第一章课后习题

1. 试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念。

  （1）数据< Data > :描述事物的符号记录称为数据。数据的种类有数字、文字、图形、图像、声音、正文等。数据与其语义是不可分的。

（2）数据库< DataBase ,简称 DB > :数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。

（3）数据库管理系统< DataBase Management sytem ,简称 DBMs > :数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件,用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

（4）数据库系统< DataBas 。 Sytem ,简称 DBS > :数据库系统是由数据库、数据库管理系统<及其应用开发工具)、应用程序和数据库管理员（DBA）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。

2. 使用数据库系统有什么好处？

   ① 可以大大提高应用开发的效率,方便用户的使用,减轻数据库系统管理人员维护的负担。

   ② 使用数据库系统可以大大提高应用开发的效率。因为在数据库系统中应用程序不必考虑数据的定义、存储和数据存取的具体路径,这些工作都由 DBMS 来完成。用一个通俗的比喻,使用了 DBMS 就如有了一个好助手,许多具体的技术工作都由这个助手来完成。开发人员就可以专注于应用逻辑的设计,而不必为数据管理的许许多多复杂的细节操心。

   ③当应用逻辑改变,数据的逻辑结构也需要改变时,由于数据库系统提供了数据与程序之间的独立性,数据逻辑结构的改变是 DBA 的责任,开发人员不必修改应用程序,或者只需要修改很少的应用程序,从而既简化了应用程序的编制,又大大减少了应用程序的维护和修改。

   ④使用数据库系统可以减轻数据库系统管理人员维护系统的负担。因为 DBMS 在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一的管理和控制,包括数据的完整性、安全性、多用户并发控制、故障恢复等,都由 DBMS 执行。

  总之,使用数据库系统的优点是很多的,既便于数据的集中管理,控制数据冗余,提高数据的利用率和一致性,又有利于应用程序的开发和维护。

3. 试述文件系统与数据库系统的区别与联系。

  文件系统和数据库系统的区别是:文件系统面向某一使用程序,共享性差,冗余度大,数据独立性差,记录内有结构,整体无结构,由使用程序自己控制。

数据库系统面向现实世界,共享性高,冗余度小,具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性,整体结构化,用数据模型描述,由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。

   文件系统和数据库系统的联系是:文件系统和数据库系统都是计算机系统中管理数据的软件。分析文件系统是操作系统的重要组成部分;而 DBMS 是独立于操作系统的软件。但是 DBMS 是在操作系统的基础上实现的;数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的。 

                     

4. 举出适合文件系统而不是数据库系统的应用例子，以及适合数据库系统的应用的例子。

  适合用文件系统而不是数据库系统的应用例子:数据的备份,软件或应用程序使用过程中的临时数据存储一般使用文件系统比较合适。功能比较简单、比较固定的应用系统也适合用文件系统。

   适合用数据库系统而非文件系统的应用例子:例如,一个工厂的管理信息系统(其中包括许多子系统,如库存管理系统、物资采购系统、作业调度系统、设备管理系统、人事管理系统等),学校的学生管理系统,人事管理系统,图书馆的图书管理系统等等,都适合用数据库系统。

5. 试述数据库系统的特点。

   (1)数据结构化 数据库系统实现整体数据的结构化这是数据库的主要特征之一也是数据库系统与文件系统的本质区别。

   (2)数据的共享性高冗余度低易扩充  数据共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间。数据共享还能避免数据之间的不相容性与不一致性。

   (3)数据独立性高  数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。数据库管理系统的模式结构和二级映像功能保证了数据库中的数据具有很高的物理独立性和逻辑独立性。

   (4)数据由DBMs统一管理和控制 数据库的共享是并发的共享即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据。为此DBMS必须提供统一的数据控制动能包括数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制和数据库恢复。  

6. 数据库管理系统的主要功能有哪些？

  (1)数据库定义和创建：主要是用数据定义语言(DDL)定义和创建数据库的模式、外模式、内模式等数据库对象；建立数据库、表、视图、索引等；创建用户、安全保密定义、数据库完整性定义等。

   (2)数据组织、存储和管理：DBMS要分类组织、存储和管理各种数据包括数据字典、用户数据、存取路径等。

   (3)数据存取：提供用户对数据的操作功能实现对数据库数据的检索、插入、修改和删除。

   (4)数据库事务管理和运行管理：包括多用户环境下事务管理功能和安全性完整性控制功能；包括数据库恢复、并发控制和死锁检测、安全性检查和存取控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理等。

