我国计算机四级数据库考试复习资料hobf.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.全国计算机机四级数据据库考试复复习数据模型11.数据模模型的三要要素(1)数数据结构 数据结构构是所研究究的对象类类型(Obbjectt Typpe)的集集合。这些些对象和对对象类型是是数据库的的组成成分分。一般可可分为两类类:一类是是与数据类类型、内容容和其它性性质有关的的对象;一一类是与数数据之间的的联系有关关的对象。前者如网网状模型中中的数据项项和记录,关关系模型中中的域、属属性和关系系等。后者者如网状模模型中的关关系模型(sset ttype)。在数
2、据库库领域中,通通常按照数数据结构的的类型来命命名数据模模型,进而而对数据库库管理系统统进行分类类。如层次次结构、网网状结构和和关系结构构的数据模模型分别称称作为层次次模型、网网状模型和和关系模型型。相应地地,数据库库分别称作作为层次数数据库、网网状数据库库和关系数数据库。(2)数据据操作 数数据操作是是指对各种种对象类型型的实例(或或值)所允允许执行的的操作的集集合,包括括操作及有有关的操作作规则。在在数据库中中,主要的的操作有检检索和更新新(包括插插入、删除除、修改)两两大类。数数据模型定定义了这些些操作的定定义、语法法(即使用用这些操作作时所用的的语言)。数据结构构是对系统统静态特性性的
3、描述,而而数据操作作是对系统统动态特性性的描述。两者既有有联系,又又有区别。(3)数据据的约束条条件 数据据的约束条条件是完整整性规则的的集合。完完整性规则则是指在给给定的数据据模型中,数数据及其联联系所具有有的制约条条件和依存存条件,用用以限制符符合数据模模型的数据据库的状态态以及状态态的变化,确确保数据的的正确性、有效性和和一致性。2.概念模模型数据模模型是数据据库系统的的核心和基基础。每个个DBMSS软件都是是基于某种种数据模型型的。为了了把现实世世界中的具具体事物或或事物之间间的联系表表示成DBBMS所支支持的数据据模型,人人们首先必必须将现实实世界的事事物及其之之间的联系系进行抽象象
4、,转换为为信息世界界的概念模模型;然后后将信息世世界的概念念模型转换换为机器世世界的数据据模型。也也就是说,首首先把现实实世界中的的客观对象象抽象成一一种信息结结构。这种种信息结构构并不依赖赖于具体的的计算机系系统和DBBMS。然然后,再把把概念模型型转换为某某一计算机机系统上某某一DBMMS所支持持的数据模模型。因此此,概念模模型是从现现实世界到到机器世界界的一个中中间层次。现实世界界的事物反反映到人的的大脑之中中,然后人人们开始认认识这些事事物,经过过选择、命命名、分类类和组织等等抽象工作作之后形成成概念模型型,并进入入到信息世世界。用户(uuser) 关心的是现实世界中的事物、事物的属性
5、及其相互关系。例如,用户可能关心他的顾客及其属性,如顾客地址、银行帐号等等。用户也关心自己的定货帐目,如谁订的货、订的什么和订多少等等。系统分析员(analyst) 同样也关心现实世界,但是系统分析员需要分析用户的信息需求。作为需求分析的结果,分析员必须以文档的形式对需求进行结构化的描述;这个文档就是信息模型。实体(Entity) 实体是构成数据库的基本元素。实体是指一个存在的东西以区别这个东西所具有的属性和这个东西与其它东西的联系。实体可以是人,也可以是物;可以是实际对象,也可以是概念;可以是事物本身,也可以是指事物之间的联系。属性(Attribute) 一个实体可以由若干个属性来刻画。属性
6、是相对实体而言的,是实体所具有的特性。关键字(Key) 能唯一地标识实体的属性的集合称为关键字(或码)。域(Domain) 属性的取值范围称作域。实体型(Entity Type) 一类实体所具有的共同特征或属性的集合称为实体型。一般用实体名及其属性来抽象地刻画一类实体的实体型。实体集(Entity Set) 同型实体的集合叫实体集。例如,学生就是一个实体集。实体集的名即是实体型。对于学生和(学号,姓名,年龄,系,年级)均是实体型,而学生是对实体型(学号,姓名,年龄,系,年级)所起的名称,两者是指同一客观对象。但本科生和研究生可以为相同实体型,而实体集不同。联系(Relationship) 现实
