数据库系统原理练习题1-me (1).

2023年12月13日发(作者：幼儿园国庆节活动方案)

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习题一

1.1 名词解释

1．DB： 数据库（Databa，简记为DB）

DB是长期存储在计算机内，有组织的，统一管理的相关数据的集合。DB能为各种用户共享，具有较小的冗余度、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特点。

2．DBMS：数据库管理系统（Databa Management System，简记为DBMS）

DBMS是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，它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。

3．DBS：数据库系统（Databa System，简记为DBS）

DBS是实现有组织地、动态地存储大量关系数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即它是采用数据库技术的计算机系统。

4．联系的元数

与一个联系有关的实体集个数，称为联系的元数。

5．1:1联系

如果实体集E1中每个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么实体集E1和实体集E2的联系称为“一对一联系”，记作“1:1”。

6．1:N联系

如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个（零个或多个）实体间有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么称E1对E2的联系称为“一对多联系”，记为“1:N”。

7．M:N联系

如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个（零个或多个）实体间有联系，反之亦然，那么称E1对E2的联系称为“多对多联系”，记为“M:N”。

8．数据模型

能表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模型”。

9．概念模型

独立于计算机系统、完全不涉及信息在计算机中的表示、反映企业组织所关心的信息结构的数据模型。

10．逻辑模型

与DBMS有关的，直接面向DB的逻辑结构、从计算机观点对数据建模的数据模型。

11．层次模型（hierarchical model）

用树型（层次）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。

12．网状模型（Network Model）

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。

13．关系模型（Relational Model）

用二维表格表达实体集的数据模型。

14．外部模型

表达用户使用观点的DB局部逻辑结构的模型，称为“外部模型”。

15．内部模型

表达DB物理结构的模型，称为“内部模型”。

16．外模式

是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。外模式由若干个外部记录类型组成。 17．逻辑模式

是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。它由若干个逻辑记录类型组成，还包括记录之间的类型、数据的完整性和安全性等要求。

18．内模式

是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。

19．外模式/逻辑模式映像

用于定义外模式和概念模式之间数据结构的对应性。

20．逻辑模式/内模式映像

用于定义概念模式和内模式之间数据结构的对应性。

21．数据独立性（Data Independence）

应用程序和DB的数据结构之间相互独立，不受影响。 数据独立性分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两个级别。

22．物理独立性

在DB的物理结构改变时，尽量不影响应用程序。

23．逻辑独立性

在DB的逻辑结构改变时，尽量不影响应用程序。

24．主语言

编写应用程序的语言（如C一类高级程序设计语言），称为主语言。

25．DDL 数据库的定义功能

定义DB三级结构的语言，称为DDL。

26．DML 数据库的操纵功能

对DB进行查询和更新操作的语言，称为DML。

按照语言的级别，DML又可分成过程性DML和非过程性DML两种。

27．过程性语言和非过程性语言

过程性DML是指用户编程时，不仅需要指出“做什么”（需要什么样的数据），还需要指出“怎么做”（怎样获得这些数据）。

非过程性DML是指用户编程时，只需要指出“做什么”（需要什么样的数据），不需要指出“怎么做”（怎样获得这些数据）。

层次、网状的DML都属于过程性的语言，而关系型DML属于非过程性语言。非过程性语言易学，操作方便，深受广大用户欢迎。但非过程性语言增加了系统的开锁，一般系统会采用查询优化的技术来弥补。

通常查询语言是指DML中的检索语句部分。

28．DD(数据字典)

存放三级结构定义的数据库称为数据字典（Data Dictionary，DD）。

29．DD系统

管理DD的软件系统，称为“DD系统”。

1.2 人工管理阶段的数据管理有那些特点？

答：

1) 数据不保存在计算机内；

2) 没有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。 1.3 文件管理阶段的数据管理有那些特点？

答：

1) 数据以“文件”形式长期保存；

2) 数据的逻辑结构与物理结构有了区别；

3) 文件组织已多样化；

4) 数据面向应用；

5) 对数据的操作以记录为单位。

1.4 文件管理阶段的数据管理有什么缺陷？试举例说明。

答：

主要有三个缺陷：

1) 数据冗余；

2) 数据不一致性；

3) 数据联系弱。

例如学校里教务处、财务处、保健处建立的文件中都有学生详细资料，譬如联系电话，家庭住址等。这就是“数据”冗余；如果某个学生搬家，就要修改三个部门文件中的数据，否则会引起同一数据在三个部门中不一致；产生上述问题的原因是这三个部门的文件中数据没有联系。

