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第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
- 试述素材、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念？
数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是数据库中四个基础的概念。
数据从定义上来说就是描述事物的符号记录。从广义上来说，数据的种类很多，文本、图像、音频等等都可以被称为数据。数据具有多种表现形式，它们许可经过数据化后存入计算机。
数据库顾名思义，就是存放数据的仓库，不过该仓库是在计算机存储设备上的，且按照一定格式存放。从定义上来讲，数据库就是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。
数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，当我们需要对数据库进行组织和维护，就需要用到数据库管理系统。便捷来说，数据库管理系统和操作系统一样都是计算机的基础软件，也是一个大型复杂的软件系统。
数据库系统是指引入数据库后的计算机系统，一般由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数据库管理员和用户构成。可用下图来表示：
在不引起混淆的情况下，我们通常把数据库系统简称为数据库。
- 试述数据管理技术的三个阶段。
数据管理技术的发展分为三个阶段，分别为人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。
人工管理阶段
1、数据不保存。当时的计算机主要用于科学计算，一般不需要对数据进行长期保存。
2、应用程序需要管理数据。数据必须程序员在应用中定义、设计和管理，程序员不仅要规定数据的逻辑结构，也要规定数据的物理结果，负担繁重。
3、内容不共享，冗余。数据是面向应用程序的，一组材料只对应一个应用程序，不同应用程序之间无法共享数据。
4、素材不具有独立性。数据结构发生修改，应用程序也要随之修改。
文件系统阶段
1、数据能够长期保存。一般将素材保存在文件当中。
2、数据由专门的软件进行管理。即通过文件系统进行管理，按文件名访问，按记录进行存取。
3、数据之间共享性弱，冗余度高。在文件系统中，一个或一组文件基本上是对应一个应用的，即文件仍然是面向应用的。例如一个应用打开一个word文档后，另一个应用就不能打开，只能打开其副本，从而也会造成资料冗余。
4、数据独立性弱。文件系统中的文件是对某一特定应用程序服务的，即文件和应用程序是一对一的关系。数据文件的建立、存取和更新等操作都要由应用程序来达成，数据仍需由应用程序定义和管理。
数据库系统阶段
1、整体数据结构化。这是数据库最主要特点之一，也是与文件系统的本质区别。所谓整体数据结构化，就是数据不再是针对某一应用，而是面向整个组织的多种应用需求。例如一个学生信息管理系统，需要考虑到教务处课程管理、学生选课管理、成绩管理等。因此学生信息系统中的学生数据要面向学校各部门的应用，如下是学校信息系统中与学生有关的数据结构：
上图的数据组织方式为各部门的应用献出了必要的记录，使整体数据结构花了。这就要求我们在描述素材时不仅要描述资料本身，还要描述数据之间的联系。这项工作通常由数据库管理系统维护，减轻了程序员的负担，从而提升了工作效率。
2、数据共享性强，冗余度低。由于数据不再针对某一应用，多个应用可以通过接口来共享数据，因此相较于文件系统冗余度也更低。
3、数据独立性强。数据库系统经过二级映像来保证数据的物理独立性和逻辑独立性
4、数据由数据库管理系统进行统一管理和控制。如安全性保护、完整性检查、并发控制和数据库恢复。
1.2 数据模型
数据模型是一种模型，是对现实世界数据特征的抽象。将现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型，这一过程称为数据建模。数据建模通常分为两步：建立概念模型，将概念模型转化为数据模型。
- 什么是概念模型？试述概念模型的作用。
实体-联系模型，即就是概念模型实际上是现实世界和机器世界的一个中间层次。它的一种表现形式E-R模型。如下是一个学生选课的E-R图示例：
概念模型用于对信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是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交流的语言。
- 数据模型、数据模型的作用及其三要素？就是什么
数据模型由数据结构、数据操作和数据完整性约束条件三个要素组成。
1、数据结构描述数据库中组成对象以及对象之间的联系，例如学生和课程之间的关系。数据结构有层次结构、网状结构和关系结构等多种类型。
2、数据操作即是对数据库中对象可进行的操作的集合，主导有查询和更新(囊括插入、删除和修改)两大操作。