7、世界的事物之间是有联系的。一般存在两类联系:一是实体内部的组成实体的属性之间的联系,二是实体之间的联系。在考虑实体内部的联系时,是把属性看作为实体。一般来说,两个实体之间的联系可分为三种:(1)一对一(11)联系 若对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有唯一的一个实体与之联系,反之亦然,则称实体集A与实体集B具有一对一联系,记作11。(2)一对多(1n)联系 若对于实体集A中的每个实体,实体集B中有n个实体(n0)与之联系;反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中至多只有一个实体与之联系,则称实体集A与实体集B有一对多联系,记为1n。相应地有多对一(n1)联系 多对一联系,从本质上说
8、,是一对多联系的逆转。其定义同一对多联系类似,不再赘述。(3)多对多(mn)联系 若对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体(n0)与之联系;反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中也有m个实体(m0)与之对应,则称实体集A与实体集B具有多对多联系,记作mn。实质上,多对多联系是任意一种联系。另外,同一实体集内的各个实体间也可以有各种联系。概念模型的表示方法最常用的是实体一联系方法(Entity-Relationship Approach),简称E-R方法。该方法是由P.P.S.Chen在1976年提出的。E-R方法用E-R图来描述某一组织的概念模型。在这里仅介绍E-R图的要点。在
9、E-R图中:a)长方形框表示实体集,框内写上实体型的名称。b)用椭圆框表示实体的属性,并用有向边把实体框及其属性框连接起来。c)用菱形框表示实体间的联系,框内写上联系名,用无向边把菱形框及其有关的实体框连接起来,在旁边标明联系的种类。如果联系也具有属性,则把属性框和菱形框也用无向边连接上。3.三种主主要的数据据模型实际际DBMSS所支持的的数据模型型主要有三三种:层次模型型(Hieerarcchicaal Moodel)网状模型(Network Model)关系模型(Relational Model)其中,关系模型是当前DBMS所支持的数据模型的主流。90年代运行的DBMS几乎都是基于关系模型
10、的。层次模型和网状模型统称为非关系模型。非关系模型的结构可以和图论中的图相对应,比较直观,但在理论上不完备,实现效率较低,故此目前很少用。但是最近,层次模型在研究面向对象的DBMS中已得到重视。在关系模型中,数据在用户的观点中(或在用户视图中)的逻辑结构是一张二维表(Table)。关系(Relation),对应于平常讲的一张表。元组(Tuple),表中的一行。属性(Attribute),表中的一列称为一个属性,给每一列起一个名,称为属性名。这一列或这个属性所有可能取的值的集合称为这个属性的值域(Domain),值域中的一个元素叫做这个属性的值。主关键字(Primary Key Attribut
11、e或Primary Key),是指能唯一标识一个元组的一个或一组属性。分量(Attribute value),是指元组中的一个属性值。关系模式(Relational Schema),是对关系的描述,一般用关系名(属性名1,属性名2,属性名n)来表示。同层次模型和网状模型相比较,关系模型具有下列特点:(1)概念单一 在关系模型中,无论是实体还是实体之间的联系都用关系来表示。在关系模型中,在用户的观点中,数据的逻辑结构就是表,也只有这唯一的概念。在非关系模型中,用户要区分记录型与记录型之间的联系两个概念;当环境复杂时,数据结构异常复杂,难以掌握。而关系模型,由于概念单一,可以变复杂为直观、简单,易
12、学易用。(2)规范化 所谓关系规范化是指在关系模型中,每一个关系都要满足一定的条件要求。这些条件被称为规范条件。对于关系,一个最基本的规范条件是,要求关系中的每一个属性(或分量)均是不可分的数据项;也就是说不允许表中有表,表是不可嵌套的。(3)在关系模型中,用户对数据的操作的输入和输出都是表,也就是说,用户通过操作旧表而得到一张新表。总之,关系模型概念简单,结构清晰,用户易学易用,有严格的以数学为基础的关系理论作指导,便于DBMS的实现。基于关系的DBMS简化了应用程序员的工作,便于数据库应用系统的设计和维护。故此,关系模型自诞生以后就得到了迅速的发展,成为应用最为广泛的、唯一的数据模型。二、