1.5 数据管理的数据库阶段产生的标志是哪三件事情？

答：

1) 1968年IBM公司研制的IMS系统是一个典型的层次DBS；

2) 1969年美国CODASYL组织DBTG报告，提出网状DBS的概念；

3) 1970年美国IBM公司的发表论文，提出关系模型的思想。

1.6 数据库阶段的数据管理有那些特色

答：

1) 采用数据模型表示复杂的数据结构；

2) 有较高的数据独立性；

3) 为用户提供了方便的用户接口；

4) 提供了四个方面的数据控制功能；

5) 对数据的操作以数据项为单位，增加了系统的灵活性。

1.7 高级数据库阶段有那些技术？

答：

1) 高级数据库阶段的主要标志是20世纪80年代的分布式数据库系统；

2) 90年代的对象数据库系统。

3) 以及21世纪的Web数据库系统。

1.8 逻辑记录与物理记录，逻辑文件与物理文件有些什么联系和区别？

答：

逻辑数据是用户用以操作的数据形式，是抽象的概念化数据。物理数据是实际存放在存储设备上的数据。 逻辑数据与物理数据在结构上可以差别很大，需通过两级映象来进行数据传输和格式转换。

从以上的解释可以看出，逻辑记录和逻辑文件是用户在程序中使用的记录和文件，而物理记录和物理文件是指磁盘上的记录和文件。逻辑记录、文件与物理记录、文件在结构、组成上有很大的差异，而数据管理软件就是通过三级结构两级映象来实现逻辑数据与物理数据之间的转换。

1.9 数据抽象的过程，有那几个步骤？

数据抽象的过程，也就是数据库设计的过程，具体步骤如下：

第一步：根据用户需求，设计数据库的概念模型，这是一个“综合”的过程。

第二步：根据转换规则，把概念模型转换成数据库的逻辑模型，这是一个“转换”的过程。

第三步：根据用户的业务特点，设计不同的外部模型，给程序员使用。也就是应用程序使用的数据库外部模型。外部模型与逻辑模型之间的对应性称为映像。

第四步：数据库实现时，要根据逻辑模型设计其内部模型。内部模型与逻辑模型之间的对应关系称为映像。

一般，上述第一步称为DB的概念设计，第二步、第三步称为DB的逻辑设计，第四步称为DB的物理设计。

1.10 概念模型、逻辑模型、外部模型和内部模型各具有那些特点？

概念模型的抽象级别最高。其特点如下所述。

（1）概念模型表达了数据的整体逻辑结构，它是系统用户对整个应用项目涉及的数据的全面描述。

（2）概念模型是从用户需求的观点出发，对数据建模。

（3）概念模型独立于硬件和软件。硬件独立意味着概念模型不依赖于硬件设备，软件独立意味着该模型不依赖于现实的DBMS软件。因此硬件或软件的变化都不会影响DB概念模型的设计。

（4）概念模型是数据库设计人员与用户之间进行交流的工具。

现在采用的概念模型主要是实体联系（ER）模型。ER模型主要用ER图来表示。

逻辑模型具有以下特点：

（1）逻辑模型表达了DB的整体逻辑结构，但它是设计人员对整个应用项目数据库的全面描述。

（2）逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模。

（3）逻辑模型独立于硬件，但依赖于软件（DBMS）。

（4）逻辑模型是数据库设计人员与应用程序员之间进行交流的工具。

逻辑模型主要有层次、网状和关系模型三种。

外部模型具有如下的特点：

（1）外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集。

（2）外部模型独立于硬件，依赖于软件。

（3）外部模型反映了用户使用数据库的观点。

内部模型具有如下的特点： 内部模型又称物理模型，是数据库最低层的抽象，它描述数据在磁盘或磁带上存储方式（文件的结构）、存取设备（外存的空间分配）和存取方法（主索引和辅助索引）。内部模型是与硬件和软件紧密相连的，因此，从事这个级别的设计人员必须具备全部的软、硬件知识。在层次、网状模型设计时，要精心设计内部模型，以提高系统的效率。但随着计算机软、硬件性能的大幅度提高，并且目前占绝对优势的关系模型是以逻辑级为目的，因而可以不必考虑内部级的设计细节，由系统自动实现。这也是关系数据库能取代层次、网状系统并能得到广泛应用的重要原因之一。

1.11 试叙述层次、网状和关系三种逻辑数据模型的区别。

层次模型（hierarchical model）

用树形（层次）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。数据的节点是记录类型，每个非根节点有且只有一个父节点。上一层记录类型和下一层数据类型之间的联系是1:N联系。

