數據庫系統原理練習題1-me (1).

2023年12月13日發(作者：幼兒園國慶節活動方案)

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習題一

1.1 名詞解釋

1．DB： 數據庫（Databa，簡記為DB）

DB是長期存儲在計算機內，有組織的，統一管理的相關數據的集合。DB能為各種用戶共享，具有較小的冗余度、數據間聯系緊密而又有較高的數據獨立性等特點。

2．DBMS：數據庫管理系統（Databa Management System，簡記為DBMS）

DBMS是位于用戶和操作系統之間的一層數據管理軟件，它為用戶或應用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數據控制。

3．DBS：數據庫系統（Databa System，簡記為DBS）

DBS是實現有組織地、動態地存儲大量關系數據、方便多用戶訪問的計算機硬件、軟件和數據資源組成的系統，即它是采用數據庫技術的計算機系統。

4．聯系的元數

與一個聯系有關的實體集個數，稱為聯系的元數。

5．1:1聯系

如果實體集E1中每個實體至多和實體集E2中的一個實體有聯系，反之亦然，那么實體集E1和實體集E2的聯系稱為“一對一聯系”，記作“1:1”。

6．1:N聯系

如果實體集E1中每個實體可以與實體集E2中任意個（零個或多個）實體間有聯系，而E2中每個實體至多和E1中的一個實體有聯系，那么稱E1對E2的聯系稱為“一對多聯系”，記為“1:N”。

7．M:N聯系

如果實體集E1中每個實體可以與實體集E2中任意個（零個或多個）實體間有聯系，反之亦然，那么稱E1對E2的聯系稱為“多對多聯系”，記為“M:N”。

8．數據模型

能表示實體類型及實體間聯系的模型稱為“數據模型”。

9．概念模型

獨立于計算機系統、完全不涉及信息在計算機中的表示、反映企業組織所關心的信息結構的數據模型。

10．邏輯模型

與DBMS有關的，直接面向DB的邏輯結構、從計算機觀點對數據建模的數據模型。

11．層次模型（hierarchical model）

用樹型（層次）結構表示實體類型及實體間聯系的數據模型稱為層次模型。

12．網狀模型（Network Model）

用有向圖結構表示實體類型及實體間聯系的數據模型稱為網狀模型。

13．關系模型（Relational Model）

用二維表格表達實體集的數據模型。

14．外部模型

表達用戶使用觀點的DB局部邏輯結構的模型，稱為“外部模型”。

15．內部模型

表達DB物理結構的模型，稱為“內部模型”。

16．外模式

是用戶與數據庫系統的接口，是用戶用到的那部分數據的描述。外模式由若干個外部記錄類型組成。 17．邏輯模式

是數據庫中全部數據的整體邏輯結構的描述。它由若干個邏輯記錄類型組成，還包括記錄之間的類型、數據的完整性和安全性等要求。

18．內模式

是數據庫在物理存儲方面的描述，定義所有內部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數據控制方面的細節。

19．外模式/邏輯模式映像

用于定義外模式和概念模式之間數據結構的對應性。

20．邏輯模式/內模式映像

用于定義概念模式和內模式之間數據結構的對應性。

21．數據獨立性（Data Independence）

應用程序和DB的數據結構之間相互獨立，不受影響。 數據獨立性分成物理數據獨立性和邏輯數據獨立性兩個級別。

22．物理獨立性

在DB的物理結構改變時，盡量不影響應用程序。

23．邏輯獨立性

在DB的邏輯結構改變時，盡量不影響應用程序。

24．主語言

編寫應用程序的語言（如C一類高級程序設計語言），稱為主語言。

25．DDL 數據庫的定義功能

定義DB三級結構的語言，稱為DDL。

26．DML 數據庫的操縱功能

對DB進行查詢和更新操作的語言，稱為DML。

按照語言的級別，DML又可分成過程性DML和非過程性DML兩種。

27．過程性語言和非過程性語言

過程性DML是指用戶編程時，不僅需要指出“做什么”（需要什么樣的數據），還需要指出“怎么做”（怎樣獲得這些數據）。

非過程性DML是指用戶編程時，只需要指出“做什么”（需要什么樣的數據），不需要指出“怎么做”（怎樣獲得這些數據）。

層次、網狀的DML都屬于過程性的語言，而關系型DML屬于非過程性語言。非過程性語言易學，操作方便，深受廣大用戶歡迎。但非過程性語言增加了系統的開鎖，一般系統會采用查詢優化的技術來彌補。

