14数据库设计基础.docx

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14数据库设计基础

数据库设计基础

数据库是当前软件处理的信息核心，目前大部分软件都是基于数据库的，因此学习一下数据库知识对程序开发也是很有帮助的。

本章主要的考核点是关系模型、关系代数及数据库系统的基本概念，其余的知识点了解即可，其中数据库的设计和管理可以结合着软件工程来看，考生会发现这两者有很多相似之处。

除了关系代数会考一些简单的计算问题外，其余的都是以概念题的形式考核，考生需要仔细的阅读。

一、考试必备知识

1．数据库系统的基本概念

1）数据、数据库、数据库管理系统

1数据（Data）：

数据实际上就是描述事务的符号纪录。

数据分为临时性数据和永久性数据。

2数据库（DB）：

数据库是数据的集合，它具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可以被各个应用程序所共享。

3数据库管理系统（DBMS）：

数据库管理系统是数据库的机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。

数据库管理系统是数据库系统的核心。

数据库管理系统具有以下功能：

a.数据模式定义b.数据存取的物理构件c.数据操纵d.数据的完整性、安全性定义与检查e.数据库的并发控制与故障恢复f.数据的服务。

数据库管理系统提供数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）和数据控制语言（DCL）三种数据语言以及交互式命令语言和宿主型语言两种数据语言形式。

4数据库管理员（DBA）：

主要工作：

数据库设计、数据库维护和改善系统性能，提高系统效率。

5数据库系统（DBS）：

有数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、系统平台之一（硬件平台）和系统平台之二（软件平台）组成。

6数据库应用系统（DBAS）：

数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件及应用界面这三者所组成。

2）数据库系统的发展

数据库系统的发展经历了一下阶段：

1晚间系统阶段：

文件系统是数据库系统发展的初级阶段，它提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的管理和数据共享能力。

2层次数据库与网状数据库系统阶段：

层次数据库和网状数据库为统一管理与共享数据提供了有利支撑，但是这两种数据库系统受文件的物理影响较大，对数据库使用带来了不便。

3关系数据库系统阶段：

关系数据库系统结构简单，使用方便，逻辑性强物理性少。

3）数据库系统的基本特点

1数据的集成性：

数据库的集成性主要表现在如下几个方面：

1）在数据库系统中采用统一的数据结构方式2）数据库系统中按照多个应用的需要组织全局的统一数据结构（数据模式），数据模型不仅可以建立全局的数据结构，还可以建立数据间的语义联系从而构成一个内在紧密联系的数据整体3）数据库系统中的数据模式是多个应用共同的、全局的数据结构，而每一个应用的数据则是全局结构中的一部分，称为局部结构（即视图），这种全局与局部的结构模式构成了数据库系统数据集成性的主要特征。

2数据的高共享性与低冗余性：

由于数据的集成性使得数据可以为多个应用所共享，数据共享自身又可以极大的减少数据冗余性，不仅减少了不必要的存储空间，更为重要的是可以避免数据的不一致性。

3数据独立性：

数据独立性是指数据与程序的互不依赖性。

它包括数据的物理独立性和逻辑独立性。

物理独立性是数据的物理结构（包括存储结构、存取方式等）的改变，不影响数据库的逻辑机构。

数据的逻辑独立性是指书库总体逻辑结构的改变，不需要相应修改应用程序。

4数据统一管理与控制：

数据库系统不仅为数据提供改读集成环境，同时还为数据提供统一的管理手段。

主要包括数据的完整性检查、数据的安全性保护和数据库的并发控制。

4）数据库系统的内部结构体系

1数据库系统的三级模式：

数据库系统提供概念模式、外模式和内模式三级数据模式。

其中概念模式是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户（应用）的公共数据视图。

外模式也称为子模式或用户模式，它是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式，他由概念模式推倒而出。

内模式又称为物理模式，他给出数据库物理存储结构与物理存取方法。

2数据库的两级映射：

数据库的两级映射是指概念模式到内模式的映射和外模式到概念模式的映射。

概念模式到内模式的映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系。

外模式到概念模式的映射给出了外模式与概念模式间的对应关系。

2．数据模型

1）数据模型的基本概念

数据模型是数据特征的抽象，它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表示与操作提供了一个抽象的框架。