层次结构的特点是记录之间的联系通过指针来实现的，查询效率较高。与文件系统的数据管理方式相比，层次模型是一个飞跃，用户和设计者面对的是逻辑数据而不是物理数据，用户不必花大量的精力考虑数据的物理细节。逻辑数据与物理数据之间的转换由DBMS完成。

但层次模型有两个缺点：一是只能表示1:N的联系，虽然系统有多种辅助手段实现M:N联系但较复杂，用户不易掌握；二是由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作很复杂，因此应用程序的编写也比较复杂。

网状模型（Network Model）

用有向图结构实体类型及实体之间的联系的数据模型称为网状模型。1969年CODASYL组织推出DBTG报告中的数据模型是网状模型的主要代表。

有向图中的节点是记录类型，箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型间联系是1:N联系。

网状模型的特点是记录之间的联系通过指针实现，M:N联系也容易实现（一个M:N联系可拆成1:N联系），查询效率较高。

与文件系统的数据管理相比，层次模型和网状模型是一个飞跃，但致命的缺点是数据结构复杂和编程复杂。因此20世纪80年代中期起其市场已被关系系统的产品所代替。

关系模型

关系模型（Relational Model）的主要特征是用二维表格表达实体集。与前两种模型相比，数据结构简单，容易为初学者理解。关系模型是由若干个关系模式（Relational Schema）组成的集合。关系模式相当于前面提到的记录类型，它的实例称为关系（Relation），每一个关系实际上是一张二维表格（Table）。

关系模型和层次模型、网状模型最大的差别是用关键码而不是用指针导航数据，其表格简单，用户易懂，用户只需用简单的查询语句就可以对数据库进行操作，并不涉及存储结构、访问技术等细节。关系模型是数字化的模型。由于把表格看成一个集合，因此集合论数理逻辑等知识课引入到关系模型中来。

表1.3 三种逻辑数据模型的比较

创始

层次模型

1968年IBM公司的

IMSxt

复杂

（树结构）

通过指针

过程性语言

IMS

20世纪70年代

网状模型 关系模型

1969年CODASYL的 1970年提

DBTG报告（1971年 出关系模型

通过）

复杂

（有向图结构）

通过指针

过程性语言

简单

（二维表）

通过表间的公共属性

非过程性语言

数据结构

数据联系

查询语言

典型产品

盛行期

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

20世纪70-80年代中期

20世纪80年代至现在

1.12 外部模型使数据库系统具有哪些优点？

从整个系统考察，外部模型具有如下优点：

（1）简化了用户的观念。外部模型是针对具体用户应用需要的数据而设计的，与该用户无关的数据就不必放入，这样用户就能简便地使用数据库。

（2）有助于数据库安全性保护。用户不能看的数据，不能放入外部模型，这样就通过了系统的安全性。

（3）外部模型是对概念模型的支持。如果用户使用外部模型得心应手，那么说明当初根据用户需求综合成的概念模型是正确的完善的。

1.13 数据独立性与数据联系这两个概念有什么区别？

答：

数据独立性是指应用程序和DB的数据之间相互独立，不受影响，对系统的要求是“数据独立性要高”，而数据联系是指记录之间的联系，对系统的要求是“数据联系密切”。

1.14 试叙述用户、DB的三级模式结构、磁盘上的物理文件之间有些什么联系和不同？

答：

用户、外模式、概念模式、内模式和物理文件中的记录分别称为用户记录、外部记录、概念记录、内部记录和物理记录。

用户记录与外部记录的结构是一致的，它们之间只是数据传输问题。

而外部记录、概念记录和内部记录之间的结构可能是不一致的，除了数据传输问题，还

有格式转换问题。

内部记录与物理记录的结构是一致的，它们之间只是数据传输问题。

1.15 试叙述DBMS的工作模式和主要功能。

答：

1) 接受应用程序的数据请求和处理请求；

2) 将用户的数据请求转换成低层指令；

3) 实现对DB的操作；

4) 从对DB的操作中接受查询结果；

5) 对查询结构进行处理； 6) 将处理结果返回给用户。

DBMS的主要功能有DB的定义、操纵、保护、维护和数据字典等五个功能。

1.16 什么是DB的系统缓冲区？其作用是什么？

答：

DBMS的存储管理器可以分成四个成分：权限与完整性管理器、事务管理器、文件管理器和缓冲区管理器。其中缓冲区管理器是为应用程序开辟DB的系统缓冲区，负责将从磁盘中读出的数据送入内存的缓冲区。