通常查詢語言是指DML中的檢索語句部分。

28．DD(數據字典)

存放三級結構定義的數據庫稱為數據字典（Data Dictionary，DD）。

29．DD系統

管理DD的軟件系統，稱為“DD系統”。

1.2 人工管理階段的數據管理有那些特點？

答：

1) 數據不保存在計算機內；

2) 沒有專用的軟件對數據進行管理；

3) 只有程序的概念，沒有文件的概念；

4) 數據面向程序。 1.3 文件管理階段的數據管理有那些特點？

答：

1) 數據以“文件”形式長期保存；

2) 數據的邏輯結構與物理結構有了區別；

3) 文件組織已多樣化；

4) 數據面向應用；

5) 對數據的操作以記錄為單位。

1.4 文件管理階段的數據管理有什么缺陷？試舉例說明。

答：

主要有三個缺陷：

1) 數據冗余；

2) 數據不一致性；

3) 數據聯系弱。

例如學校里教務處、財務處、保健處建立的文件中都有學生詳細資料，譬如聯系電話，家庭住址等。這就是“數據”冗余；如果某個學生搬家，就要修改三個部門文件中的數據，否則會引起同一數據在三個部門中不一致；產生上述問題的原因是這三個部門的文件中數據沒有聯系。

1.5 數據管理的數據庫階段產生的標志是哪三件事情？

答：

1) 1968年IBM公司研制的IMS系統是一個典型的層次DBS；

2) 1969年美國CODASYL組織DBTG報告，提出網狀DBS的概念；

3) 1970年美國IBM公司的發表論文，提出關系模型的思想。

1.6 數據庫階段的數據管理有那些特色

答：

1) 采用數據模型表示復雜的數據結構；

2) 有較高的數據獨立性；

3) 為用戶提供了方便的用戶接口；

4) 提供了四個方面的數據控制功能；

5) 對數據的操作以數據項為單位，增加了系統的靈活性。

1.7 高級數據庫階段有那些技術？

答：

1) 高級數據庫階段的主要標志是20世紀80年代的分布式數據庫系統；

2) 90年代的對象數據庫系統。

3) 以及21世紀的Web數據庫系統。

1.8 邏輯記錄與物理記錄，邏輯文件與物理文件有些什么聯系和區別？

答：

邏輯數據是用戶用以操作的數據形式，是抽象的概念化數據。物理數據是實際存放在存儲設備上的數據。 邏輯數據與物理數據在結構上可以差別很大，需通過兩級映象來進行數據傳輸和格式轉換。

從以上的解釋可以看出，邏輯記錄和邏輯文件是用戶在程序中使用的記錄和文件，而物理記錄和物理文件是指磁盤上的記錄和文件。邏輯記錄、文件與物理記錄、文件在結構、組成上有很大的差異，而數據管理軟件就是通過三級結構兩級映象來實現邏輯數據與物理數據之間的轉換。

1.9 數據抽象的過程，有那幾個步驟？

數據抽象的過程，也就是數據庫設計的過程，具體步驟如下：

第一步：根據用戶需求，設計數據庫的概念模型，這是一個“綜合”的過程。

第二步：根據轉換規則，把概念模型轉換成數據庫的邏輯模型，這是一個“轉換”的過程。

第三步：根據用戶的業務特點，設計不同的外部模型，給程序員使用。也就是應用程序使用的數據庫外部模型。外部模型與邏輯模型之間的對應性稱為映像。

第四步：數據庫實現時，要根據邏輯模型設計其內部模型。內部模型與邏輯模型之間的對應關系稱為映像。

一般，上述第一步稱為DB的概念設計，第二步、第三步稱為DB的邏輯設計，第四步稱為DB的物理設計。

1.10 概念模型、邏輯模型、外部模型和內部模型各具有那些特點？

概念模型的抽象級別最高。其特點如下所述。

（1）概念模型表達了數據的整體邏輯結構，它是系統用戶對整個應用項目涉及的數據的全面描述。

（2）概念模型是從用戶需求的觀點出發，對數據建模。

（3）概念模型獨立于硬件和軟件。硬件獨立意味著概念模型不依賴于硬件設備，軟件獨立意味著該模型不依賴于現實的DBMS軟件。因此硬件或軟件的變化都不會影響DB概念模型的設計。