数据模型所描述的内容有三个部分：

数据结构、数据操作和数据约束。

数据模型按不同的应用层次分为：

概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三种。

概念数据模型建成概念模型，是一种面向客观世界、面向用户的模型。

目前较为有名的概念模型是E-R模型。

逻辑数据模型又称数据模型，是一种面向数据库系统的模型。

物理数据模型又称为物理模型，是一种面向计算机物理表示的模型。

2）E-R模型

1E-R模型的基本概念：

实体、属性、联系

实体是概念世界中的基本单位、是客观存在的且又能相互区别的事务。

属性是实体具有的特征。

联系是实体之间的关联。

属性既可以依附实体，也可以依附联系。

实体与实体之间的联系有一对一（1:

1）、一对多（1:

m）和多对多（m:

n）三种。

2E-R模型三个基本概念之间的联接关系

实体集（联系）与属性间的联接关系：

实体以及它的所有属性构成了实体的一个完整描述。

实体和隶属与它的属性之间可以建立这么一层联接关系。

实体有型和值之别，一个实体的所有属性构成了这个实体的型，实体中属性值的集合（即元组）则构成了这个实体的值。

相同型的实体构成实体集。

实体（集）与联系间的联接关系：

实体集间可以通过联系建立联接关系。

3E-R模型的图示法

E-R模型中用矩形表示实体集，用椭圆表示属性，用菱形表示联系，用无向线段表示实体集（联系）与属性、实体集与联系间的联接关系。

3）数据发展过程中产生过三种基本的数据模型，它们是层次模型、网状模型和关系模型。

其中层次模型的基本结构是树形结构。

网状模型的基本结构是一个不加任何限制条件的无向图。

关系模型的基本结构是一张二维表。

由于关系模型在现实中应用范围最广，要求考生重点掌握。

4）关系模型

1关系的数据结构

关系模型采用二维表来表示。

二维表由表框架和表的元组组成。

表框架由多个命名的表属性组成。

每个属性有一个取职范围称为值域。

二维表中的每一行数据称为元组。

表示关系模型的二维表满足以下一些性质：

元组个数有限性

元组的唯一性：

表中不允许出现相同的行

元组的次序无关性

元组分量的原子性：

属性不可再细分

属性名唯一性

属性的次序无关性

分量值域的同一性

满足以上7个性质的二维表称为关系，以二维表为基本结构建立的模型称为关系模型。

键（或码）：

在二维表中能唯一标识元组的最小属性集。

候选键（或候选码）：

一个二维表中所有的键（或码）。

主键（或主码）：

从二维表的所有候选键中选取一个作为用户使用的键。

主键简称键。

外键（或外码）：

表A的某属性集是表B的键，则称该属性集为A的外键。

2关系操纵

关系模型的数据操纵是建立在关系上的数据操纵，一般有数据查询（基本单位是元组分量）、数据删除（基本单位是元组）、数据插入（基本单位是元组）和数据修改（基本单位是元组分量）四种操作。

3关系中的数据约束

关系模型中提供实体完整性约束、参照完整性约束和用户完整性约束三种数据约束。

它们的具体内容如下：

a.实体完整性约束：

该约束要求关系的主键中属性值不能为空；b.参照完整性约束：

该约束要求关系中的外键要么是所关联关系中实际存在的元组，要么为空值。

c.用户完整性约束：

这是针对具体数据环境与应用环境由用户具体设置的约束。

3．关系代数

1）关系模型的基本操作

关系模型提供的基本操作有：

关系的属性指定、关系的元组选择、两个关系的合并、一个或多个关系的查询、关系中元组的插入、关系中元组的删除。

2）关系模型的基本运算

1插入：

设有关系R需插入若干元组，要插入的元组组成关系R’，则插入可用集合并运算表示为：

R∪R’。

2删除：

设有关系R需删除一些元组，要删除的元组组成关系R’，则删除可用集合差运算表示为：

R-R’.

3修改：

设有关系R，需修改的元组构成关系R’，修改后的元组构成关系R’’，则修改可用集合运算表示为：

（R-R’）∪R’’。

4查询：

由于查询的三个操作无法用传统的集合运算表示，需要引入一些新的运算，如投影、选择和笛卡儿积。

投影：

投影是一个一元运算（操作对象是一个二维表），设R有n个域：

A1,A2,A3,…..,An，则在R上对域Ai1,Ai2,Ai3,….,Aim（Aij∈{A1,A2,…,An}）的投影可表示为：

πAi1,Ai2,…,Aim（R）

选择：

投影是一个一元运算，设关系的逻辑条件为F，则R满足F的选择运算可表示为：

σF（R）。

F=αθβ，θ可以是<，>，≤，≥，=，≠。

笛卡儿积：

设有n元关系R和m元关系S，他们分别有p、q个元组，则关系R和关系S的笛卡儿积表示为R×S，该关系是一个n+m元关系，元组个数是p×q。

3）关系代数中的扩充运算

1交运算：

关系R与关系S经交运算后所得到的关系是由那些既在R内又在S内的有序组所组成，记为R∩S。

R∩S=R-（R-S）。

2除运算：

当关系T=R×S，则T÷R=S或T/R=S.

