【正文】 第 1 章 緒論1 ．試述數據、數據庫、數據庫系統、數據庫管理系統的概念。答： ( l ）數據（ Data ) ：描述事物的符號記錄稱為數據。數據的種類有數字、文字、圖形、圖像、聲音、正文等。數據與其語義是不可分的。解析在現代計算機系統中數據的概念是廣義的。早期的計算機系統主要用于科學計算，處理的數據是整數、實數、浮點數等傳統數學中的數據?，F代計算機能存儲和處理的對象十分廣泛，表示這些對象的數據也越來越復雜。數據與其語義是不可分的。 500 這個數字可以表示一件物品的價格是 500 元，也可以表示一個學術會議參加的人數有 500 人，還可以表示一袋奶粉重 500 克。 ( 2 ）數據庫（ DataBase ，簡稱 DB ) ：數據庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數據獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。( 3 ）數據庫系統（ DataBas 。 Sytem ，簡稱 DBS ) ：數據庫系統是指在計算機系統中引入數據庫后的系統構成，一般由數據庫、數據庫管理系統（及其開發(fā)工具）、應用系統、數據庫管理員構成。解析數據庫系統和數據庫是兩個概念。數據庫系統是一個人一機系統，數據庫是數據庫系統的一個組成部分。但是在日常工作中人們常常把數據庫系統簡稱為數據庫。希望讀者能夠從人們講話或文章的上下文中區(qū)分“數據庫系統”和“數據庫”，不要引起混淆。 ( 4 ）數據庫管理系統（ DataBase Management sytem ，簡稱 DBMs ) ：數據庫管理系統是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件，用于科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據。 DBMS 的主要功能包括數據定義功能、數據操縱功能、數據庫的運行管理功能、數據庫的建立和維護功能。解析 DBMS 是一個大型的復雜的軟件系統，是計算機中的基礎軟件。目前，專門研制 DBMS 的廠商及其研制的 DBMS 產品很多。著名的有美國 IBM 公司的 DBZ 關系數據庫管理系統和 IMS 層次數據庫管理系統、美國 Oracle 公司的 orade 關系數據庫管理系統、 s 油 ase 公司的 s 油 ase 關系數據庫管理系統、美國微軟公司的 SQL Serve ，關系數據庫管理系統等。 2 ．使用數據庫系統有什么好處？答：使用數據庫系統的好處是由數據庫管理系統的特點或優(yōu)點決定的。使用數據庫系統的好處很多，例如，可以大大提高應用開發(fā)的效率，方便用戶的使用，減輕數據庫系統管理人員維護的負擔，等等。使用數據庫系統可以大大提高應用開發(fā)的效率。因為在數據庫系統中應用程序不必考慮數據的定義、存儲和數據存取的具體路徑，這些工作都由 DBMS 來完成。用一個通俗的比喻，使用了 DBMS 就如有了一個好參謀、好助手，許多具體的技術工作都由這個助手來完成。開發(fā)人員就可以專注于應用邏輯的設計，而不必為數據管理的許許多多復雜的細節(jié)操心。還有，當應用邏輯改變，數據的邏輯結構也需要改變時，由于數據庫系統提供了數據與程序之間的獨立性，數據邏輯結構的改變是 DBA 的責任，開發(fā)人員不必修改應用程序，或者只需要修改很少的應用程序，從而既簡化了應用程序的編制，又大大減少了應用程序的維護和修改。使用數據庫系統可以減輕數據庫系統管理人員維護系統的負擔。因為 DBMS 在數據庫建立、運用和維護時對數據庫進行統一的管理和控制，包括數據的完整性、安全性、多用戶并發(fā)控制、故障恢復等，都由 DBMS 執(zhí)行?？傊褂脭祿煜到y的優(yōu)點是很多的，既便于數據的集中管理，控制數據冗余，提高數據的利用率和一致性，又有利于應用程序的開發(fā)和維護。讀者可以在自己今后的工作中結合具體應用，認真加以體會和總結。3 ．試述文件系統與數據庫系統的區(qū)別和聯系。答：文件系統與數據庫系統的區(qū)別是：文件系統面向某一應用程序，共享性差，冗余度大，數據獨立性差，記錄內有結構，整體無結構，由應用程序自己控制。數據庫系統面向現實世界，共享性高，冗余度小，具有較高的物理獨立性和一定的邏輯獨立性，整體結構化，用數據模型描述，由數據庫管理系統提供數據的安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復能力。文件系統與數據庫系統的聯系是：文件系統與數據庫系統都是計算機系統中管理數據的軟件。解析文件系統是操作系統的重要組成部分；而 DBMS 是獨立于操作系統的軟件。但是 DBMS 是在操作系統的基礎上實現的；數據庫中數據的組織和存儲是通過操作系統中的文件系統來實現的。4 ．舉出適合用文件系統而不是數據庫系統的例子；再舉出適合用數據庫系統的應用例子。答 ：( l ）適用于文件系統而不是數據庫系統的應用例子數據的備份、軟件或應用程序使用過程中的臨時數據存儲一般使用文件比較合適。