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1、互联网数据库自学考试复习资料5.数据库管理阶段:（1）数据结构化。（2）数据共享性高、冗余度小、易扩充。（3）数据独立性高。（4）统一的数据管理和控制：数据的安全性保护、数据的完整性控制、数据库恢复和并发控制。（5）数据的最小存取单位是数据项。1. 人工管理阶段数据管理的特点：（1） 数据不保存在机器中（2） 无专用的软件对数据进行管理（3） 只有程序的概念，没有文件的概念（4） 数据面向程序2. 文件系统阶段数据管理的特点：（1） 数据可长期保存在外存的磁盘上（2） 数据的逻辑结构和物理结构有了区别（3） 文件组织已呈多样化。有索引、和散列文件（4） 数据不再属于某个特定的程序，可重复使用。

2、3. 文件系统显露出三个缺陷：（1） 数据冗余性（2） 数据不一致性（3） 数据联系弱4. 数据库阶段的管理方式具有以下特点：（1） 采用复杂的数据模型表示数据结构（2） 有较高的数据独立性（3） 数据库系统为用户提供方便的用户接口（4） 系统提供四方面的数据控制功能（5） 对数据的操作既可以以记录为单位，又可以以数据项为单位5. 数据描述三个领域之间的关系：从事物的特性到计算机中的数据表示，经历了三个领域：现实世界、信息世界、机器世界。（1） 现实世界：存在于人们头脑之外的客观世界，称为现实世界。（2） 信息世界：是现实世界在人们头脑中的反映。（3） 机器世界：信息世界的信息在机器世界中以数

3、据形式存储。信息世界中数据描述的术语有：实体、实体集、属性、实体标识符机器世界中数据描述的术语有：字段、记录、文件、关键码它们的对应关系是：在数据库中每个概念都有类型和值之区分，类型是概念的内涵，值是概念的外延6. 数数据描述的两种形式：数据描述有物理描述和逻辑描述两种形式。物理数据描述指数据在存储设备上的存储方式，物理数据是实际存放在存储设备上的数据。逻辑数据描述指程序员或用户用以操作的数据形式，是抽象的概念化数据。数据管理软件的功能之一，就是要把逻辑数据转换成物理数据，以及把物理数据转换成逻辑数据。8. 数据模型的种类：目前广泛使用的数据模型可分为两种类型：概念数据模型、结构数据模型概念数

4、据模型：是独立于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构;它是现实世界的第一层抽象，是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具;这一类中著名的模型是“实体联系模型”，简称“ER”模型。结构数据模型：是直接面向数据库的逻辑结构;它是现实世界的第二层抽象，涉及到计算机系统和数据库管理系统;这一类中的例子有层次、网状、关系、面向对象等模型。数据模型数据模型是现实世界数据特征的抽象。是数据库系统的核心和基础。 数据模型应满足三方面要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机上实现。根据模型应用目的分为：概念模型，也称信息模型，它

5、是按用户的观点对数据和信息建模。数据模型，主要包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型，它是按计算机系统的观点对数据建模。数据模型三个要素：数据结构 描述系统的静态特性数据操作 描述系统的动态特性数据的约束条件 是一组完整性规则的集合数据模型: 层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。层次模型：用树型结构表示实体间联系的数据模型层次模型有以下两个限制：只有一个结点没有双亲结点，称之为根结点；根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。层次数据模型可以直接表示一对多（包括一对一）的联系;层次模型表示多对多联系，必须首先将其分解成一对多联系。分解

6、方法有两种：冗余结点法和虚拟结点法。网状模型：用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。（1）允许一个以上的结点无双亲；（2）一个结点可以有多于一个的双亲。关系模型：是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外键表示实体间联系。关系模型要求关系必须是规X化的，即要求关系模式必须满足一定的规X条件，这些规X条件中最基本的一条就是，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，也就是说，不允许表中还有表。概念模型数据描述的三个领域：现实世界、信息世界和机器世界数据描述的两种形式：物理描述和逻辑描述。前者是指数据在存储设备上的存取方式，后者是指程序员或用户以用以操作的数

7、据形式。两个实体型之间的联系可以分为三类：一对一联系（11）；一对多联系（1n）；多对多联系（mn）E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法。实体-联系方法（E-R方法）是抽象和描述现实世界的有力工具。实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别志有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型(11，1n或mn)。9. 结构数据模型的三个组成部分：数据结构、数据操作、数据完整性约束是结构数据模型的三个组成部分。数据结构：是指对实体类型和实体间联系的表达和实现数据操作：是指对数据库的检索和更