（4）概念模型是數據庫設計人員與用戶之間進行交流的工具。

現在采用的概念模型主要是實體聯系（ER）模型。ER模型主要用ER圖來表示。

邏輯模型具有以下特點：

（1）邏輯模型表達了DB的整體邏輯結構，但它是設計人員對整個應用項目數據庫的全面描述。

（2）邏輯模型是從數據庫實現的觀點出發，對數據建模。

（3）邏輯模型獨立于硬件，但依賴于軟件（DBMS）。

（4）邏輯模型是數據庫設計人員與應用程序員之間進行交流的工具。

邏輯模型主要有層次、網狀和關系模型三種。

外部模型具有如下的特點：

（1）外部模型是邏輯模型的一個邏輯子集。

（2）外部模型獨立于硬件，依賴于軟件。

（3）外部模型反映了用戶使用數據庫的觀點。

內部模型具有如下的特點： 內部模型又稱物理模型，是數據庫最低層的抽象，它描述數據在磁盤或磁帶上存儲方式（文件的結構）、存取設備（外存的空間分配）和存取方法（主索引和輔助索引）。內部模型是與硬件和軟件緊密相連的，因此，從事這個級別的設計人員必須具備全部的軟、硬件知識。在層次、網狀模型設計時，要精心設計內部模型，以提高系統的效率。但隨著計算機軟、硬件性能的大幅度提高，并且目前占絕對優勢的關系模型是以邏輯級為目的，因而可以不必考慮內部級的設計細節，由系統自動實現。這也是關系數據庫能取代層次、網狀系統并能得到廣泛應用的重要原因之一。

1.11 試敘述層次、網狀和關系三種邏輯數據模型的區別。

層次模型（hierarchical model）

用樹形（層次）結構表示實體類型及實體間聯系的數據模型稱為層次模型。數據的節點是記錄類型，每個非根節點有且只有一個父節點。上一層記錄類型和下一層數據類型之間的聯系是1:N聯系。

層次結構的特點是記錄之間的聯系通過指針來實現的，查詢效率較高。與文件系統的數據管理方式相比，層次模型是一個飛躍，用戶和設計者面對的是邏輯數據而不是物理數據，用戶不必花大量的精力考慮數據的物理細節。邏輯數據與物理數據之間的轉換由DBMS完成。

但層次模型有兩個缺點：一是只能表示1:N的聯系，雖然系統有多種輔助手段實現M:N聯系但較復雜，用戶不易掌握；二是由于層次順序的嚴格和復雜，引起數據的查詢和更新操作很復雜，因此應用程序的編寫也比較復雜。

網狀模型（Network Model）

用有向圖結構實體類型及實體之間的聯系的數據模型稱為網狀模型。1969年CODASYL組織推出DBTG報告中的數據模型是網狀模型的主要代表。

有向圖中的節點是記錄類型，箭頭表示從箭尾的記錄類型到箭頭的記錄類型間聯系是1:N聯系。

網狀模型的特點是記錄之間的聯系通過指針實現，M:N聯系也容易實現（一個M:N聯系可拆成1:N聯系），查詢效率較高。

與文件系統的數據管理相比，層次模型和網狀模型是一個飛躍，但致命的缺點是數據結構復雜和編程復雜。因此20世紀80年代中期起其市場已被關系系統的產品所代替。

關系模型

關系模型（Relational Model）的主要特征是用二維表格表達實體集。與前兩種模型相比，數據結構簡單，容易為初學者理解。關系模型是由若干個關系模式（Relational Schema）組成的集合。關系模式相當于前面提到的記錄類型，它的實例稱為關系（Relation），每一個關系實際上是一張二維表格（Table）。

關系模型和層次模型、網狀模型最大的差別是用關鍵碼而不是用指針導航數據，其表格簡單，用戶易懂，用戶只需用簡單的查詢語句就可以對數據庫進行操作，并不涉及存儲結構、訪問技術等細節。關系模型是數字化的模型。由于把表格看成一個集合，因此集合論數理邏輯等知識課引入到關系模型中來。