早期功能比較簡單、比較固定的應用系統也適合用文件系統。 ( 2 ）適用于數據庫系統而非文件系統的應用例子目前，幾乎所有企業(yè)或部門的信息系統都以數據庫系統為基礎，都使用數據庫。例如，一個工廠的管理信息系統（其中會包括許多子系統，如庫存管理系統、物資采購系統、作業(yè)調度系統、設備管理系統、人事管理系統等），學校的學生管理系統，人事管理系統，圖書館的圖書管理系統，等等，都適合用數據庫系統。希望讀者能舉出自己了解的應用例子。5 ．試述數據庫系統的特點。答：數據庫系統的主要特點有： ( l ）數據結構化數據庫系統實現整體數據的結構化，這是數據庫的主要特征之一，也是數據庫系統與文件系統的本質區(qū)別。解析注意這里的“整體’夕兩個字。在數據庫系統中，數據不再針對某一個應用，而是面向全組織，具有整體的結構化。不僅數據是結構化的，而且數據的存取單位即一次可以存取數據的大小也很靈活，可以小到某一個數據項（如一個學生的姓名），大到一組記錄（成千上萬個學生記錄）。而在文件系統中，數據的存取單位只有一個：記錄，如一個學生的完整記錄。 ( 2 ）數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據庫的數據不再面向某個應用而是面向整個系統，因此可以被多個用戶、多個應用以多種不同的語言共享使用。由于數據面向整個系統，是有結構的數據，不僅可以被多個應用共享使用，而且容易增加新的應用，這就使得數據庫系統彈性大，易于擴充。解析數據共享可以大大減少數據冗余，節(jié)約存儲空間，同時還能夠避免數據之間的不相容性與不一致性。所謂“數據面向某個應用”是指數據結構是針對某個應用設計的，只被這個應用程序或應用系統使用，可以說數據是某個應用的“私有資源 ”。所謂“彈性大”是指系統容易擴充也容易收縮，即應用增加或減少時不必修改整個數據庫的結構，只需做很少的改動?？梢匀≌w數據的各種子集用于不同的應用系統，當應用需求改變或增加時，只要重新選取不同的子集或加上一部分數據，便可以滿足新的需求。 ( 3 ）數據獨立性高數據獨立性包括數據的物理獨立性和數據的邏輯獨立性。數據庫管理系統的模式結構和二級映像功能保證了數據庫中的數據具有很高的物理獨立性和邏輯獨立性。( 4 ）數據由 DBMS 統一管理和控制數據庫的共享是并發(fā)的共享，即多個用戶可以同時存取數據庫中的數據甚至可以同時存取數據庫中同一個數據。為此， DBMS 必須提供統一的數據控制功能，包括數據的安全性保護、數據的完整性檢查、并發(fā)控制和數據庫恢復。解析 DBMS 數據控制功能包括四個方面：數據的安全性保護：保護數據以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞；數據的完整性檢查：將數據控制在有效的范圍內，或保證數據之間滿足一定的關系；并發(fā)控制：對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協調，保證并發(fā)操作的正確性；數據庫恢復：當計算機系統發(fā)生硬件故障、軟件故障，或者由于操作員的失誤以及故意的破壞影響數據庫中數據的正確性，甚至造成數據庫部分或全部數據的丟失時，能將數據庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為完整狀態(tài)或一致狀態(tài)）。下面可以得到 “什么是數據庫”的一個定義：數據庫是長期存儲在計算機內有組織的大量的共享的數據集合，它可以供各種用戶共享，具有最小冗余度和較高的數據獨立性。 DBMS 在數據庫建立、運用和維護時對數據庫進行統一控制，以保證數據的完整性、安全性，并在多用戶同時使用數據庫時進行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統進行恢復。數據庫系統的出現使信息系統從以加工數據的程序為中心轉向圍繞共享的數據庫為中心的新階段。 6 ．數據庫管理系統的主要功能有哪些？答：( l ）數據庫定義功能； ( 2 ）數據存取功能； ( 3 ）數據庫運行管理； ( 4 ）數據庫的建立和維護功能。7 ．試述數據模型的概念、數據模型的作用和數據模型的三個要素。答：數據模型是數據庫中用來對現實世界進行抽象的工具，是數據庫中用于提供信息表示和操作手段的形式構架。一般地講，數據模型是嚴格定義的概念的集合。這些概念精確描述了系統的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。因此數據模型通常由數據結構、數據操作和完整性約束三部分組成。 ( l ）數據結構：是所研究的對象類型的集合，是對系統靜態(tài)特性的描述。 ( 2 ）數據操作：是指對數據庫中各種對象（型）的實例（值）允許進行的操作的集合，包括操作及有關的操作規(guī)則，是對系統動態(tài)特性的描述。 ( 3 ）數據的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數據的正確、有效、相容。解析數據模型是數據庫系統中最重要的概念之一。