【正文】 習題一 解答 1．答： 數(shù)據(jù)是用于載荷信息的物理符號。 數(shù)據(jù)的特征是：① 數(shù)據(jù)有“型”和“值’之分；② 數(shù)據(jù)受數(shù)據(jù)類型和取值范圍的約束；③ 數(shù)據(jù)有定性表示和定量表示之分；④數(shù)據(jù)應具有載體和多種表現(xiàn)形式。 數(shù)據(jù)與信息的關系為：數(shù)據(jù)是信息的一種表現(xiàn)形式，數(shù)據(jù)通過能書寫的信息編碼表示信息。信息有多種表現(xiàn)形式，它通過手勢、眼神、聲音或圖形等方式表達，但是數(shù)據(jù)是信息的最佳表現(xiàn)形式。由于數(shù)據(jù)能夠書寫，因而它能夠被記錄、存儲和處理，從中挖掘出更深層的信息。但是，數(shù)據(jù)不等于信息，數(shù)據(jù)只是信息表達方式中的一種。正確的數(shù)據(jù)可表達信息，而虛假、錯誤的數(shù)據(jù)所表達的是謬誤，不是信息。 2．答： 數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)的收集、組織、整理、加工、存儲和傳播等工作。圍繞著數(shù)據(jù)所做的工作均稱為數(shù)據(jù)處理。 數(shù)據(jù)處理目的為：通過數(shù)據(jù)管理，收集信息并將信息用數(shù)據(jù)表示和保存，在需要的時候，為各種使用和數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)加工，對數(shù)據(jù)進行變換、抽取和運算，從而得到更有用的數(shù)據(jù)，以指導或控制人的行為或事物的變化趨勢；通過數(shù)據(jù)傳播，使更多的人得到并理解信息，從而使信息的作用充分發(fā)揮出來。 3．答： 數(shù)據(jù)管理的功能為：① 組織和保存數(shù)據(jù)功能，即將收集到的數(shù)據(jù)合理地分類組織，將其存儲在物理載體上，使數(shù)據(jù)能夠長期地被保存。② 數(shù)據(jù)維護功能，即根據(jù)需要隨時進行插入新數(shù)據(jù)、修改原數(shù)據(jù)和刪除失效數(shù)據(jù)的操作；③ 數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，即快速地得到需要的正確數(shù)據(jù)，滿足各種使用要求；④ 數(shù)據(jù)的安全和完整性控制功能，即保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。 數(shù)據(jù)管理的目標是：收集完整的信息，將信息用數(shù)據(jù)表示，按數(shù)據(jù)結構合理科學地組織并保存數(shù)據(jù)；為各種使用快速地提供需要的正確數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。 4．答： 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的新方法和技術，它是一個按數(shù)據(jù)結構來存儲和管理數(shù)據(jù)的計算機軟件系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有的特點是：① 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)整體性，即數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)要保持自身完整的數(shù)據(jù)結構；② 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)共享性，不同的用戶可以按各自的用法使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，多個用戶可以同時共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)資源。 5．答： 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡稱DBMS（Database Management System），它是專門用于管理數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠為數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)的定義、建立、維護、查詢和統(tǒng)計等操作功能，并完成對數(shù)據(jù)完整性、安全性進行控制的功能。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能是數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)控制功能。其數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)操作是：數(shù)據(jù)庫的定義功能，指為說明庫中的數(shù)據(jù)情況而進行的建立數(shù)據(jù)庫結構的操作；數(shù)據(jù)庫建立功能，指將大批數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫的操作，它使得庫中含有需要保存的數(shù)據(jù)記錄；數(shù)據(jù)庫維護功能，指對數(shù)據(jù)的插入、刪除和修改操作，其操作能滿足庫中信息變化或更新的需求；數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計功能，指通過對數(shù)據(jù)庫的訪問，為實際應用提供需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制功能為：數(shù)據(jù)安全性控制功能，即為了保證數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)安全可靠，防止不合法的使用造成數(shù)據(jù)泄漏和破壞，即避免數(shù)據(jù)被人偷看、篡改或搞壞；數(shù)據(jù)完整性控制功能，指為了保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確、有效和相容，以防止不合語義的錯誤數(shù)據(jù)被輸入或輸出。 