表1.3 三種邏輯數據模型的比較

創始

層次模型

1968年IBM公司的

IMSxt

復雜

（樹結構）

通過指針

過程性語言

IMS

20世紀70年代

網狀模型 關系模型

1969年CODASYL的 1970年提

DBTG報告（1971年 出關系模型

通過）

復雜

（有向圖結構）

通過指針

過程性語言

簡單

（二維表）

通過表間的公共屬性

非過程性語言

數據結構

數據聯系

查詢語言

典型產品

盛行期

IDS/II，IMAGE/3000， Oracle，Syba，IDMS，TOTAL DB2,SQL Server

20世紀70-80年代中期

20世紀80年代至現在

1.12 外部模型使數據庫系統具有哪些優點？

從整個系統考察，外部模型具有如下優點：

（1）簡化了用戶的觀念。外部模型是針對具體用戶應用需要的數據而設計的，與該用戶無關的數據就不必放入，這樣用戶就能簡便地使用數據庫。

（2）有助于數據庫安全性保護。用戶不能看的數據，不能放入外部模型，這樣就通過了系統的安全性。

（3）外部模型是對概念模型的支持。如果用戶使用外部模型得心應手，那么說明當初根據用戶需求綜合成的概念模型是正確的完善的。

1.13 數據獨立性與數據聯系這兩個概念有什么區別？

答：

數據獨立性是指應用程序和DB的數據之間相互獨立，不受影響，對系統的要求是“數據獨立性要高”，而數據聯系是指記錄之間的聯系，對系統的要求是“數據聯系密切”。

1.14 試敘述用戶、DB的三級模式結構、磁盤上的物理文件之間有些什么聯系和不同？

答：

用戶、外模式、概念模式、內模式和物理文件中的記錄分別稱為用戶記錄、外部記錄、概念記錄、內部記錄和物理記錄。

用戶記錄與外部記錄的結構是一致的，它們之間只是數據傳輸問題。

而外部記錄、概念記錄和內部記錄之間的結構可能是不一致的，除了數據傳輸問題，還

有格式轉換問題。

內部記錄與物理記錄的結構是一致的，它們之間只是數據傳輸問題。

1.15 試敘述DBMS的工作模式和主要功能。

答：

1) 接受應用程序的數據請求和處理請求；

2) 將用戶的數據請求轉換成低層指令；

3) 實現對DB的操作；

4) 從對DB的操作中接受查詢結果；

5) 對查詢結構進行處理； 6) 將處理結果返回給用戶。

DBMS的主要功能有DB的定義、操縱、保護、維護和數據字典等五個功能。

1.16 什么是DB的系統緩沖區？其作用是什么？

答：

DBMS的存儲管理器可以分成四個成分：權限與完整性管理器、事務管理器、文件管理器和緩沖區管理器。其中緩沖區管理器是為應用程序開辟DB的系統緩沖區，負責將從磁盤中讀出的數據送入內存的緩沖區。

1.17 DBS由哪幾部分組成？它有哪些系統軟件？其中DD有什么作用？

答：

DBS由DB、硬件、軟件和DBA等四個部分組成。（解釋略）

為了開發應用程序，需要各種主語言。有些屬于第三代語言（3GL）范疇，比如COBOL、PL/I等；有些是屬于面向對象程序設計語言，譬如Visual C++、Java等語言。

