编译器、嵌入式DML的预编译器和查询求职引擎;(
17、2)DBMS的存储管理器可分为四个成分:权限和完整性管理器、事务管理器、文件管理器和缓冲区管理器。1.23磁盘存储器中有哪五类主要的数据结构?磁盘存储器中的数据结构有五种形式:数据文件、数据字典、索引、统计数据和日志。1.24 DBS能产生哪些效益?灵活性、简单性、面向用户、有效地数据控制、加快应用系统的开发速度、维护方便和标准化。第2章 数据库设计和ER模型2.1 名词解释(1)数据库工程 数据库系统生存期数据库应用系统的开发是一项软件工程,但又有自己特有的特点,所以特称为数据库工程。数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间称为数据库系统生存期。(2
18、)实体 实体集 实体类型 实体标识符实体(Entity)是一个数据对象,指应用中可以区别的客观存在的事物。实体集(Entity Set)是指同一类实体构成的集合。实体类型(Entity Type)是对实体集中实体的含义。在一个实体中,能够唯一标识实体的属性或属性集称为实体标识符。(3)联系 联系集 联系类型联系(Relationship)是指一个或多个实体之间的关联关系。联系集(Relationship Set)是指同一类联系构成的集合。联系类型(Relationship Type)是对联系集中联系的定义。(4)属性 简单属性 复合属性 单值属性 多值属性 存储属性 派生属性实体的某一特性称为
19、属性(Attribute)。简单属性(Simple Attribute)是不可再分割的属性。复合属性(Composite Attribute)是可再分解为其他属性的属性(即属性可嵌套)。单值属性(Simple-Valued Attribute)指的是同一实体的属性只能取一个值。多值属性(Multi-Valued Attribute)指同一实体的某些属性可能取多个值。需要存储值的属性称为存储属性(Stored Attribute)。可从其他属性值推导出值的属性称为派生属性(Derived Attribute)。(5)联系 联系元数 映射基数 完全参与 部分参与联系(Relationship)是指
20、一个或多个实体之间的关联关系。一个联系涉及到的实体集个数,称为该联系的元数或度数(Degree)。实体集E1和E2之间有二元联系,则参与一个联系中的实体数目称为映射基数。如果实体集E中的每个实体都参与联系集R的至少一个联系中,我们称实体集E完全参与联系集R。如果实体集E中只有部分实体参与联系集R的联系中,我们称实体集E部分参与联系集R。(6)关系模型 关系模式 关系实例 属性 域 元组用二维表格表示实体集,用关键码表示实体之间联系的数据模型称为关系模型(Relational Model)。在关系模型中,记录类型称为关系模式,元组的集合称为关系(Relation)或实例(Instance),字段
21、称为属性,每一个属性都有一个取值范围,称为属性的值域(Domain),记录称为元组。(7)超键 候选键 主键 外键在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系的超键。不含有多余属性的超键称为候选键。用户选作元组标识的候选键称为主键。如果模式R中属性K是其他模式的主键,那么K在模式R中称为外键。(8)实体完整性规则 参照完整性规则实体完整性规则是指要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值。如果属性集K是关系模式R1的主键,K也是关系模式R2的外键,那么在R2的关系中,K的取值只允许两种可能,或者为空值,或者等于R1关系中某个主键值。这种规则叫做参照完整性规则。(9)弱实体 子类实体 超类实体一个实体
22、对于另一个实体(称为强实体)具有很强的依赖联系,而且该实体主键的一部分或全部从其强实体中获得,则称该实体为弱实体。当较低层上实体类型表达了与之联系的较高层上的实体类型的特殊情况时,就称较高层实体为超类实体,其类型为超类型(Super type),较低层上实体为子类实体,其类型为子类型(Sub type)。2.2 数据库设计的规划阶段应做哪些事情?(1)系统调查。对应用单位作全面的调查,发现其存在的主要问题,并画出组织层次图,以了解企业的组织机构。(2)可行性分析。从技术、经济、效益、法律等诸方面对建立数据库的可行性进行分析,然后写出可行性分析报告,组织专家进行讨论其可行性。(3)确定数据库系统
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