3连接：

设有关系R、S以及比较式iθj，其中i为R中的域，j为S中的域，则可以将R、S在域i，j上的θ连接表示为：

4自然连接：

设有关系R、S，R有域A1,A2,….,An，S有域B1,B2,….,Bm，并且Ai1,Ai2,…,Aij与B1,B2,…,Bj分别为相同域，此时它们的自然连接表示为：

R|×|S。

4．数据库设计与管理

1）数据库设计概述

数据库设计的基本任务是根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境设计出数据模式。

在数据库设计中有两种方法：

一种是以信息需求为主，兼顾处理需求的面向数据的方法；另一种是以处理需求为主，兼顾信息需求的面向过程的方法。

数据库设计目前一般采用生命周期法，将数据库应用系统的开发分解为需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段和进一步修改阶段来完成。

2）数据库设计的需求分析

需求分析阶段的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。

需求分析调查的是用户对数据库的如下要求：

a.信息要求：

指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质；b.处理要求：

指用户要完成什么处理功能，对处理的响应时间有何要求，处理的方式是批处理还是联机处理；c.安全性和完整性的要求。

3）数据库概念设计

1数据库概念设计概述：

数据库概念设计的方法有以下两种：

a.集中式模式设计法：

集中式模式设计法是一种统一的模式设计方法，他根据需求由一个统一机构或人员设计一个综合的全局模式；b.视图集成设计法：

这种方法是将一个单位分解成若干个部分，先对每个部分作局部模式设计，建立各个部分的视图，然后以各个视图为基础进行集成。

2数据库概念设计的过程

数据库概念设计的过程分为以下三个步骤：

第1步：

选择局部应用；

第2步：

视图设计：

一般有三种设计顺序：

自顶向下（从一般到具体）、自底向上（从具体到一般）、由内向外（从最基本和最明显的对象扩充到非一般、不明显的其他对象）；

第3步：

视图集成：

将所有的局部视图统一与合并成一个完整的数据模式。

4）数据库的逻辑设计

1从E-R图向关系模式转换

由E-R图转换成关系模式时会遇到的一些转换问题：

命名与属性域的处理、非原子属性处理、联系的转换。

2逻辑模式规范化及调整、实现

3关系视图设计

关系视图能提供数据逻辑独立性，适应用户对数据的不同需求并且具有一定的数据保密功能。

5）数据库的物理设计

在现代关系数据库中大量屏蔽了内部物理结构，因此留给用户参与的物理设计只有索引设计、集簇设计和分区设计。

6）数据库管理

1数据库的建立：

包括两部分的内容：

数据模式的建立和数据加载。

2数据库的调整：

在数据库建立并经一段时间运行后往往会产生一些不适应的情况，此时需要对其做出调整。

3数据库的重组：

数据库在经过一定的时间运行后，其性能会逐步下降，下降的原因主要是由于不断的修改、删除和插入所造成的，这时需要对数据库进行重新整理，重新调整存储空间，这种工作叫数据库的重组。