6．答： 數(shù)據(jù)冗余度大會造成浪費存儲空間的問題，使數(shù)據(jù)的存儲、管理和查詢都不容易實現(xiàn)。同時，由于文件系統(tǒng)中相同的數(shù)據(jù)需要重復存儲和各自的管理，數(shù)據(jù)冗余度大還會給數(shù)據(jù)的修改和維護帶來麻煩和困難，還特別容易造成數(shù)據(jù)不一致的惡果。數(shù)據(jù)冗余度大時，由于數(shù)據(jù)重復出現(xiàn)，還使得數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結果不正確。 7．答： 數(shù)據(jù)的整體性是指在進行數(shù)據(jù)庫設計時，要站在全局需要的角度進行抽象和組織數(shù)據(jù)；要完整地、準確地描述數(shù)據(jù)自身和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的情況；要建立適合整體需要的數(shù)據(jù)模型。 數(shù)據(jù)的共享性是指由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是從整體角度上看待和描述數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)不再是面向某個應用，而是面向整個系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)的整體性高會使得數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)冗余度變小，從而避免了由于數(shù)據(jù)冗余度大帶來的數(shù)據(jù)沖突問題，也避免了由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)維護麻煩和數(shù)據(jù)統(tǒng)計錯誤問題。數(shù)據(jù)共享度高會提高數(shù)據(jù)的利用率，它使得數(shù)據(jù)更有價值和更容易、更方便地被使用。 8．答： 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是提供數(shù)據(jù)庫管理的計算機系統(tǒng)軟件，它為信息管理系統(tǒng)的設計提供了方法、手段和工具，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設計信息管理系統(tǒng)可以達到事半功倍的效果。信息管理系統(tǒng)是實現(xiàn)某種具體事物管理功能的應用軟件。信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中。利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，信息管理系統(tǒng)可以更快、更好地設計和實施。 9．答： 用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)會有三個缺陷：① 由于文件之間缺乏聯(lián)系，會造成每個應用程序都有對應的文件，有可能同樣的數(shù)據(jù)在多個文件中重復存儲，所以數(shù)據(jù)冗余度大。② 由于數(shù)據(jù)冗余，在進行更新操作時，稍不謹慎，就可能使同樣的數(shù)據(jù)在不同的文件中不一樣，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致缺陷。③ 由于文件之間相互獨立，缺乏聯(lián)系，會造成數(shù)據(jù)聯(lián)系弱的缺陷。 10．答： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)管理有5方面的特點：① 采用復雜的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結構。②有較高的數(shù)據(jù)獨立性。③ 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口。④ 系統(tǒng)提供有數(shù)據(jù)庫的恢復、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)安全性的數(shù)據(jù)控制功能，以保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是安全的、正確的和可靠的。⑤ 對數(shù)據(jù)的操作不一定以記錄為單位，也可以以數(shù)據(jù)項為單位，從而增加了系統(tǒng)的靈活性。 11．答： 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在計算機硬件的基礎之上的，它在必需的硬件資源支持下才能工作。支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的計算機硬件資源包括CPU、內(nèi)存、外存及其他外部設備。外部設備主要包括某個具體的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)通信設備和數(shù)據(jù)輸入輸出設備。 因為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結構復雜、軟件內(nèi)容多 所以要求其硬件設備能夠處理并快速處理數(shù)據(jù)，這需要硬件的數(shù)據(jù)存儲容量大、數(shù)據(jù)處理速度和數(shù)據(jù)輸入輸出速度快。具體要求為：① 計算機內(nèi)存要盡量大；② 計算機外存也要盡量大；③ 計算機的數(shù)據(jù)傳輸速度要快。 12．答： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件中包括操作系統(tǒng)（OS）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、主語言系統(tǒng)、應用程序軟件和用戶數(shù)據(jù)庫。