   (5)数据库的建立和维护：包括数据库的初始建立、数据的转换、数据库的转储和恢复、数据库的重组织和重构造以及性能监测分析等功能。

   (6)其他功能：包括DBMS与网络中其他软件系统的通信功能；一个DBMS与另一个DBMS或文件系统的数据转换功能等。

7. 什么是概念模型？试述概念模型的作用。

  概念模型,也称信息模型,是按用户的观点来对数据和信息建模,主要用于数据库设计。 概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。概念模型用于信息世界的建模,是现实世界到信息世界的第一层抽象,是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具,也是数据库设计人员和用户之间进 行交流的语言。

8. 定义并解释概念模型中以下术语：

   实体、实体型、实体集、实体之间的联系

   实体:客观存在并可以相互区分的事物叫实体。

   实体型:具有相同属性的实体具有相同的特征和性质,用实体名及其属性名集合来抽象和刻画 同类实体,称为实体型。

   实体集:同型实体的集合称为实体集;

   实体之间的联系:通常是指不同实体型的实体集之间的联系,

   实体之间的联系 有一对一,一对多和多对多等多种类型。

9. 试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

   数据模型(Data Model)也是一种模型,它是现实世界数据特征的抽象。

   作用:在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟,现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。

   三个要素:数据模型由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。

10. 试述层次模型的概念，举出三个层次模型的实例。

   在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：

（1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；

（2）根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。

 

11. 试述网状模型的概念，举出三个网状模型的实例。

   在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系称为网状模型：

（1）允许一个以上的结点无双亲； 

（2）一个结点可以有多于一个的双亲。

 

12. 试述网状、层次数据库的优缺点。

   层次模型的优点包括：

   （1）模型简单清晰。

   （2）层次数据库的查询效率高。因为层次模型中记录之间的联系用有向边表示，这种联系在数据库管理系统中通常使用指针实现，因此这种联系也就是记录之间的存取路径。当要存取某个结点的记录值，DBMS就沿着这一条路径很快找到该记录值，所以层次数据库的性能优于关系数据库，不低于网状数据库。

   （3）良好的完整性支持。 

   层次模型的缺点包括：

   （1）现实世界中的很多联系是非层次性的，如多对多联系不适合用层次模型。

   （2）如果一个结点具有多个双亲结点等，用层次模型表示这类联系就很笨拙，只能通过引入冗余数据或创建非自然的数据结构来解决。对数据的插入和删除的操作限制比较多，因此应用程序的编写比较复杂。

   （3）查询子结点必须通过双亲结点。

   （4）结构严密，层次命令趋于程序化。

   网状数据模型的优点主要有:

   (1)能够更为直接地描述现实世界,如一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系。

   (2)具有良好的性能,存取效率较高.

   网状数据模型的缺点主要有:

   (1)结构比较复杂,而且随着应用环境的扩大,数据库的结构就变得越来越复杂,不利于最终用户掌握;

   (2)网状模型的DDL 、 DML 语言复杂,并且要嵌入某一种高级语言中，用户不易掌握，不容易使用.

   (3）由于记录之间联系是通过存取路径实现的,应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径.因此,用户必须了解系统结构的细节,加重了编写应用程序的负担.

13. 试述关系模型的概念，定义并解释以下术语：

关系、属性、域、元组、码、分量、关系模式

(1) 关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的,关系模型由关系数据结构、关系数据操作和关系完整性约束3部分组成。在用户的观点中,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表,由行和列所组成。

(2) 关系:对应通常说的一张表。

(3) 属性:表中的一列即为一个属性。

(4) 域:一组具有相同数据类型的值的集合。

(5) 元组:表中的一行即为一个元组。

(6) 码:表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组。

(7) 分量:元组中的一个属性值。

(8) 系模式:对关系的描述。

 