3、完整性约束条件即是一种完整性规则的集合。例如当我们需要加入一条学生的选课信息，那么该学生的数据一定是要在数据库中的，学生的存在性就是一条完整性规则。
- 试述层次、网状、关系模型的优缺点
数据模型常见的模型有层次模型、网状模型和层次模型。
1、层次模型的结构是一颗树，其有且只有一个根结点并且除根结点之外的结点只有一个父结点。一个层次模型的示例如下所示：
优点：数据结构容易，查询效率高，提供了良好的完整性支持。
缺点：现实中很多联系都是非层次的，结点和结点之间是多对多的。查询子女结点必须通过双亲结点，查询比较笨拙。
2、网状模型的结构像一张网，其允许一个以上的结点无双亲结点，也允许一个结点有多个双亲结点。一个网状模型的示例如下所示：
优点：可以更为直接的描述现实世界。具有良好性能。存储效率较高
缺点：结构复杂，不易于掌握。各种信息定义和管理语言也更复杂。要求用户掌握数据库结构和存储路径，不易使用。
3、关系模型与以往的数据模型不同，其建立在严格的数学基础上。关系模型以表结构来表示数据之间的联系，通常一个关系对应的就是一张二维表。如下就是一张学生表：
优点：建立在严格的数学概念基础上；关系模型概念单一；关系模型的存储路径对用户是隐蔽的，具有更高的数据独立性和保密性，也简化了程序员的工作。
缺点：由于存储路径对用户透明，查询效率不如非关系模型。
- 关系模型的概念和相关术语
关系：一个关系通常说的是一个二维表
元组：表中的一行即为一个元组
属性：表中的一列即为一个属性，每列的名称即为属性名。如上图有5列，对应5个属性
码：又称为键，是表中的某一个或某一组属性，其值可以唯一确定一个元组。例如上表的学号可能唯一确定一个学生，学号就是本关系的码。
域：表示某一属性的取值范围{男，女}就是，例如性别的域就
分量，关系的每一个分量必须是就是：元组中的一个属性值称为一个分量，例如"李勇"是元组（20180001，李勇，男，2000-3-8，信息安全）的一个分量。值得注意的不可分的数据项，即不允许表中含表，下表的联系方式就是可分的数据项，故下表不符合关系模型要求。
关系模式：对关系的描述，一般表述为关系名（属性1，属性2，...），例如上表的关系模式就是学生（学号，姓名，性别，出生日期，主修专业），我们用下划线标注出码
1.3 数据库的三级模式结构
- 什么是数据模型、数据模型的作用及其三要素？
数据库的三级模式由内模式、模式和外模式组成
模式：模式也称逻辑模式，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，模式仅仅涉及型的描述，而不涉及具体的值。例如上面的学生（学号，姓名，性别，出生日期，主修专业）就是一个模式，而表中的元组则是模式的一个实例。模式反映的是数据的结构和联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。
外模式：外模式也称子模式和用户模式。是数据库用户能看到和应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。简单来说，外模式是模式的一个子集。
内模式：内模式也称存储模式升序存储等等方式存储。就是，是数据库在数据库系统内部的表示，即对资料的物理结构和存储方式的描述。例如内容是按照堆存储、还是顺序存储、又或者
数据库的三级模式结构图如下所示：
三级模式的优点：数据库系统在三级模式中给予了二级映像，外模式模式映像和模式内模式映像，正是这两层映像保证了数据库系统的数据能够有较高的逻辑独立性和物理独立性。
- 什么是数据库的数据独立性？什么是物理独立性？什么是逻辑独立性？为什么数据库系统具有较好的数据独立性？
数据独立性分为逻辑独立性和物理独立性。
逻辑独立性：当资料的逻辑结构发生改变时，应用程序无需修改。当模式改变时，即数据的逻辑结构发生改变时，只需数据库管理员对外模式模式映像作相应改变，可以使外模式保持不变，而应用程序是通过外模式编写的，故应用程序也无需改变，保证了数据的逻辑独立性。
物理独立性：当数据的物理结构发生改变时，应用程序无需修改。当信息的物理结构发生改变时，则只需数据库管理员对模式内模式映像作相应改变，能够时模式保持不变，从而应用程序也无需改变，保证了数据的物理独立性。
1.4 数据库系统的组成
- 试述数据库系统的组成
数据库系统由数据库、数据库管理系统(及其应用开发工具)、应用环境、数据库管理员和用户构成。
- 试述数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员和应用程序员的职责。
数据库管理员：负责全面管理和控制数据库系统。包括决定数据库信息和完整性约束条件、决定数据库的存储结构、定义数据库的安全性要求、监控数据库的使用和运行和对数据库系统进行改进和重构等等。
系统分析员：负责应用平台的需求分析和规范说明，要与用户和数据库管理员相结合，参与数据库的概要设计。
数据库设计人员：负责数据库中数据的确定和各级模式的设计，必须参加用户的需求调查和系统分析，接着进行数据库设计
应用程序员：负责设计和编写应用系统的程序模块、并进行调试安装。
以上，就是本期的全部内容啦
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