各軟件之間的關系如圖51所示。 圖51 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件結構 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各種軟件的作用如下： ① 操作系統(tǒng)或漢字操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)是所有計算機軟件的基礎，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中它起著支持DBMS及主語言系統(tǒng)工作的作用。如果管理的信息中有漢字，則需要中文操作系統(tǒng)的支持，以提供漢字的輸入、輸出方法和漢字信息的處理方法。 ② 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和主語言系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為定義、建立、維護、使用及控制數(shù)據(jù)庫而提供的有關數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)軟件。主語言系統(tǒng)是為應用程序提供的諸如程序控制、數(shù)據(jù)輸入輸出、功能函數(shù)、圖形處理、計算方法等數(shù)據(jù)處理功能的系統(tǒng)軟件。 ③ 應用開發(fā)工具軟件：應用開發(fā)工具是DBMS系統(tǒng)為應用開發(fā)人員和最終用戶提供的高效率、多功能的應用生成器、第四代計算機語言等各種軟件工具．如報表生成器、表單生成器、查詢和視圖設計器等，它們?yōu)閿?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)和使用提供了良好的環(huán)境和幫助。 ④ 應用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)包括為特定的應用環(huán)境建立的數(shù)據(jù)庫、開發(fā)的各類應用程序及編寫的文檔資料，它們是一個有機整體。通過運行數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的維護、查詢、管理和處理操作。 13．答： 數(shù)據(jù)庫管理員（即DBA）的職責為： ① DBA應參與數(shù)據(jù)庫和應用系統(tǒng)的設計。 數(shù)據(jù)庫管理員只有參與數(shù)據(jù)庫及應用程序的設計，才可能使自己對數(shù)據(jù)庫結構及程序設計方法了解得更清楚，為以后管理工作打下基礎。同時，由于數(shù)據(jù)庫管理員是用戶，他們對系統(tǒng)應用的現(xiàn)實世界非常了解，能夠提出更合理的要求和建議，所以有DBA參與系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的設計，可以使其設計更合理。 ② DBA應參與決定數(shù)據(jù)庫的存儲結構和存取策略的工作。 數(shù)據(jù)庫管理員要綜合各用戶的應用要求，和數(shù)據(jù)庫設計員共同決定數(shù)據(jù)的存儲結構和存取策略，使數(shù)據(jù)的存儲空間利用得更合理，存取效率更高。 ③ DBA要負責定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性條件。 數(shù)據(jù)庫管理員的重要職責是保證數(shù)據(jù)庫的安全性和數(shù)據(jù)完整性。DBA要負責定義各用戶的數(shù)據(jù)使用權限、數(shù)據(jù)保密級別和數(shù)據(jù)完整性的約束條件。 ④ DBA負責監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行，負責系統(tǒng)的維護和數(shù)據(jù)恢復工作。 數(shù)據(jù)庫管理員要負責監(jiān)視系統(tǒng)的運行，及時處理系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題，排除系統(tǒng)故障，保證系統(tǒng)能夠正常工作。在日常工作中，數(shù)據(jù)庫管理員要負責記錄數(shù)據(jù)庫使用的“日志文件”，通過日志文件了解數(shù)據(jù)庫的被使用和更改的情況。數(shù)據(jù)庫管理員還要定期對數(shù)據(jù)作“備份”，為以后的數(shù)據(jù)使用（即處理歷史數(shù)據(jù)）和數(shù)據(jù)恢復做準備。當系統(tǒng)由于故障而造成數(shù)據(jù)庫被破壞時，數(shù)據(jù)庫管理員要根據(jù)日志文件和數(shù)據(jù)備份進行數(shù)據(jù)恢復工作，使數(shù)據(jù)庫能在最短的時間里恢復到正確狀態(tài)。 ⑤ DBA負責數(shù)據(jù)庫的改進和重組。 數(shù)據(jù)庫管理員負責監(jiān)視和分析系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)的空間利用率和處理效率總是處于較高的水平。當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)問題或由于長期的數(shù)據(jù)插入、刪除操作造成系統(tǒng)性能降低時，數(shù)據(jù)庫管理員要按一定策略對數(shù)據(jù)庫進行改造或重組工作。當數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型發(fā)生變化時，系統(tǒng)的改造工作也由數(shù)據(jù)庫管理負責進行。 14．答： 數(shù)據(jù)庫的三級模式是指邏輯模式、外模式（子模式）、 內(nèi)模式（物理模式）。邏輯模式是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的整體邏輯結構和特征的描述。