8、新（插、删、改）两类操作的实现数据完整性约束：给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则。10. 层次模型的特点：用树型结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型。层次模型的特点是：记录之间的联系通过指针实现，查询效率较高。缺点是：（1）只能表示1:N联系（2）由于树型结构层次顺序的严格复杂，引起数据的查询和更新操作也很复杂，因此编写应用程序也很复杂。11. 网状模型的特点：用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型。网状模型的特点是：记录之间联系通过指针实现，M:N联系也容易实现，查询效率较高。缺点是：编写应用程序比较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构。12. 关系模型

9、的特点：关系模型的主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外键表示实体间联系。特点是：关系模型与层次、网状的最大差别是用关键码而不是用指针导航数据，表格简单，用户易懂，编程时不涉及存储结构、访问技术等细节。13. 数据库体系结构中的三级结构、两级映象：数据库的体系结构分为三级：内部级、概念级、外部级。外部级：最接近用户，是单个用户所能看到的数据特性。单个用户使用的数据视图的描述称为“外模式”。概念级：涉及到所有用户的数据定义，是全局的数据视图。全局数据视图的描述称为“概念模式”。内部级：最接于物理存储设备，涉及到实际数据存储的结构。物理存储数据视图的描述称为“内模式”。为实现这三个抽象级别的联系

10、和转换，DBMS在级级结构之间提供两个层次的映象：外模式/模式映象，模式/内模式映象。两级映象： 外模式/模式映象 一般在外模式中描述。 模式/内模式映象 一般在内模式中描述。两层映象保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。14. 二级数据独立性：数据独立性是指：应用程序和数据之间相互独立，不受影响。分为物理独立性和逻辑独立性。（1） 物理数据独立性：如果数据库的内模式要进行修改，即数据库的存储设备和存储方法有所变化，那么模式/内模式映象也要进行相应的修改，使概念模式尽可能保持不变。也就是对内模式的修改尽量不影响概念模式。（2） 逻辑数据独立性：如果数据库的概念模式要进行

11、修改，如增加记录类型或增加数据项，那么外模式/模式映象也要进行相应的修改，使外模式尽可能保持不变。也就是概念模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。15. DBMS的主要功能：（1） 数据库的定义功能：DBMS提供数据定义语言（DDL）定义数据库的三级结构及其相互之间的映象、完整性、安全控制等约束。（2） 数据库的操纵功能：DBMS提供数据操纵语言（DML）实现对数据库中数据的操作。（3） 数据库的保护功能：DBMS对数据库的保护主要通过数据库的恢复、数据库的并发控制、数据库的完整性控制、数据库的安全性控制等四个方面实现。（4） 数据库的存储管理：DBMS的存储管理子系统提供了数据库中数据和应用

12、程序的一个界面，其职责是把各种DML语句转换成低层的文件系统命令，起到数据的存储、检索和更新的作用。（5） 数据库的维护功能：DBMS中实现功能的实用程序主要有数据装载程序、备份程序、文件重组织程序、性能监控程序。（6） 数据字典（DD）：数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典，对数据库的操作都要通过访问DD才能实现。16. DBMS的组成：DBMS是由两大部分组成：查询处理器和存储管理器。（1） 查询处理器有四个主要成分：DDL编译器、DML编译器、嵌入型DML的预编译器、查询运行核心程序。（2） 存储管理器有四个主要成分：授权和完整性管理器、事务管理器、文件管理器、缓冲区管理器。

13、17. DBS的组成：DBS：数据库系统（Database System),DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。DBS是一个实际可运行的，按照数据库方法存储、维护和向应用系统提供数据支持的系统，它是数据库、硬件、软件、数据库管理员（DBA）的集合体。（1） 数据库（DB）:是与一个特定组织各项应用有关的全部数据的集合，由应用数据的集合（物理数据库）、关于各级数据结构的描述（描述数据库）两部分组成。（2） 硬件：包括中央处理机、内存、输入输出设备、数据通道等硬件设备。（3） 软件：包括DBMS、OS、

14、各种宿主语言和应用开发支持软件等程序。（4） DBA：DBA是控制数据整体结构的人，负责DBS的正常运行。18. DBS的全局结构：（1） 数据库用户。可分为四类：DBA、专业用户、应用程序员、终端用户（2） DBMS的查询处理器。包括四部分：DML编译器、嵌入型DML的预编译器、DLL编译器、查询运行核心程序。（3） DBMS的存储管理器。包括四部分：授权和完整性管理器、事务管理器、文件管理器、缓冲区管理器。（4） 磁盘存储器中的数据结构。包括四种形式：数据文件、数据字典、索引文件、统计数据组织。DBMS：数据库管理系统（Database Management System)，DBMS是位于