1.17 DBS由哪几部分组成？它有哪些系统软件？其中DD有什么作用？

答：

DBS由DB、硬件、软件和DBA等四个部分组成。（解释略）

为了开发应用程序，需要各种主语言。有些属于第三代语言（3GL）范畴，比如COBOL、PL/I等；有些是属于面向对象程序设计语言，譬如Visual C++、Java等语言。

在DBS中，DD是存储三级结构描述（即元数据）的DB。DBMS的所有工作都要以DD中的元数据为依据，也就是所有工作都要通过DD访问DB。

1.18 什么是DBA？DBA应具有什么素质？DBA的职责是什么？

答：

DBA是控制数据整体结构的一组人员，负责DBS的正常运行，承担创建、监控和维护DB结构的责任。

DBA必须具备下列4条素质：

1) 熟悉企业全部数据的性质和用途；

2) 对所有用户的需求有充分的了解；

3) 对系统的性能非常熟悉；

4) 兼有系统分析员和运筹学专家的品质和知识。

DBA的主要职责有6点：

1) 定义模式；

2) 定义内模式；

3) 与用户的联络；

4) 定义安全性规则；

5) 定义完整性规则；

6) DB的转储与恢复。

1.19 试对DBS的全局结构作详细的解释？

答：

从四个方面解释：

1) 数据库用户有四类：DBA，专业用户，应用程序员，终端用户。

2) DBMS的查询处理器有四个模块：DML编译器，嵌入型DML预编译器，DDL编译器，查询运行核心程序。

3) DBMS的存储管理器有四个模块：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) 磁盘存储器中有五种数据结构：数据文件，数据字典，索引文件，统计数据组织和日志。

1.20 从模块结构观察，DBMS有哪些部分组成？

答：

DBMS由两大部分组成：查询处理器和存储管理器。（解释略）

1.21 使用DBS的用户有哪几类？

答：

DBA，专业用户，应用程序员，终端用户。

1.22 DBMS的查询处理器和存储管理器分别由那几部分组成？

答：

（略，见习题1.19）

1.23 磁盘存储器中有哪五类主要的数据结构？

答：

（略，见习题1.19）

1.24 DBS能产生哪些效益？

答：

DBS的应用，使计算机应用深入到社会的每个角落。其效益有以下7个方面：

1) 灵活性；

2) 简易性；

3) 面向用户；

4) 有效的数据控制；

5) 加快应用开发速度；

6) 维护方便；

7) 标准化。

1.3 自测题

1.3.1 填空题

1) 数据管理技术的发展，与__________、__________和__________有密切的联系。

2) 文件系统中的数据独立性是指__________独立性。

3) 文件系统的缺陷是：_________、_________和__________。

4) 就信息处理的方式而言，在文件系统阶段，__________处于主导地位，_________只起着服从程序设计需要的作用；而在数据库方式下，_________占据了中心位置。

5) 对现实世界进行第一层抽象的模型，称为__________模型；对现实世界进行第二层抽象的模型，称为__________模型。

6) 层次模型的数据结构是__________结构；网状模型的数据结构是__________结构；关系模型的数据结构是__________结构；面向对象模型的数据结构之间可以__________。

7) 在层次、网状模型中，用__________导航数据；而在关系模型中，用__________8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

16)

17)

18)

19)

20)

导航数据。

数据库的三级模式结构是对__________的三个抽象级别。

DBMS为应用程序运行时开辟的DB系统缓冲区，主要用于__________和__________。

在数据库技术中，编写应用程序的语言仍然是C一类高级语言，这些语言被称为__________语言。

在DB的三级模式结构中，数据按__________的描述提供给用户，按__________的描述存储在磁盘中，而__________提供了连接这两级的相对稳定的中间观点，并使得两级中的任何一级的改变都不受另一级的牵制。

