第  1 章数据库系统概论
1.1复习纲要
本章介绍的主要内容：
·数据管理技术的发展
·数据模型
·数据库系统结构
1.1.1 数据管理技术的发展
从20世纪50年代中期开始，数据管理技术大致经历了三个发展阶段：人工管理阶段、文件系统管理阶段和数据库系统管理阶段。
1. 人工管理阶段
20世纪50年代中期以前，计算机主要从事计算工作，计算机处理的数据由程序员考虑与安排。这一阶段的主要特点是：数据不长期保存；数据与程序不具有独立性；系统中没有对数据进行管理的软件。
数据库编辑软件2. 文件系统管理阶段
20世纪50年代后期到60年代中后期，计算机系统中由文件系统管理数据。其主要特点：数据以文件的形式可长期存储在磁盘上，供相应的程序多次存取；数据文件可脱离程序而独立存在，使得数据与程序之间具有设备独立性。如果数据文件结构发生变化时，则对应的操作程序必须修改。即文件系统管理文件缺乏数据独立性，并且数据冗余度大。数据之间联系弱，无法实施数据统一管理标准。这些都是文件系统管理的主要缺陷。
3.数据库系统管理阶段
70年代初开始，计算机采用数据库管理系统管理大量数据，使计算机广泛应用于数据处理。数据库系统管理数据的主要特点：
·采用数据模型组织和管理数据，不仅有效地描述了数据本身的特性，而且描述了之间的联系。
·具有较高的数据独立性。即数据格式、大小等发生了改变，使得应用程序不受影响。
·数据共享程度更高，冗余度比较小。
·由DBMS软件提供了对数据统一控制功能，如安全性控制、完整性控制、并发控制和恢复功能。
·由DBMS软件提供了用户方便使用的接口。
数据库系统管理数据是目前计算机管理数据的高级阶段，数据库技术已成为计算机领域中最重要的技术之一。
1.1.2 数据模型
数据模型是构建数据库结构的基础，在构建时要经历从概念模型设计到DB逻辑模型和物理模型转换过程。因此，数据模型可分为两类共4种，两类为概念模型和结构模型，其中结构模型又分为外部模型、
逻辑模型和内部模型三种。
1. 概念模型
概念模型是描述用户需求观点下的，全局数据的数据模型。
概念模型广泛采用E-R图、直观地表达实体及实体间联系的模型。其主要优点：
·易于被用户理解
·准确的描述实体特征及实体间联系的关系。
·与计算机无关
·比较方便地转换成DB的结构模型
概念模型是现实世界事物与事物之间联系的模拟和抽象。概念模型设计的质量，会直接影响到DB的结构模型的质量。
2. 逻辑结构模型
逻辑结构模型是表达计算机实现观点下的，DB全局数据逻辑模型。当前DB基本数据模型有三类：层次、网状和关系模型。它们之间的根本区别在于数据（记录）之间联系的表达方式不同。层次模型是用“树结构”表示数据之间的联系；网状模型是用“图结构”表示数据之间的联系；关系模型是用“二维表”表示数据之间的联系。
（1）层次模型
层次模型是用“树结构”表示数据之间的联系的数据模型。
层次模型的主要特点是：记录之间联系的实现采用指针，故查询效率高。
层次模型不足之处在于父子记录之间联系只能是1：n，限制了n：m的直接表达。模型的具体实现比较复杂，用户较难掌握。
（2）网状模型
网状模型是用有向图表示实体及实体之间的联系的数据模型。
网状模型的主要特点是：与层次模型相比，较容易表示n：m的联系，且联系实现也是指针，因此查询效率高。
网状模型不足之处在于检索数据时必须考虑存取路径问题，数据更新时，涉及到指针的调整，缺乏灵活性；系统扩充相当麻烦。网状模型的指针更多，纵横交错，从而使编程更为复杂。
（3）关系模型
关系模型是用二维表格结构表示实体及实体之间联系的数据模型
关系模型的特点是：
·关系模型是建立在严格的数学概念基础之上
·
二维表格表示实体及实体之间联系简单明了、直观
·可以直接表示多对多的联系