15、用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。数据库技术：是一门研究数据库结构、存储、管理和使用的软件学科。第一代数据库系统，即层次数据库系统和网状数据库系统第二代数据库系统，即关系数据库系统第三代数据库系统，即面向对象数据库系统 数据库学科的研究X围：数据库管理系统软件的研制; 数据库设计; 数据库理论数据系统的三级模式结构：外模式（物理模式）、模式（逻辑模式）和内模式数据库管理系统的功能：数据定义数据操纵数据库运行管理数据组织、存储和管理数

16、据库的建立和维护数据通信接口数据库管理系统组成：数据定义语言及其翻译处理程序 数据操纵语言及其编译（或解释）程序数据库运行控制程序实用程序一个设计优良的DBMS友好的用户界面比较完备的功能较高的运行效率清晰的系统结构和开放性第二章关系数据库系统与非关系数据库系统的区别是，关系系统只有表这一种数据结构；而非关系数据库系统还有其他数据结构，对这些数据结构有其他的操作。关系模型的组成：关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束关系数据语言关系代数语言 例如ISBL元组关系演算语言 例如ALPHA，QUEL关系演算语言域关系演算语言 例如QBE具有关系代数和关系演算双重特点的语言 例如SQL关系的三类

17、完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性实体完整性规则：要求关系中组成主键的属性上不能有空值。 参照完整性规则：要求不引用不存在的实体。 用户定义完整性规则：由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制。关系数据语言的共同特点是：语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入高级语言中使用。基本关系具有以下六条性质：列是同质的（Homogeneous），即每一列中的分量同一类型的数据，来自同一个域。不同的列可出自同一个域，称其中的每列为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。列的顺序无所谓，即列的次序可以任意交换。任意两个元组不能完全相同。行的顺序无所

18、谓，即行的次序可以任意交换。分量必须取原子值，即每一个分量都必须是不可分的数据项。 关系模型要求关系必须是规X化的，即要求关系模式必须满足一定的规X条件。这些规X条件中最基本的一条就是，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。关系是关系模式在某一个时刻的状态或内容。关系模式是静态的，稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。但在实际当中，人们常常把关系模式和关系都称为关系。实体完整性规则说明如下：（1）实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现实世界的一个实体集。例如学生关系对应于学生的集合。（2）现实世界中的实体是可区分的，即它们具有

19、某种唯一性标识。（3）相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。（4）主码中的属性即主属性不能取空值。所谓空值就是不知道或无意义的值。关系可以有三种类型：基本关系（通常又称为基本表或基表）、查询表和视图表元组变量主要有两方面的用途：简化关系名。操作条件中使用量词时必须用元组变量。第三章SQL语言集数据查询、数据操纵、数据定义和数据控制功能于一体。特点包括：综合统一、高度非过程化、面向集合的操作方式、以同一种语法结构提供两种使用方式、语言简洁，易学易用。定义和合理地使用视图能带来的好处为：、视图能够简化用户的操作、视图使用户能以多种角度看待同一数据 、视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性、视

20、图能够对某数据提供安全保护视图更新操作规则的限制： 如果视图是从多个基本表使用联接操作导出的，则不允许更新。 如果导出的视图使用了分组和聚合操作，也不允许更新。 如果视图是从单个基本表使用选择和投影操作导出的，并且包括了基本表的主键或某个候选键，则可以执行操作。SQL中数据控制功能包括事务管理功能和数据保护功能，即数据库的恢复、并发控制；数据库的安全性和完整性。第四章数据依赖是通过一个关系中属性间值的相等与否体现出来的数据间的相互关系，是现实世界属性间相互联系的抽象，是数据内在的性质，是语义的体现。现在人们已经提出了许多种类型的数据依赖，其中最重要的是函数依赖和多值依赖。关系模式规X化时一般应

21、遵循以下原则：（1）关系模式进行无损连接分解。（2）合理选择规X化程度。（3）正确性与可实现性原则。关系模式规X化的基本步骤如图所示。对1NF关系进行投影，消除原关系中非主属性对码的函数依赖，将1NF关系转换为若干个2NF关系。对2NF关系进行投影，消除原关系中非主属性对码的传递函数依赖，从而产生一组3NF关系。对3NF关系进行投影，消除原关系中主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖（也就是说，使决定属性都成为投影的候选码），得到一组BF关系。消除决定属性集非码的非平凡函数依赖 1NF消除非主属性对码的部分函数依赖2NF消除非主属性对码的传递函数依赖3NF消除主属性对码的部分和传递函数依赖BF