13、数据库库系统的结结构1.数数据库系统统的三级模模式结构数数据库管理理系统的三三级模式结结构由外模模式、模式式和内模式式组成。外外模式(eexterrnal scheema),或或子模式(ssubscchemaa)或用户户模式(uuser scheema),是是指数据库库用户所看看到的数据据结构,是是用户看到到的数据视视图。模式式(schhema)或或逻辑模式式(loggic sschemma),是是数据库中中对全体数数据的逻辑辑结构和特特性的描述述,是所有有用户所见见到的数据据视图的总总和。外模模式是模式式的一部分分。内模式式(intternaal scchemaa),或存存储模式(sstor
14、aage sschemma),或或物理模式式(phyysicaal scchemaa),是指指数据在数数据库系统统内的存储储介质上的的表示,即即对数据的的物理结构构和存取方方式的描述述。模式描描述的是数数据的全局局的逻辑结结构,决定定了DBMMS的功能能。外模式式涉及的仅仅是局部的的逻辑结构构,是模式式的子集,是是对模式的的调用。数数据库系统统的三级模模式是对数数据进行三三个层次抽抽象的工具具。通过三三级模式,把把对数据的的具体组织织留给DBBMS来完完成,使得得用户能在在高层次上上处理数据据的逻辑结结构,而不不必关心数数据的物理理结构。为为了实现这这三个层次次这间的联联系,DBBMS在沟沟通
15、三级模模式中提供供了两个映映象:外模模式-模式式映象模式式-内模式式映象(11)模式 模式规定定了数据库库中全部数数据的一个个逻辑表示示或描述形形式。模式式既不同于于内模式,也也不同于外外模式。它它比内模式式抽象,不不涉及数据据的物理结结构和存储储介质。它它与具体的的应用程序序或高级语语言无关。(2)外外模式 外外模式是个个别用户的的数据视图图,即与某某一应用有有关的数据据的逻辑表表示。(33)内模式式 内模式式是全部数数据库的内内部表示或或底层描述述,是用来来定义数据据的物理结结构和存取取方式的。(4)二二级映象 对于同一一个模式,可可以有任意意多个外模模式。外模模式-模式式的映象定定义了某
16、个个外模式和和模式之间间的对应关关系。这些些映象的定定义通常包包含在各自自的外模式式中。当模模式改变时时,外模式式-模式的的映象要做做相应的改改变,以保保证外模式式的不变性性。这是数数据库管理理员(DBBA)的责责任。模式式-内模式式的映象定定义了数据据逻辑结构构和存储结结构之间的的对应关系系。例如,字字段的内部部表示等。当数据库库的存储结结构改变时时,模式-内模式的的映象也须须做相应的的修改,以以使得模式式保持不变变性。这仍仍是DBAA的责任。正是由于于上述二级级映象的功功能及其自自动实现,使使得数据库库系统中的的数据具有有较高的逻逻辑独立性性和物理独独立性,从从而大大地地方便了用用户的使用
17、用。(5)概概念模式与与模式ANNSI研究究组于19975年22月提出一一个临时报报告。19978年提提出一个最最终报告,称称之为ANNSI/SSPARCC报告,简简称为SPPARC报报告。SPPARC报报告中指出出,数据库库管理系统统应具有三三级模式的的结构,即即概念模式式、外模式式和内模式式。其中外外模式和内内模多与上上面所讲的的大致相当当。但SPPARC报报告中的概概念模式是是指一个组组织或部门门所对应的的现实世界界的真实模模型,即概概念模型。概念模式式仅描述实实体及其属属性和联系系,不涉及及机器世界界的概念。概念模型型是信息世世界范畴内内的信息的的结构,而而模式是机机器世界范范畴内的概
18、概念模型的的逻辑表示示。概念模模型独立于于具体的计计算机系统统,甚至是是和计算机机无关的,是是一个组织织或部门的的模型。常常用的描述述概念模式式的方法是是E-R方方法。模式式是依赖于于具体的计计算机及其其DBMSS的。模式式通过三种种具体模型型:层次模模型、网状状模型和关关系模型来来加以实现现。概念模模式必须转转换成具体体的数据模模型,然后后才能在相相应的DBBMS上实实现。概念念模型和模模式都是描描述信息或或数据的整整体结构的的,然而它它们是在不不同的抽象象层次上加加以描述的的。概念模模型离机器器更远,形形式化程度度低。从远远离机器的的观点看,概概念模型更更抽象些,但但更接近现现实世界。而模