关系模型不足之处在于对数据查询效率不高。
3.外部模型
外部模型是逻辑数据模型的若干逻辑子集。独立于硬件，依赖于软件、反映了用户使用数据库结构视图的数据模型。
4.内部模型
内部模型是数据库最低层的抽象，它描述了数据的存储方式、存储设备和存储方法等。
对于关系模型数据库，其内部模型实现由DBMS自动完成，用户可不必考虑内部模型设计的细节。
1.1.3 数据库系统结构
整个数据库系统结构由三级模式和两级映像组成。并由DBMS提供支持，使得数据库系统具有较高的数据独立性。
1. 数据库的三级模式结构
用
DBMS 提供的数据描述语言（DDL ）精确的定义数据模型的语句集合称为模式。对应于外部模型、
概念模型和内部模型，可以定义三类相应的模式：
·外模式：用子模式DDL 定义的外部模型的模式称为外模式，又称为子模式。提供给用户编程使用的数据库局部逻辑数据结构形式。
·概念模式：用模式DDL
定义的概念模型的模式称为概念模式，又称为模式。提供给DBA 使用的数据库全局逻辑数据结构形式。
·内模式：用物理DDL 定义的内模型的模式称为内模式，又称为物理模式或存储模式。提供给DBA 使用的数据库全局物理数据结构形式。
三级模式中，外模式和概念模式属于DB 的逻辑层，内模式属于物理层。它们之间由于对数据定义存在着差异，因此，就有两级映像结构描述它们之间的映射关系。
2.两级映像与数据独立性
·外模式/模式：描述各外模式与模式之间数据的对应关系。当系统的模式改变时，可以改变这种对应关系而保持外模式不变，也使得应用程序不用修改。这种用户数据独立于全局的逻辑数据的特性称为逻辑数据独立性。
·概念模式/内模式：描述了概念模式与内模式之间数据的对应关系。当为了某种需要改变内模式时， 可以同时改变两者之间数据对应关系而保持概念模式和外模式不改。这种全局的逻辑数据独立于物理数据的特性称为物理数据独立性。
3.数据库三级模式与两级映像结构
数据库三级模式与两级映像结构如图1.1所示。
注意：外部模式中的记录类型与应用程序在系统缓冲区的记录类型是一致的。内模式中的内部记录类 型与磁盘中的物理文件的记录类型是一致的。
1.1.4 DBS 与DBMS
1.DBS
数据库系统（DBS）指引进了数据库技术后的计算机系统。由4个部分构成：数据库、硬件、DBMS 及相关软件和人员。
·数据库（DB）是长期存储在计算机内，有组织的可共享的数据的集合。
·硬件是DBS的物理支撑。需要有足够大的内存和磁盘等联机设备。
·DBMS及相关软件：软件是DBS功能体现。包括DBMS、操作系统及编译系统等软件。
·人员：使用、操纵、管理和维护数据库系统的人员。包括：用户、操作员和D BA。
2.DBMS
数据库管理系统（DBMS）是用于建立、使用、管理和维护数据库的系统软件。是DBS的核心部分。目前常用的DBMS有：ORACLE、DB2等。
DBMS的主要功能：数据库定义功能、数据库操纵功能、数据库保护功能、数据库维护功能、数据字典。
DBMS的主要组成：由一些实现上述功能的相关程序组成：
·数据定义语言及编译处理程序；
·数据操纵语言及编译（或解释）程序；
·数据库运行控制程序，主要包括：
·权限和完整性管理程序；
·事物务管理程序
·文件管理程序；
·缓冲区管理程序。
·实用维护管理程序，包括数据初始装入程序。数据转储程序、数据库恢复程序、性能监控程序、数据库再组织程序、数据转换程序、通讯程序等。
1.2 例题分析
一、单项选择题
1．在数据管理技术的发展过程中，经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。在这几个阶段中，数据独立性最高的是（）阶段。
A．数据库系统B．文件系统
C．人工管理D．数据项管理