22、消除非平凡且非函数依赖的多值依赖4NF消除不是由候选码所蕴含的连接依赖5NF以上三步也可以合并为一步：对原关系进行投影，消除决定属性不是候选码的任何函数依赖。对BF关系进行投影，消除原关系中非平凡且非函数依赖的多值依赖，从而产生一组4NF关系。对4NF关系进行投影，消除原关系中不是由候选码所蕴含的连接依赖，即可得到一组5NF关系。5NF是最终X式。1NF/2NF/3NF存在的问题:插入异常 删除异常 数据冗余度大 修改复杂BF问题:数据冗余度大 增加操作复杂 删除操作复杂 修改操作复杂 关系模式分解的三个定义（判断对关系模式的一个分解是否与原关系模式等价可以有三种不同的标准）： （1）分解具有

23、无损连接性。（2）分解要保持函数依赖。（3）分解既要保持函数依赖，又要具有无损连接性。规X化理论提供了一套完整的模式分解算法，按照这套算法可以做到：若要求分解具有无损连接性，那么模式分解一定能够达到4NF。若要求分解保持函数依赖，那么模式分解一定能够达到3NF，但不一定能够达到BF。若要求分解既具有无损连接性，又保持函数依赖，则模式分解一定能够达到3NF，但不一定能够达到BFBF的关系模式都具有如下3个性质：所有非主属性都完全函数依赖于每个候选码。所有主属性都完全函数依赖于每个不包含它的候选码。没有任何属性完全函数依赖于非码的任何一组属性。第五章数据库的被破坏主要有以下几个方面：（1）系统的软

24、、硬件故障，造成数据被破坏。（2）数据库的并发操作引起数据的不一致性。（3）自然的或人为的破坏。（4）对数据库数据的更新操作有误。针对上述问题，数据库管理系统提供相应的功能：（1）数据库恢复：在系统失效后的数据库恢复，配合定时备份数据库，使数据库不丢失数据。（2）并发控制：保证多用户能共享数据库，并维护数据的一致性。（3）安全性保护：防止对数据库的非法使用，以避免数据的泄露、纂改或破坏。（4）完整性保护：保证数据的正确性和一致性。数据库安全控制的一般方法：用户标识和鉴定；存取控制；定义视图；审计；数据加密。数据库的安全性主要是:指保护数据库，防止由于非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏。数据

25、库的完整性：指数据的正确性和相容性。数据库中数据发生错误，往往是由非法更新引起的.数据库的完整性：数据的正确性、一致性和相容性。数据的完整性与安全性是数据库保护的两个不同的方面。安全性是防止用户非法使用数据库。完整性则是防止合法用户使用数据库时向数据库中加入不合语义的数据。事务的概念：事务是一个操作序列。这些操作要么什么都做，要么都不做，是一个不可分割的工作单位。事务以BEGINTRANSACTION语句开始，以MIT(提交)语句或ROLLBACK(回退或撤消)语句结束。事务的性质：原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔离性(isolation)和持久性(durab

26、ility)。称为事务的ACID性质。并发控制的主要技术是采用封锁机制。封锁就是事务T可以向系统发出请求，对某个数据对象（最常用的是记录）加锁。于是事务T对这个数据对象就有一定的控制。并发控制带来哪三类问题：1)丢失更新的问题2)不一致分析问题3)脏数据的读出。(在数据库技术中，未提交的随后又被撤消的数据为脏数据。)基本的封锁类型有两种：排它锁（X锁）和共享锁（S锁）。和操作系统一样，封锁的方法可能引起活锁和死锁。活锁：是指某个事务永远处于等待状态，得不到执行的现象。避免活锁的方法是采用先来先服务策略。死锁：有两个或以上的事务处于等待状态，每个事务都在等待另一个事务解除封锁，它才能继续执行下去