14. 试述关系数据库的特点。

   （1）存储方式。关系数据库采用表格的存储方式，数据以行和列的形式存储，便于读取和查询。

   （2）存储结构。关系数据库按照结构化的方法存储数据，每个数据表在存储前需要定义好字段名称、类型和数量，这有助于提高数据表的可靠性和稳定性。

   （3）存储规范。关系数据库通过规范化方法减少数据冗余，确保数据的一致性和完整性。

   （4）查询语言。关系数据库提供丰富的查询语言，如SQL，用户可以通过SQL语句对数据进行查询、插入、更新和删除等操作。

   （5）事务处理。关系数据库支持事务处理，确保数据的一致性和完整性，如果操作失败，数据库可以回滚到之前的状态。

   （6）安全性。关系数据库提供多种数据安全机制，如用户权限管理、视图、存储过程等，以保证数据的安全性。

   （7）可扩展性。关系数据库具有良好的可扩展性，可以通过增加硬件资源或软件资源来提高数据库的性能。

   （8）数据独立性。关系数据库中的数据具有较高的独立性，逻辑独立性和物理独立性，用户不需要关心数据库的具体实现细节。

   （9）数据共享性。关系数据库中的数据可以供多个用户使用，支持多用户同时访问和修改数据。

   （10）数据集中控制。关系数据库可以集中控制、维护和管理有关数据。

15. 试述数据库系统的三级模式结构，并说明这种结构的优点是什么。

   数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成,同时包含了二级映像,即外模式/模式映像、模式/内模式映像。

   数据库系统的这种结构具有以下优点:

   (1)保证数据独立性。将外模式与模式分开,保证了数据的逻辑独立性;将内模式与模式分开,保证了数据的物理独立性。

   (2)有利于数据共享,减少了数据冗余。

   (3)有利于数据的安全性。不同的用户在各自的外模式下根据要求操作数据,只能对

限定的数据进行操作。

   (4)简化了用户接口。按照外模式编写应用程序或输入命令,而不需了解数据库全局逻辑结构和内部存储结构,方便用户系统。

16. 定义并解释以下术语：

模式、外模式、内模式、数据定义语言、数据操纵语言

   (1)外模式:亦称子模式或用户模式,数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

   (2)模式:亦称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。模式描述的是数据的全局逻辑结构。外模式涉及的是数据的局部逻辑结构,通常是模式的子集。

   (3)内模式:亦称存储模式,是数据在数据库系统内部的表示,即对数据的物理结构和存储方式的描述。

   (4)数据定义语言(Data Definition Language,DDL):用来定义数据库模式、外模式、内模式的语言。

   (5)数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML):用来对数据库中的数据进行查询、插入、删除和修改的语句。

17. 什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？

 当数据库的存储结构改变了(例如选用了另一种存储结构),由数据库管理员对模式/内模式映象作相应改变,可以使模式保持不变,从而应用程序也不必改变。保证了程序与数据的物理独立性,简称数据的物理独立性。

    当需要改变模式时(例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型、改变数据间的联系等),由数据库管理员对各个外模式/模式的映象作相应改变,而使外模式保持不变,从而不必修改或重写应用程序改。而应用程序是依据数据的外模式编写的,保证了数据与程序的逻辑独立性。简称数据的逻辑独立性。

    特定的应用程序是在外模式描述的数据结构上编制的,它依赖于特定的外模式,与数据库的模式和存储结构独立。不同的应用程序有时可以共用同一个外模式。数据库的二级映象保证了数据库外模式的稳定性,从而从底层保证了应用程序的稳定性,除非应用需求本身发生变化,否则应用程序一般不需要修改。

18. 试述数据库系统的组成。

   数据库系统一般由数据库、数据库管理系统(及其应用开发工具)、应用程序和数据库管理员构成。

19. 试述数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员、应用程序员的职责。

   数据库管理员的职责:

    (1〕决定数据库中的信息内容和构造;

    (2〕决定数据库的存储构造和存取策略;

    (3〕定义数据的平安性要求和完整性约束条件;

    (4〕监控数据库的使用和运行;

    (5〕数据库的改良和重组、重构。

    系统分析员负责应用系统的需求分析和标准说明,要和用户及数据库管理人员相结合，确定系统的硬件软件配置，并参与数据库系统的概要设计。

    数据库设计人员负责数据库中数据确定及数据库各级模式的设计。数据库设计人员必须参加用户需求调查和系统分析,然后进展数据库设计。在很多情况下,数据库设计人员就由数据库管理员担任。

    应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块,并进展调试和安装。

 

 

 

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