数据库部分理论概念整理

由于《数据库系统概论（第五版）》前部分侧重于理论，于是自然就有许多很绕人的、需要记忆的概念，本文目的就是以简答题形式整理这些常用的概念。这些整理大部分来自于课后习题。

试述文件系统与数据库系统的区别与联系。

文件系统与数据库系统的区别是： 文件系统面向某一应用程序，共享性差，冗余度大，数据独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自己控制。数据库系统面向现实世界，共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性，整体结构化，用数据模型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力。 
文件系统与数据库系统的联系是： 文件系统与数据库系统都是计算机系统中管理数据的软件。解析文件系统是操作系统的重要组成部分；而 DBMS 是独立于操作系统的软件。但是 DBMS 是在操作系统的基础上实现的；数据库中数据的组织和存储是通过操作系统中的文件系统来实现的。

试述数据库系统的特点。

以下出自P11

• 数据结构化。
• 数据的共享性高、冗余度低且易扩充。
• 数据独立性高。
• 数据由数据库管理系统统一管理和控制。

数据库管理系统的功能有哪些？

• 数据定义功能。
• 数据存取功能。
• 数据库运行管理。
• 数据库的建立和维护功能。

试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三个要素。

P17
数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合。这些概念精确描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。

试述数据库系统的三级模式结构，并说明这种结构的优点是什么。

数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。（参见书上图 1 . 29 )
外模式，亦称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
模式，亦称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。模式描述的是数据的全局逻辑结构。外模式涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。
内模式，亦称存储模式，是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和存储方式的描述。
数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它把数据的具体组织留给 DBMs 管理，使用户能逻辑抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。
为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式之间提供了两层映像：外模式／模式映像和模式／内模式映像。正是这两层映像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。

什么叫数据与程序的逻辑独立性？什么叫数据与程序的物理独立性？为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？

数据与程序的逻辑独立性： 当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式／模式的映像做相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
数据与程序的物理独立性： 当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式／内模式映像做相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。
数据库管理系统在三级模式之间提供的两层映像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。

什么是数据库？

P14
数据库是长期存储在计算机内有组织、大量、共享的数据集合。

什么是数据独立性？

P13
数据独立性包括数据的物理独立性和逻辑独立性。
物理独立性是指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相互独立的。
逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。

试述关系模型的三个组成部分。

关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。

简述关系数据语言的特点和分类。

关系数据语言可以分为三类：
关系代数语言。
关系演算语言：元组关系演算语言和域关系演算语言。
SQL：具有关系代数和关系演算双重特点的语言。
这些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。

试述关系模型的完整性规则。在完整性规则中，什么情况下外码属性的值可以为空？

实体完整性规则是指若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。
若属性(或属性组)F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应(基本关系R和S不一定是不同的关系)，则对于R中每个元组在F上的值必须为：或者取空值(F的每个属性值均为空值)；或者等于S中某个元组的主码值。即属性F本身不是主属性，则可以取空值，否则不能取空值。

分别简述三级封锁协议的内容和各能解决哪些数据不一致性问题。

P313
一级封锁协议是指，事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。一级封锁协议解决了丢失修改问题。
二级封锁协议是在一级封锁协议的基础上增加了事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，读完后即可释放。解决了读“脏”数据问题。
三级封锁协议在一级封锁协议基础上，增加了事务T在读取数据R之前必须对其加S锁，事务T结束后才释放。进一步防止了不可重复读。

试述事务的概念和事务的4个特性。

P293
事务是用户定义的一个操作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位。
事务的四个特性：原子性、一致性、隔离性、持续性。

简述数据库设计的一般步骤。

P209

• 需求分析阶段
• 概念结构设计阶段
• 逻辑结构设计阶段
• 物理结构设计阶段
• 数据库实施阶段
• 数据库运行和维护阶段