计算机二级 数据库设计基础

计算机二级基础知识

第4章 数据库设计基础

经过对部分考生的调查以及对近年真题的总结分析，笔试部分经常考查的是数据库管理系统，数据库基本特点，数据库系统的三级模式及二级映射，E-R模型，关系模型和关系代数，读者应对此部分进行重点学习。

详细重点学习知识点：

1．数据的概念、数据库管理系统提供的数据语言、数据管理员的主要工作、数据库系统阶段的特点、数据的物理独立性及逻辑独立性、数据统一管理与控制、三级模式及两级映射的概念

2．数据模型3个描述内容、E-R模型的概念及其E-R图表示法、关系操纵、关系模型三类数据约束

3．关系模型的基本操作、关系代数中的扩充运算

4．数据库设计生命周期法的4个阶段

4.1数据库系统的基本概念

考点1 数据、数据库、数据库管理系统

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考点1在笔试考试中，是一个经常考查的内容，在笔试考试中出现的机率为70%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点为重点识记内容，读者还应该识记数据语言所包括的数据定义语言、数据操纵语言和数据控制语言。

数据是数据库中存储的基本对象，描述事物的符号记录。

数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合，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，并可被各个应用程序所共享。 数据库管理系统（DBMS，Database Management System）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、数据操作、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系统的核心，主要有如下功能：数据模式定义、数据存取的物理构建、数据操纵、数据的完整性、安全性定义和检查、数据库的并发控制与故障恢复、数据的服务。

为完成数据库管理系统的功能，数据库管理系统提供相应的数据语言：数据定义语言、数据操纵语言、数据控制语言。

数据库管理员的主要工作如下：数据库设计、数据库维护、改善系统性能，提高系统效率。

考点2 数据库系统的发展

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考点2在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点为识记内容，读者还应该注意各个阶段的特点。

数据管理技术的发展经历了3个阶段，见表4-1：

表4-1 各阶段特点的详细说明

考点3 数据库系统的基本特点

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考点3在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以填空题的形式出现，分值为2分，此考点为识记内容，读者还应该理解物理独立性和逻辑独立性的定义。

数据独立性是数据与程序间的互不依赖性，即数据库中的数据独立于应用程序而不依赖于应用程序。

数据的独立性一般分为物理独立性与逻辑独立性两种。

（1）物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理结构（包括存储结构、存取方式等）改变时，如存储设备的更换、物理存储的更换、存取方式改变等，应用程序都不用改变。

（2）逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，如修改数据模式、增加新的数据类型、改变数据间联系等，用户程序都可以不变。

数据统一管理与控制主要包括以下3个方面：数据的完整性检查、数据的安全性保护和并发控制。

考点4 数据库系统的内部结构体系

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考点4在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点为识记内容，读者还应该理解三级模式及两级映射的定义。

误区警示：

一个数据库只有一个概念模式。一个概念模式可以有若干个外模式。三级模式都有几种名称，读者应该熟记每个模式的另一些名称。

1．数据统系统的3级模式

（1）概念模式，也称逻辑模式，是对数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户（应用）公共数据视图。一个数据库只有一个概念模式。

（2）外模式，外模式也称子模式，它是数据库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，它是由概念模式推导而出来的，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。一个概念模式可以有若干个外模式。

（3）内模式，内模式又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。 内模式处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式处于中间层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求，而外模式处于最外层，它反映了用户对数据的要求。

小提示：内模式处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式处于中间层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求，而外模式处于最外层，它反映了用户对数据的要求。

2．数据库系统的两级映射

两级映射保证了数据库系统中数据的独立性。

（1）概念模式到内模式的映射。该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；

（2）外模式到概念模式的映射。概念模式是一个全局模式而外模式是用户的局部模式。一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。

疑难解答：数据库应用系统的结构是什么样的？

数据库应用系统的7个部分以一定的逻辑层次结构方式组成一个有机的整体，它们的结构关系是：应用系统工、应用开发工具软件、数据库管理系统、操作系统、硬件。

4.2数据模型

考点5 数据模型的基本概念

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考点5在笔试考试中是一个经常考查的内容，出现的机率为70%，主要是以填空形式出现，分值为2分，此考点为重点识记内容，读者应该识记数据模型的3个部分。

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数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。分为两个阶段：把现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。

数据模型所描述的内容有3个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约束。

考点6 E-R模型

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考点6在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以选择题的形式出现，分值为4分，此考点为理解内容，读者应该理解实体间三种函数关系，识记实体、属性、联系各用什么图形来表示。