【解析】数据库系统的三级模式体系结构中提供了子模式∕模式和模式∕内模式的两级映像，保证了数据独立性的实现。所以本题的答案应选A。
2. 层次型、网状型和关系型数据库划分原则是（）。
A．记录长度B．文件的大小
C．联系的复杂程度D．数据之间的联系
【解析】层次型和网状型是通过指针实现记录之间的联系，关系模型是通过二维表格（关系或外关键字）实现关系之间的联系，所以本题答案为“D”。
3. 在现实世界中，事物与事物之间有三种联系：1:1,1：n，n:m。实体集“学生”与实体集“课程”的联系应为（）联系。
A．1：1 B．1：n C．n:：m D．A或B
【解析】一个学生可选修多门课程，一门课程为多个学生选修，所以学生与课程之间的联系应该是n:m，
所以本题答案为“C”。
4．在数据库管理技术中，影响数据库结构设计质量的数据模型是（）。
A．层次模型B．概念模型C．关系模型D．网状模型
【解析】数据库设计中第一步也是最重要的一步是设计概念模型，它必须能准确的描述所要管理的数
据对象及其之间的联系。然后，再将它等价的转换成DBMS支持的DB结构模型。概念模型设计质量会影响数据库结构质量，所以本题答案为“B”。
5．数据库类型的划分，其依据是（）。
A．记录形式B．文件类型C．数据模型D．数据的存取方法
【解析】数据库结构是依据数据模型组织起来，数据模型不同则数据库的类型就不同，所以本题答案为“C”。
6．数据库系统由（）组成。
A．DB，相应的硬件、软件系统和各类相关人员B．DB，DBMS，各类相关人员
C．计算机硬件、软件系统，相关人员和DBMS D．数据库、软件及相关人员
【解析】数据库系统由数据库、相应的硬件、软件系统和各类相关人员组成，所以本题答案为“A”。7．数据库三种基本类型是（）。
A．网状、层次和分布式B．关系、层次和分布式
C．网状、关系和面向对象D．层次、网状和关系
【解析】数据库三种基本类型由三种基本数据模型组成，即网状、层次和关系模型组成，所以本题答案为“D”。
8．数据库三级模式：外模式、概念模式和内模式分别由对应的（）三种模型定义而成。
A．外模型、内模型和逻辑模型B．外模型、概念模型和逻辑模型
C．外模型、概念模型和内模型D．子模型、物理模型和内模型
【解析】数据库三级模式：外模式、概念模式和内模式分别由对应的外模型、概念模型和内模型，通过相应的DDL语言定义而成。所以本题答案为“C”。
9．在数据库中，下列说法（）是正确的。
A．文件中存在大量的数据冗余，数据库中彻底消灭了数据冗余
B．DBMS是数据库一切功能的具体体现，所以数据库中的数据可由DBMS直接存取
C．文件系统的存取功能是由DBMS直接控制和管理的，因此DBMS可以直接存取数据库中的数据D．
数据库中的数据由操作系统的文件系统进行存取。
【解析】存储在磁盘中的数据库中的数据，其位置由DBMS获得，但它只能由操作系统中的文件系统进行存取，所以本题答案为“D”。
10．数据库操纵语言中的基本操纵功能中不包括（）。
A．删除DB中的数据B．插入数据到DB中
C．描述DB的访问控制D．对DB中数据排序
【解析】在数据库操纵语言中，提供对DB操作的基本语句包括：插入、删除、修改和查询，不包括排序，所以本题答案为“D”。
11．在数据库中存储的是（）。
A．数据B．信息C．数据及数据之间的联系D．数据模型
【解析】在数据库中，存储的是数据及数据之间的联系，所以本题答案为“C”。
二、填空题
１．数据库技术是在___________基础上发展起来的数据库管理技术。
【解析】数据库技术是在克服了文件系统管理数据的弊端的基础上发展起来的。所以本题的答案为“文

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