4数据库安全性控制与完整性控制：

数据库安全性控制和完整性控制的目的是保证数据库数据的正确性、一致性，不被没有授权的用户访问和修改。

5数据库的故障校复：

一旦数据库中的数据遭到破坏，需要及时进行恢复。

6数据库监控：

DBA需随时观察数据库的动态变化，并在发生错误、故障或产生不适应情况时随时采取措施；同时还需要监视数据库的性能变化，在必要时对数据库进行调整。

二、历届最新考题汇编：

选择题：

1）据独立性是数据库技术的重要特点之一。

所谓数据独立性是指：

a.数据与程序独立存放

b.不同的数据被存放在不同的文件中

c.不同的数据只能被对应的应用程序所使用

d.以上三种说法都不对

2）用树型结构表示实体之间联系的模型是

a.关系模型

b.网状模型

c.层次模型

d.以上三个都是

3）数据库系统的核心是

a.数据库

b.数据库管理系统

c.数据库管理人员

d.数据库应用系统

4）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。

其中数据独立性最高的阶段是：

a.数据库系统

b.文件系统

c.人工管理

d.数据项管理

5）下述关于数据库系统的叙述正确的是：

a.数据库系统减少了数据冗余

b.数据库系统避免了一切数据冗余

c.数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致

d.数据库系统比文件系统能管理更多的数据

6）数据库系统中修改数据模式、增加新的数据类型、改变数据间的联系等，不需要相应修改应用程序的这一特点是：

a.数据的物理独立性

b.数据的逻辑独立性

c.数据的一致性

d.数据的高共享性和低冗余性

7）数据库的三级模式中不涉及具体的硬件环境与平台，也与具体的软件环境无关的模式是

a.概念模式

b.外模式

c.内模式

d.子模式

8）给出数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系的映射是

a.概念模式到内模式的映射

b.外模式到概念模式的映射

c.概念模式到外模式的映射

d.外模式到内模式的映射

9）用户数据库是建立在下面哪个模式的框架上

a.内模式

b.外模式

c.概念模式

d.物理模式

10）通过抽象对现实进行数据库级上的刻画所构成的逻辑模型是

a.现实世界

b.信息世界

c.计算机世界

d.数据世界

11）下面关于实体集联系中涉及的实体的个数的叙述正确的是：

a.联系只是指两个实体集之间的联系

b.联系是指两个以上实体集之间的联系

c.联系是一个实体集内部的联系

d.联系是单个集内部或多个实体之间的联系

12）下列关于E-R模型的图示法的叙述正确的是

a.实体用椭圆表示

b.菱形表示属性

c.属性只能依附于实体，不能依附于联系

d.实体集之间可以有多种联系

13）下列哪种模型是一个不加任何限制的无向图

a.层次模型

b.网状模型

c.关系模型

d.对象模型

14）下面关于关系模型中的二维表的性质的描述正确的是

a.二维表中元组的个数可以是无限的

b.二位表中元组的次序可以交换，但属性列之间的次序是不可以交换的

c.二位表中各个元组都不相同

d.二位表中元组的分量可以再分割成更基本的数据项

15）不允许关系引用不存在的元组的约束是

a.实体完整性约束

b.参照完整性约束

c.用户定义的完整性约束

d.存在完整性约束

16）按条件f对关系R进行选择，其关系代数表达式是

a.R|×|R

b.σf（R）

c.πf（R）

d.R/f

17）数据库设计包括两个方面的设计内容，它们是

a.概念设计和逻辑设计

b.模式设计和内模式设计

c.内模式设计和物理设计

d.结构特性设计和行为特性设计

18）统中稳定性高，数据已成为系统的核心，因此数据库设计中的主流方法是

a.面向过程的设计方法

b.面向数据的设计方法

c.面向应用的设计方法

d.面向对象的设计方法

19）数据库概念设计中根据需求由一个统一机构或人员设计一个综合的全局模式的方法是

a.集中式模式设计法

b.视图集成设计法

c.数据集成设计法

d.过程集成设计法

20）数据库概念设计过程分三个步骤进行：

首先选择局部应用，在进行局部视图设计，最后进行

a.数据集成

b.视图集成

c.过程集成

d.视图分解

21）关系视图为每个用户划定了访问数据的范围，从而使专属于一个用户的试图对其他用户而言是不可访问的，这说明了关系视图

a.能提供数据的逻辑独立性

b.能适应用户对数据的不同需求

c.有一定的保密功能

d.能提供数据的物理独立性

22）为提高数据库的运行性能和速度而对数据库实施的管理活动有

a.数据库的建立和加载

b.数据库的调整和重组

c.数据库安全性控制和完整性控制

d.数据库的故障恢复

填空题：

1）在关系数据库中，把数据表示成二维表，每一个二维表称为（）。

2）（）是具有统一结构形式并存放于统一的存储介质内的数据的集合，它是多种应用数据的集成，并可以被各个应用程序所共享。

3）（）是数据库的机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。

4）数据库的基本特点是数据的集成性、数据的高共享性与低冗余性、（）和数据统一管理与控制。

5）三级模式中反映用户对数据的要求的模式是（）。

6）（）是数据特征的抽象，它从抽象层次上描述系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表示与操作提供一个抽象的框架。