外模式是對各個用戶或程序所涉及到的數(shù)據(jù)的邏輯結構和數(shù)據(jù)特征的描述。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或底層描述。 邏輯模式是系統(tǒng)為了減小數(shù)據(jù)冗余、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的目標，并對所有用戶的數(shù)據(jù)進行綜合抽象而得到的統(tǒng)一的全局數(shù)據(jù)視圖。通過外模式，可以方便用戶使用和增強數(shù)據(jù)的安全性。通過設計內(nèi)模式，可以將系統(tǒng)的模式（全局邏輯模式）組織成最優(yōu)的物理模式，以提高數(shù)據(jù)的存取效率。改善系統(tǒng)的性能指標。 15．答： 數(shù)據(jù)獨立性是指應用程序和數(shù)據(jù)之間的依賴程度低，相互影響小。數(shù)據(jù)獨立性分成物理數(shù)據(jù)獨立性和邏輯數(shù)據(jù)獨立性兩級。數(shù)據(jù)的物理獨立性是指應用程序對數(shù)據(jù)存儲結構的依賴程度。數(shù)據(jù)物理獨立性高是指當數(shù)據(jù)的物理結構發(fā)生變化時，應用程序不需要修改也可以正常工作。數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指應用程序對數(shù)據(jù)全局邏輯結構的依賴程度。數(shù)據(jù)邏輯獨立性高是指當數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全局邏輯結構改變時，它們對應的應用程序不需要改變?nèi)钥梢哉＿\行。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之所以具有數(shù)據(jù)物理獨立性高的特點，是因為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)的物理結構與邏輯結構之間的映像或轉換功能。這種數(shù)據(jù)映像功能使得應用程序可以根據(jù)數(shù)據(jù)的邏輯結構進行設計，并且一旦數(shù)據(jù)的存儲結構發(fā)生變化，系統(tǒng)可以通過修改其映像來適應變化。所以數(shù)據(jù)物理結構的變化不會影響到應用程序的正確執(zhí)行。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之所以具有較高的數(shù)據(jù)邏輯獨立性，是由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)的全局邏輯結構和局部邏輯結構之間的映像和轉換功能。這種數(shù)據(jù)映像功能使得數(shù)據(jù)庫可以按數(shù)據(jù)全局邏輯結構設計，而應用程序可以按數(shù)據(jù)局部邏輯結構進行設計。這樣，當全局邏輯結構中的部分數(shù)據(jù)結構改變時，即使那些與變化相關的數(shù)據(jù)局部邏輯結構受到了影響，也可以通過修改與全局邏輯結構的映像而減小其受影響的程度，使數(shù)據(jù)局部邏輯結構基本上保持不變。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的程序是按局部數(shù)據(jù)邏輯結構進行設計的，并且當全局數(shù)據(jù)邏輯結構變換時可以使局部數(shù)據(jù)邏輯結構基本保持不變，所以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯獨立性高。 16．答： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級映像技術是指外模式與模式之間的映像、模式與內(nèi)模式之間的映象技術，這二級映像技術不僅在三級數(shù)據(jù)模式之間建立了聯(lián)系，同時也保證了數(shù)據(jù)的獨立性。 外模式／模式之間的映像，定義并保證了外模式與數(shù)據(jù)模式之間的對應關系。當模式變化時，DBA可以通過修改映像的方法使外模式不變，由于應用程序是根據(jù)外模式進行設計的，只要外模式不改變，應用程序就不需要修改，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。 模式／內(nèi)模式之間的映像，定義并保證了數(shù)據(jù)的邏輯模式與內(nèi)模式之間的對應關系。當數(shù)據(jù)庫的存儲結構改變時，DBA可以通過修改模式／內(nèi)模式之間的映像使數(shù)據(jù)模式不變化。由于用戶或程序是按數(shù)據(jù)的邏輯模式使用數(shù)據(jù)的，所以只要數(shù)據(jù)模式不變，用戶仍可以按原來的方式使用數(shù)據(jù)，程序也不需要修改，從而保證了數(shù)據(jù)的物理獨立性。 17．答： A，B，C 18．答： A 19．答： A，B，C 20．答： C習題二 解答 1．答： ① 實體：現(xiàn)實世界中存在的可以相互區(qū)分的事物或概念稱為實體。例如，一個學生、一個工人、一臺機器、一部汽車等是具體的事物實體，一門課、一個班級等稱為概念實體。 ② 實體型：現(xiàn)實世界中，對具有相同性質、服從相同規(guī)則的一類事物（或概念，即實體）的抽象稱為實體型。實體型是實體集數(shù)據(jù)化的結果，實體型中的每一個具體的事物（實體）為它的實例。 ③實體集：具有相同特征或能用同樣特征描述的實體的集合稱為實體集。例如，學生、工人、汽車等都是實體集。 ④屬性：屬性為實體的某一方面特征的抽象表示。如學生，可以通過學生的“姓名”、“學號”、“性別”、“年齡”及“政治面貌”等特征來描述，此時，“姓名”、“學號”、“性別”、“年齡”及“政治面貌”等就是學生的屬性。 ⑤ 碼：碼也稱關鍵字，它能夠惟一標識一個實體。例如，在學生的屬性集中，學號確定后，學生的其他屬性值也都確定了，學生記錄也就確定了 由于學號可以惟一地標識一個學生，所以學號為碼。 ⑥ 實體聯(lián)系圖（ER圖）：實體聯(lián)系方法（EntityRelationship Approach,即ER圖法）是用來描述現(xiàn)實世界中概念模型的一種著名方法。E