27、，结果任何一个事务都无法执行，这种现象就是死锁。解除死锁的方法是由DBMS中的死锁测试程序来检查，如发现死锁则牺牲一个事务，并做回退操作,解除它的所有封锁。通常用的封锁(locking)技术有：排它型封锁(X封锁)和共享型封锁(S封锁)两种。X封锁的规则称为PX协议，其内容为：任何企图更新记录R的事务必须先执行LOCKX(R)操作，以获得对该记录进行寻址的能力，并对它取得X封锁。如果未获得X封锁，那么这个事务进入等待状态，一直到获准X封锁，事务继续进行。简记为：先锁X，再执行，取不到，就等待。PXC协议：它由PX协议及一条规则X封锁必须保留到事务终点(MIT或ROLLBACK)组成。S封锁的规

28、则：称为PS协议，其内容为：任何要更新记录R的事务必须先执行LOCKS(R)操作，以获得对该记录寻址的能力并对它取得S封锁。如果未获准S封锁，那么这个事务进入等待状态，一直到获准S封锁，事务才继续进行下去。当事务获准对记录R的要封锁后，在记录R修改前必须把S封锁升级为X封锁。简记为：先锁S，再执行，锁不到，就等待，若要修改则升X。PSC协议：由PS协议和将S封锁保持到事务终点组成。数据库中解决死锁的常用方法有：、要求每个事务一次就将所有要使用的数据全部加锁，否则就不能执行。、采用按序加锁法。 、不采取任何措施来预防死锁的发生，而是周期性的检查系统中是否有死锁。可串行化的调度：如果几个事务并行（

29、交错）执行的结果和按次序串行执行的结果相同，则称该并行执行结果是正确的。这样的调度称为可串行化的调度。两段锁协议是指所有事务必须分两个阶段对数据库项加锁和解锁。两段封锁法：(1)在对任何数据进行读写操作之前，事务首先要获得对该数据的封锁；(2)在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其他封锁。两段锁协议规定所有的事务应遵守下列规则：、在对任何数据进行读、写操作之前，事务首先要获得对该数据的封锁。、在释放一个封锁之后，事务再获得任何其他封锁。 所谓“两段”锁含义是：事务分为两个阶段。第一阶段是获得封锁，也称为扩展阶段。在该阶段，事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁，但是不能释放任何锁。第二阶段

30、是释放封锁，也称为收缩阶段。在该阶段，事务可以释放任何数据项上的任何类型的锁，但是不能再申请任何锁。数据库系统故障可分为：事务内部的故障、系统故障、介质故障、计算机病毒。故障类型和恢复方法：故障类型恢复方法，事务故障应用程序自动进行恢复，系统故障重新启动时则恢复子系统将所有非正常终止的事务回退，恢复到正确状态。介质故障通过DBMS把其他务份磁盘或第三级介质中的内容再复制回来恢复的基本原则和实现方法：就是冗余，即数据的重复存储。实现方法有：(1)定期对数据库进行复制或转储(dump)。注意几个概念：静态转储、动态转储、海量转储和增量转储。(2)建立日志文件。(3)恢复。发生故障时有两种处理方法，

31、如数据库已破坏，则由DBA装入最近备份的数据库然后利用日志文件执行REDO(重做)操作。如数据库未被损坏，但某些数据不可靠，则系统会自动执行UNDO操作恢复数据。转储：静态转储（转储期间不允许对数据库进行任何存取、修改活动） 动态转储（转储期间允许对数据进行存取或修改） 海量转储（每次转储全部数据库） 增量转储（每次只转储上次转储后更新过的数据）日志文件是用来记录对数据库每一次更新活动的文件。在转储中必须建立日志文件，后援副本和日志文件综合起来才能有效地恢复数据库。利用日志文件恢复事务的过程：从头扫描日志文件，找出哪些事务在故障发生时已经结束，哪些事务尚未结束；对尚未结束的事务进行撤销处理，对

32、已经结束的事务进行重做处理。硬件故障；病毒破坏：当数据库本身被破坏时，可重装转储数据库的后备副本，然后运行日志文件，执行事务恢复，这样就可以重建数据库。发生事务故障；系统故障：当数据库本身没被破坏，但内容已经不可靠时，可利用日志文件恢复事务，从而使数据库回到某一正确状态，这时不必重装后备副本。第六章信息系统是提供信息、辅助人们对环境进行控制和进行决策的系统。数据库是信息系统的核心和基础。数据库设计内容：结构（数据）设计；行为（处理）设计。数据库设计分为以下六个阶段：需求分析阶段、概念结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、数据库物理设计阶段、数据库实施阶段、数据库运行和维护阶段。数据库的物理设计：数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的计算机系统。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，就是数据库的物理设计。简要叙述数据库设计的几个阶段。按照规X设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段：1）需求分析阶段：进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求（包括数据与处理)。需求分析是整个设计