7）数据模型按不同的应用层次分成三种类型：

概念数据模型、逻辑数据模型和（）。

8）E-R模型由实体、（）和属性三个基本概念组成。

9）在二维表中能唯一表示元组的最小属性集称为该表的（）。

10）在关系模型中，把数据看成一张二维表，每一个二维表称为一个（）。

11）要求关系的主键中属性不能为空的约束是（）。

12）数据库设计中有两种方法一种是（），另一种方法是面向过程的方法。

13）在数据库的需求分析阶段需要通过调查获得用户对数据库的信息要求、处理要求和（）要求。

14）将所有的局部视图统一与合并成一个完整的数据模式的过程是（）。

15）建立在关系视图上的应用程序不会随逻辑模式修改而产生变化的这一特性是关系视图为数据提供的（）。

三、全真试题训练

选择题：

1）负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制以及保护和数据服务的一种系统软件是

a.数据库

b.数据库系统

c.数据库管理系统

d.数据库应用系统

2）能提供数据安全性、完整性、并发性控制和恢复等数据控制能力的数据管理阶段是

a.人工管理

b.文件系统

c.数据库系统

d.操作系统

3）下面哪一项不是对数据库系统的特点的描述

a.数据的集成性

b.数据的共享性和低冗余性

c.数据的分散管理与控制

d.数据的独立性

4）由三级模式为框架形成的三中数据库中，真实存在于计算机外存的数据库是

a.概念数据库

b.用户数据库

c.物理数据库

d.逻辑数据库

5）两级映射模式保证了数据库系统中数据的

a.完整性

b.独立性

c.结构化

d.可靠性

6）以内模式为框架所组成的数据库叫做

a.概念数据库

b.用户数据库

c.物理数据库

d.逻辑数据库

7）下面哪一项不是数据模型所描述的内容

a.数据结构

b.数据操作

c.数据类型

d.数据约束

8）层次模型属于

a.概念数据模型

b.逻辑数据模型

c.物理数据模型

d.用户数据模型

9）宿舍和学生间的联系是一个

a.一对一的联系

b.一对多的联系

c.多对一的联系

d.多对多的联系

10）下列关于E-R模型的图示法的叙述正确的是

a.多元关系在E-R模型的图示法中无法表示

b.实体集内部之间的联系无法用E-R模型的图示法表是

c.椭圆既可以与方框相连也可以与菱形相连

d.在图示法中还可以表示实体和属性的类型

11）下列关于层次模型的叙述正确的是

a.层次模型的基本结构是网状结构

b.在层次模型中每一个节点都有一个双亲结点

c.在层次模型中插入和删除操作简单，没有任何限制

d.层次模型的数据结构比较简单，操作简单

12）关系表中的每一横行称为一个

a.字段

b.元组

c.属性

d.码

13）在关系模型中，对一个关系的删除操作基本单位是

a.元组

b.元组分量

c.元组属性

d.属性列

14）若关系R需要删除一些元组，要删除的元组组成关系R’，则删除可用下面式子表示

a.R-R’

b.R|×|R’

c.R/R’

d.R∩R’

15）关系数据库管理系统能实现的专门关系运算包括

a.排序、索引、统计

b.选择、投影、连接

c.关联、更新、排序

d.显示、打印、制表

16）数据库设计的基本任务是根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境设计出

a.数据模式

b.过程模式

c.数据类型

d.数据结构

17）数据库概念设计中将一个单位分解成若干个部分，先对每一个部分做局部模式设计，建立各个部分的视图，然后以此为基础进行集成的方法是

a.集中式模式设计法

b.数据集成设计法

c.过程集成设计法

d.视图集成设计法

18）将E-R图转换到关系模式时，实体与联系都可以表示成

a.属性

b.关系

c.键

d.域

19）统一概念在一处为实体而在另一处为属性或联系的冲突在视图集成中叫

a.命名冲突

b.概念冲突

c.域冲突

d.约束冲突

20）数据库物理设计的主要目标是

a.将E-R图转换成指定RDBMS中的关系模式

b.对数据库内部物理结构做调整并选择合理的存取路径，以提高数据库的访问速度和有限利用存储空间

c.分析数据间的内在语义关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型

d.为数据库的存储分配磁盘空间，组织数据库文件的存储结构

21）当数据库中的数据遭受破坏后要实施的数据库管理是

a.数据库的备份

b.数据库的恢复

c.数据库的监控

d.数据库的加载

填空题：

1）数据库系统由数据库、数据库管理系统、（）、硬件平台、软件平台五部分组成。

2）（）实际上就是描述事物的符号纪录。

3）数据库的发展过程经历过文件系统阶段、层次和网状数据库系统阶段和（）阶段。

4）（）是指数据的物理结构的改变不影响数据库的逻辑结构，从而不引起应用程序的变化的特性。

5）数据库系统的三级模式是外模式、内模式和（）。

6）两级映射模式保证了数据库系统中数据的（）性。

7）现实世界的要求