在DBS中，DD是存儲三級結構描述（即元數據）的DB。DBMS的所有工作都要以DD中的元數據為依據，也就是所有工作都要通過DD訪問DB。

1.18 什么是DBA？DBA應具有什么素質？DBA的職責是什么？

答：

DBA是控制數據整體結構的一組人員，負責DBS的正常運行，承擔創建、監控和維護DB結構的責任。

DBA必須具備下列4條素質：

1) 熟悉企業全部數據的性質和用途；

2) 對所有用戶的需求有充分的了解；

3) 對系統的性能非常熟悉；

4) 兼有系統分析員和運籌學專家的品質和知識。

DBA的主要職責有6點：

1) 定義模式；

2) 定義內模式；

3) 與用戶的聯絡；

4) 定義安全性規則；

5) 定義完整性規則；

6) DB的轉儲與恢復。

1.19 試對DBS的全局結構作詳細的解釋？

答：

從四個方面解釋：

1) 數據庫用戶有四類：DBA，專業用戶，應用程序員，終端用戶。

2) DBMS的查詢處理器有四個模塊：DML編譯器，嵌入型DML預編譯器，DDL編譯器，查詢運行核心程序。

3) DBMS的存儲管理器有四個模塊：授權和完整性管理器，事務管理器，文件管理器，緩沖區管理器。 4) 磁盤存儲器中有五種數據結構：數據文件，數據字典，索引文件，統計數據組織和日志。

1.20 從模塊結構觀察，DBMS有哪些部分組成？

答：

DBMS由兩大部分組成：查詢處理器和存儲管理器。（解釋略）

1.21 使用DBS的用戶有哪幾類？

答：

DBA，專業用戶，應用程序員，終端用戶。

1.22 DBMS的查詢處理器和存儲管理器分別由那幾部分組成？

答：

（略，見習題1.19）

1.23 磁盤存儲器中有哪五類主要的數據結構？

答：

（略，見習題1.19）

1.24 DBS能產生哪些效益？

答：

DBS的應用，使計算機應用深入到社會的每個角落。其效益有以下7個方面：

1) 靈活性；

2) 簡易性；

3) 面向用戶；

4) 有效的數據控制；

5) 加快應用開發速度；

6) 維護方便；

7) 標準化。

1.3 自測題

1.3.1 填空題

1) 數據管理技術的發展，與__________、__________和__________有密切的聯系。

2) 文件系統中的數據獨立性是指__________獨立性。

3) 文件系統的缺陷是：_________、_________和__________。

4) 就信息處理的方式而言，在文件系統階段，__________處于主導地位，_________只起著服從程序設計需要的作用；而在數據庫方式下，_________占據了中心位置。

5) 對現實世界進行第一層抽象的模型，稱為__________模型；對現實世界進行第二層抽象的模型，稱為__________模型。

6) 層次模型的數據結構是__________結構；網狀模型的數據結構是__________結構；關系模型的數據結構是__________結構；面向對象模型的數據結構之間可以__________。

7) 在層次、網狀模型中，用__________導航數據；而在關系模型中，用__________8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

16)

17)

18)

19)

20)

導航數據。

數據庫的三級模式結構是對__________的三個抽象級別。

DBMS為應用程序運行時開辟的DB系統緩沖區，主要用于__________和__________。

在數據庫技術中，編寫應用程序的語言仍然是C一類高級語言，這些語言被稱為__________語言。

在DB的三級模式結構中，數據按__________的描述提供給用戶，按__________的描述存儲在磁盤中，而__________提供了連接這兩級的相對穩定的中間觀點，并使得兩級中的任何一級的改變都不受另一級的牽制。

層次、網狀的DML屬于________語言，而關系型DML屬于_________語言。

DBS中存放三級結構定義的DB稱為__________。

從模塊結構考察，DBMS由兩大部分組成：__________和__________。

DBA有兩個很重要的工具：__________和__________。

DBS是________、_________、_________和_________的集合體。

DBS的全局結構體現了其__________結構。

在DBS中，DB在磁盤上的基本組織形式是_________，這樣可以充分利用OS

_________的功能。

根據計算機的系統結構，DBS可分成四種類型：_______、_______、_______和_______。

數據獨立性使得修改DB結構時盡量不影響已有的__________。

1.3.2 單項選擇題（在備選答案中選出一個正確答案）

1．在DBS中，DBMS和OS之間關系是 [

A．并發運行 B．相互調用

C．OS調用DBMS D．DBMS調用OS

2．在數據庫方式下，信息處理中占據中心位置的是 [

A．磁盤 B. 程序

C. 數據 D. 內存

3．DB的三級體系結構是對_________抽象的三個級別。 [

A. 存儲器 B. 數據

C. 程序 D. 外存

4．DB的三級模式結構中最接近外部存儲器的是 [

A. 子模式 B. 外模式

C. 概念模式 D. 內模式

5．DBS具有“數據獨立性”特點的原因是因為在DBS中 [

A. 采用磁盤作為外存 B. 采用三級模式結構

C. 使用OS來訪問數據 D. 用宿主語言編寫應用程序

6．在DBS中，“數據獨立性”和“數據聯系”這兩個概念之間聯系是 [

A．沒有必然的聯系 B．同時成立或不成立

C．前者蘊涵后者 D．后者蘊涵前者

7．數據獨立性是指 [

A．數據之間相互獨立 B．應用程序與DB的結構之間相互獨立

C．數據的邏輯結構與物理結構相互獨立 D．數據與磁盤之間相互獨立

]