层次、网状的DML属于________语言，而关系型DML属于_________语言。

DBS中存放三级结构定义的DB称为__________。

从模块结构考察，DBMS由两大部分组成：__________和__________。

DBA有两个很重要的工具：__________和__________。

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

DBS的全局结构体现了其__________结构。

在DBS中，DB在磁盘上的基本组织形式是_________，这样可以充分利用OS

_________的功能。

根据计算机的系统结构，DBS可分成四种类型：_______、_______、_______和_______。

数据独立性使得修改DB结构时尽量不影响已有的__________。

1.3.2 单项选择题（在备选答案中选出一个正确答案）

1．在DBS中，DBMS和OS之间关系是 [

A．并发运行 B．相互调用

C．OS调用DBMS D．DBMS调用OS

2．在数据库方式下，信息处理中占据中心位置的是 [

A．磁盘 B. 程序

C. 数据 D. 内存

3．DB的三级体系结构是对_________抽象的三个级别。 [

A. 存储器 B. 数据

C. 程序 D. 外存

4．DB的三级模式结构中最接近外部存储器的是 [

A. 子模式 B. 外模式

C. 概念模式 D. 内模式

5．DBS具有“数据独立性”特点的原因是因为在DBS中 [

A. 采用磁盘作为外存 B. 采用三级模式结构

C. 使用OS来访问数据 D. 用宿主语言编写应用程序

6．在DBS中，“数据独立性”和“数据联系”这两个概念之间联系是 [

A．没有必然的联系 B．同时成立或不成立

C．前者蕴涵后者 D．后者蕴涵前者

7．数据独立性是指 [

A．数据之间相互独立 B．应用程序与DB的结构之间相互独立

C．数据的逻辑结构与物理结构相互独立 D．数据与磁盘之间相互独立

]

]

]

]

]

]

] 8．DB中数据导航是指 [ ]

A．数据之间联系 B．数据之间指针联系

C．从已知数据找未知数据的过程 D．数据的组合方式

9．用户使用DML语句对数据进行操作，实际上操作的是 [ ]

A．数据库的记录 B．内模式的内部记录

C．外模式的外部记录 D．数据库的内部记录值

10．对DB中数据的操作分成两大类： [ ]

A．查询和更新 B．检索和修改

C．查询和修改 D．插入和修改

1.3.3 问答题

1．试对数据管理技术三个发展阶段作一详细的比较。

2．在用户访问数据库中数据的过程中，DBMS起着什么作用？

3．什么是“DB的系统缓冲区”？

4．DBS中有哪些系统软件？

1.4 自测题答案

1.4.1 填空题答案

1．硬件 软件 计算机应用 2．设备

3．数据冗余 数据不一致 数据联系弱 4．程序设计 数据 数据

5．概念 结构（或逻辑） 6．树 有向图 二维表 嵌套和递归

7．指针 关键码（或外键与主键） 8．数据

9．数据的传输 格式的转换 10.宿主语言(或主语言，host language)

11.外模式 内模式 概念模式 12.过程性 非过程性

13.数据字典（DD） 14.查询处理器 存储管理器

15.一系列实用程序 DD系统 16.数据库 硬件 软件 DBA

17.模块功能 18. 文件 管理外存(或文件系统)

19.集中式 C/S式 并行式 分布式 20．应用程序

1.4.2 单项选择题答案

1．D 2．C 3．B 4．D 5．B

6．A 7．B 8．C 9．C 10.A

1.4.3 问答题答案

1) 答：数据管理技术三个发展阶段的详细比较见图1.1。

2) 答：在用户访问数据的过程中，DBMS起着核心的作用，实现“数据三级结构转换”的工作。

3) 答：在应用程序运行时，DBMS在内存为其开辟一个程序工作区，称为“DB的系统缓冲区”。这个工作区主要用于“数据的传输和格式的转换”。

4) 答：DBS应包括DBMS、OS、宿主语言和应用开发支撑软件等四部分系统软件。

DBMS是管理DB的软件系统，但对硬盘的管理是由OS实现的，因此DBS中应包括DBMS和OS这两个主要的系统软件。

编写应用程序仍然是用C一类高级程序设计语言，这些语言在DBS中称为宿主语言。 为提高应用程序开发效率，需要像Dephi、PowerBuilder一类软件开发工具（即应用开发支撑软件）开发应用程序。这些软件属于4GL范畴，可使应用系统开发生产率提高20～100倍。

时 间

外存

环

境

软件

计算机应用

数据的管理者

数据的针对者

数据的共享程度

数据独立性

数据的结构化

人工管理阶段

20世纪50年代

纸带、卡片、磁带

汇编语言

科学计算

用户（程序员）

面向某一应用程序

无共享

无独立性，

数据完全依赖于程序

无结构

文件系统阶段

60年代

磁盘

3GL、OS

进入企业管理

文件系统

面向某一应用

共享性差、冗余度大

独立性差，

有设备独立性

记录内有结构，

整体结构性差

图1.1

数据库阶段

70年代

大容量磁盘

DBMS

企业管理

DBS

面向现实世界

共享性高、冗余度小

有高度的物理独立性，

一定的逻辑独立性

整体结构化，

用数据模型描述

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