必須通過《 概論 》 的學習真正掌握數據模型的概念和作用。數據模型是數據庫系統的基礎。任何一個 DBMS 都以某一個數據模型為基礎，或者說支持某一個數據模型。數據庫系統中，模型有不同的層次。根據模型應用的不同目的，可以將模型分成兩類或者說兩個層次：一類是概念模型，是按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于信息世界的建模，強調語義表達能力，概念簡單清晰；另一類是數據模型，是按計算機系統的觀點對數據建模，用于機器世界，人們可以用它定義、操縱數據庫中的數據，一般需要有嚴格的形式化定義和一組嚴格定義了語法和語義的語言，并有一些規(guī)定和限制，便于在機器上實現。8 ．試述概念模型的作用。答：概念模型實際上是現實世界到機器世界的一個中間層次。概念模型用于信息世界的建模，是現實世界到信息世界的第一層抽象，是數據庫設計人員進行數據庫設計的有力工具，也是數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言。9 ．定義并解釋概念模型中以下術語：實體，實體型，實體集，屬性，碼，實體聯系圖（ E 一 R 圖）答：實體：客觀存在并可以相互區(qū)分的事物叫實體。實體型：具有相同屬性的實體具有相同的特征和性質，用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。實體集：同型實體的集合稱為實體集。屬性：實體所具有的某一特性，一個實體可由若干個屬性來刻畫。碼：惟一標識實體的屬性集稱為碼。實體聯系圖（ E 一 R 圖）：提供了表示實體型、屬性和聯系的方法： 實體型：用矩形表示，矩形框內寫明實體名； 屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來； 聯系：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型（ 1 : 1 , 1 : n 或 m : n ）。10 ．試給出 3 個實際部門的 E 一 R 圖，要求實體型之間具有一對一、一對多、多對多各種不同的聯系。答：11 ．試給出一個實際部門的 E 一 R 圖，要求有三個實體型，而且 3 個實體型之間有多對多聯系。 3 個實體型之間的多對多聯系和三個實體型兩兩之間的三個多對多聯系等價嗎？為什么？答：3 個實體型之間的多對多聯系和 3 個實體型兩兩之間的 3 個多對多聯系是不等價，因為它們擁有不同的語義。 3 個實體型兩兩之間的三個多對多聯系如下圖所示。12 ．學校中有若干系，每個系有若干班級和教研室，每個教研室有若干教員，其中有的教授和副教授每人各帶若干研究生；每個班有若干學生，每個學生選修若干課程，每門課可由若干學生選修。請用 E 一 R 圖畫出此學校的概念模型。答：13 ．某工廠生產若干產品，每種產品由不同的零件組成，有的零件可用在不同的產品上。這些零件由不同的原材料制成，不同零件所用的材料可以相同。這些零件按所屬的不同產品分別放在倉庫中，原材料按照類別放在若干倉庫中。請用 E 一 R 圖畫出此工廠產品、零件、材料、倉庫的概念模型。答：14 ．試述層次模型的概念，舉出三個層次模型的實例。答： ( l ）教員學生層次數據庫模型( 2 ）行政機構層次數據庫模型( 3 ）行政區(qū)域層次數據庫模型15．今有一個層次數據庫實例，試用子女一兄弟鏈接法和層次序列鏈接法畫出它的存儲結構示意圖。答：子女兄弟鏈接法：層次序列鏈接法：16 ．試述網狀模型的概念，舉出三個網狀模型的實例。答：滿足下面兩個條件的基本層次聯系集合為網狀模型。 ( l ）允許一個以上的結點無雙親； ( 2 ）一個結點可以有多于一個的雙親。實例 1 : 實例 2 : 實例 3 : 17 ．試述網狀、層次數據庫的優(yōu)缺點。答：層次模型的優(yōu)點主要有： ( l ）模型簡單，對具有一對多層次關系的部門描述非常自然、直觀，容易理解，這是層次數據庫的突出優(yōu)點； ( 2 ）用層次模型的應用系統性能好，特別是對于那些實體間聯系是固定的且預先定義好的應用，采用層次模型來實現，其性能優(yōu)于關系模型； ( 3 ）層次數據模型提供了良好的完整性支持。層次模型的缺點主要有： ( l ）現實世界中很多聯系是非層次性的，如多對多聯系、一個結點具有多個雙親等，層次模型不能自然地表示這類聯系，只能通過引入冗余數據或引入虛擬結點來解決； ( 2 ）對插入和刪除操作的限制比較多； ( 3 ）查詢子女結點必須通過雙親結點。網狀數據模型的優(yōu)點主要有： ( l ）能夠更為直接地描述現實世界，如一個結點可以有多個雙親； ( 2 ）具有良好的性能，存取效率較高。網狀數據模型的缺點主要有： ( l ）結構比較復雜，而且隨著應用環(huán)境的擴大，數據庫的結構就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握； ( 2 ）其 DDL 、 DML 語言復雜，用戶不容易使用。由于記錄之間聯系是通過存取路徑實現的，應用程序在訪問數據時必須選擇適當的存取路徑。因此，