19、式描描述使用的的是形式化化的语言-模式DDDL,而概概念模型描描述使用的的是E-RR图和一些些自然语言言。2.使用数数据库的计计算机系统统结构广义义地讲,实实际上使用用数据库的的计算机系系统由下列列几个部分分组成的:(1)硬硬件部分 包括主机机、外部存存储设备、网络设备备和电源等等。(2)软软件部分 包括操作作系统、DDBMS、编译系统统和应用开开发工具软软件等。(33)人员 包括数据据库管理员员(Datta Baase AAdminnistrratorr-DBAA),系统统分析员(SSysteem Annalystt)、应用用程序员(AAppliicatiion PProgrrammeer)
20、和用用户(Usser)。3.数据库库管理系统统数据库管管理系统DDBMS是是数据库系系统的核心心。DBMMS是负责责数据库的的建立、使使用和维护护的软件。DBMSS建立在操操作系统之之上,实施施对数据库库的统一管管理和控制制。用户使使用的各种种数据库命命令以及应应用程序的的执行,最最终都必须须通过DBBMS。另另外,DBBMS还承承担着数据据库的安全全保护工作作,按照DDBA所规规定的要求求,保证数数据库的完完整性和安安全性。DDBMS的的主要功能能包括以下下几个主要要方面:(11)数据库库的定义功功能 DBBMS通过过提供数据据描述语言言(也称数数据定义语语言)(DData Desccrip
21、tivee LannguaggeDDL)来来对外模式式、模式和和内模式加加以描述。然后模式式翻译程序序把用DDDL写的各各种模式的的定义源码码翻译成相相应的内部部表示,形形成相应的的目标形式式,分别叫叫目标外模模式、目标标模式、目目标内模式式,这些目目标模式是是对数据库库的描述,而而不是数据据本身。(目目标)模式式只刻画了了数据库的的形式或框框架,而不不包括数据据库的内容容。这些目目标模式被被保存在数数据字典(或或系统目标标)之中,作作为DBMMS存取和和管理数据据的基本依依据。例如如,DBMMS根据这这些模式定定义,进行行物理结构构和逻辑结结构的映象象,进行逻逻辑结构和和用户视图图的映象,以
22、以导出用户户要检索的的数据的存存取方式。(2)数数据操纵功功能 DBBMS提供供数据操纵纵语言(DData Maniipulaationn LannguaggeDML)实实现对数据据库中数据据的一些基基本操作,如如:检索、插入、修修改、删除除和排序等等等。DMML有两类类:一类是是嵌入主语语言的,如如嵌入到CC或COBBOL等高高级语言中中。这类DDML语言言本身不能能单独使用用,故此称称为宿主型型的DMLL或嵌入式式DML。另一类是是非嵌入式式语言(包包括交互式式命令语言言和结构化化语言),它它的语法简简单,可以以独立使用用,由单独独的解释或或编译系统统来执行,所所以一般称称为自主型型或自含
23、型型的DMLL。命令语语言是行结结构语言,单单条执行。结构化语语言是命令令语言的扩扩充或发展展,增加了了程序结构构描述或过过程控制功功能,如循循环、分支支等功能。命令语言言一般逐条条解释执行行。结构化化语言可以以解释执行行,也可以以编译执行行。现在DDBMS一一般均提供供命令语言言的交互式式环境和结结构环境两两种运行方方式,供用用户选择。DBMSS控制和执执行DMLL语句(或或DML程程序),完完成对数据据库的操作作。对于自自主型的结结构化的DDML,DDBMS通通常采用解解释执行的的方法,但但也有编译译执行的方方法,而且且编译执行行的越来越越多。另外外,很多系系统同时设设有解释和和编译两种种
24、功能,由由用户选其其一。对于于嵌入型或或缩主型DDML,DDBMS一一种提供两两种方法:预编译方方法。修改和扩扩充主语言言编译程序序(亦称增增强编译方方法)。预预编译方法法是,由DDBMS提提供一个预预处理程序序,对源程程序进行语语法扫描,识识别出DMML语句,并并把这些语语句转换成成主语言中中的特殊调调用语句。主语言必必须和DMML有调用用接口。这这样在连接接形成目标标时和主语语言语句一一起形成可可执行的目目标。(3)数据据库运行管管理 数据据库运行期期间的动态态管理是DDBMS的的核心部分分,包括并并发控制、存取控制制(或安全全性检查、完整性约约束条件的的检查)、数据库内内部的维护护(如索
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