]

]

]

]

]

] 8．DB中數據導航是指 [ ]

A．數據之間聯系 B．數據之間指針聯系

C．從已知數據找未知數據的過程 D．數據的組合方式

9．用戶使用DML語句對數據進行操作，實際上操作的是 [ ]

A．數據庫的記錄 B．內模式的內部記錄

C．外模式的外部記錄 D．數據庫的內部記錄值

10．對DB中數據的操作分成兩大類： [ ]

A．查詢和更新 B．檢索和修改

C．查詢和修改 D．插入和修改

1.3.3 問答題

1．試對數據管理技術三個發展階段作一詳細的比較。

2．在用戶訪問數據庫中數據的過程中，DBMS起著什么作用？

3．什么是“DB的系統緩沖區”？

4．DBS中有哪些系統軟件？

1.4 自測題答案

1.4.1 填空題答案

1．硬件 軟件 計算機應用 2．設備

3．數據冗余 數據不一致 數據聯系弱 4．程序設計 數據 數據

5．概念 結構（或邏輯） 6．樹 有向圖 二維表 嵌套和遞歸

7．指針 關鍵碼（或外鍵與主鍵） 8．數據

9．數據的傳輸 格式的轉換 10.宿主語言(或主語言，host language)

11.外模式 內模式 概念模式 12.過程性 非過程性

13.數據字典（DD） 14.查詢處理器 存儲管理器

15.一系列實用程序 DD系統 16.數據庫 硬件 軟件 DBA

17.模塊功能 18. 文件 管理外存(或文件系統)

19.集中式 C/S式 并行式 分布式 20．應用程序

1.4.2 單項選擇題答案

1．D 2．C 3．B 4．D 5．B

6．A 7．B 8．C 9．C 10.A

1.4.3 問答題答案

1) 答：數據管理技術三個發展階段的詳細比較見圖1.1。

2) 答：在用戶訪問數據的過程中，DBMS起著核心的作用，實現“數據三級結構轉換”的工作。

3) 答：在應用程序運行時，DBMS在內存為其開辟一個程序工作區，稱為“DB的系統緩沖區”。這個工作區主要用于“數據的傳輸和格式的轉換”。

4) 答：DBS應包括DBMS、OS、宿主語言和應用開發支撐軟件等四部分系統軟件。

DBMS是管理DB的軟件系統，但對硬盤的管理是由OS實現的，因此DBS中應包括DBMS和OS這兩個主要的系統軟件。

編寫應用程序仍然是用C一類高級程序設計語言，這些語言在DBS中稱為宿主語言。 為提高應用程序開發效率，需要像Dephi、PowerBuilder一類軟件開發工具（即應用開發支撐軟件）開發應用程序。這些軟件屬于4GL范疇，可使應用系統開發生產率提高20～100倍。

時 間

外存

環

境

軟件

計算機應用

數據的管理者

數據的針對者

數據的共享程度

數據獨立性

數據的結構化

人工管理階段

20世紀50年代

紙帶、卡片、磁帶

匯編語言

科學計算

用戶（程序員）

面向某一應用程序

無共享

無獨立性，

數據完全依賴于程序

無結構

文件系統階段

60年代

磁盤

3GL、OS

進入企業管理

文件系統

面向某一應用

共享性差、冗余度大

獨立性差，

有設備獨立性

記錄內有結構，

整體結構性差

圖1.1

數據庫階段

70年代

大容量磁盤

DBMS

企業管理

DBS

面向現實世界

共享性高、冗余度小

有高度的物理獨立性，

一定的邏輯獨立性

整體結構化，

用數據模型描述

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