1．E-R模型的基本概念

（1）实体：现实世界中的事物可以抽象成为实体，实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物。

（2）属性：现实世界中事物均有一些特性，这些特性可以用属性来表示。

（3）码：唯一标识实体的属性集称为码。

（4）域：属性的取值范围称为该属性的域。

（5）联系：在现实世界中事物间的关联称为联系。

两个实体集间的联系实际上是实体集间的函数关系，这种函数关系可以有下面几种：一对一的联系、一对多或多对一联系、多对多。

2．E-R模型的图示法

E-R模型用E-R图来表示。

（1）实体表示法：在E-R图中用矩形表示实体集，在矩形内写上该实体集的名字。

（2）属性表示法：在E-R图中用椭圆形表示属性，在椭圆形内写上该属性的名称。

（3）联系表示法：在E-R图中用菱形表示联系，菱形内写上联系名。

考点7 层次模型

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考点7在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点为识记内容，读者应该理解层次模型的定义。它的基本结构是树形结构。

满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。

（1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；

（2）除根结点以外的其他结点有且仅有一个双亲结点

考点8 关系模型

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考点8笔试考试中，是一个经常考查的内容，在笔试考试中出现的机率为70%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点重点掌握为理解内容，读者应该理解二维表的7个性质，识记三类数据约束。

误区警示：

当对关系模型进行查询运算，涉及到多种运算时，应当注意它们之间的先后顺序，因为有可能进行投影运算时，把符合条件的记录过滤，产生错误的结果。

关系模型采用二维表来表示，二维表一般满足下面7个性质：

（1）二维表中元组个数是有限的--元组个数有限性；

（2）二维表中元组均不相同--元组的唯一性；

（3）二维表中元组的次序可以任意交换--元组的次序无关性；

（4）二维表中元组的分量是不可分割的基本数据项--元组分量的原子性；

（5）二维表中属性名各不相同--属性名唯一性；

（6）二维表中属性与次序无关，可任意交换--属性的次序无关性；

（7）二维表属性的分量具有与该属性相同的值域--分量值域的统一性。

在二维表中惟一标识元组的最小属性值称为该表的键或码。二维表中可能有若干个健，它们称为表的侯选码或侯选健。从二维表的所有侯选键选取一个作为用户使用的键称为主键或主码。表A中的某属性集是某表B的键，则称该属性值为A的外键或外码。

关系操纵：数据查询、数据删除、数据插入、数据修改。

关系模型允许定义三类数据约束，它们是实体完整性约束、参照完整性约束以及用户定义的完整性约束。

小提示：关系模式采用二维表来表示，一个关系对应一张二维表。可以这么说，一个关系就是一个二维表，但是一个二维表不一定是一个关系。

疑难解答：E-R图是如何向关系模式转换的？

从E-R图到关系模式的转换是比较直接的，实体与联系都可以表示成关系，E-R图中属性也可以转换成关系的属性。实体集也可以转换成关系。

4.3关系代数

考点9 关系代数

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考点9在笔试考试中出现的机率为30%，主要是以选择题的形式出现，分值为2分，此考点重点掌握理解内容，读者应该理解关系模型的基本操作以及关系代数的几种运算。

误区警示：

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当对关系模型进行查询运算，涉及到多种运算时，应当注意它们之间的先后顺序，因为有可能进行投影运算时，把符合条件的记录过滤，产生错误的结果。

1．关系模型的基本操作

关系模型的基本操作：插入、删除、修改和查询。

其中查询包含如下运算：

①投影运算。从R中选择出若干属性列组成新的关系。

②选择运算。选择运算是一个一元运算，关系R通过选择运算（并由该运算给出所选择的逻辑条件）后仍为一个关系。设关系的逻辑条件为F，则R满足F的选择运算可写成：σF(R)

③笛卡尔积运算。设有n元关系R及m元关系S，它们分别有p、q个元组，则关系R与S经笛卡尔积记为R×S，该关系是一个n+m元关系，元组个数是p×q，由R与S的有序组组合而成。

小提示：当关系模式进行笛卡尔积运算时，读者应该注意运算后的结果是n+m元关系，元组个数是p×q，这是经常混淆的。

2．关系代数中的扩充运算

（1）交运算：关系R与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。

（2）除运算

如果将笛卡尔积运算看作乘运算的话，除运算就是它的逆运算。当关系T=R×S时，则可将除运算写成：T÷R=S或T/R=S

S称为T除以R的商。除法运算不是基本运算，它可以由基本运算推导而出。

（3）连接与自然连接运算

连接运算又可称为θ运算，这是一种二元运算，通过它可以将两个关系合并成一个大关系。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，θ含义同前。则可以将R、S在域i，j上的θ连接记为：

R |×| S

iθj

在θ连接中如果θ为"="，就称此连接为等值连接，否则称为不等值连接；如θ为"<"时称为小于连接；如θ为">"时称为大于连接。

自然连接（natural join）是一种特殊的等值连接，它满足下面的条件：

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