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1数据库系统概论（第四版）习题答案第一章绪论习题解答和解析1．试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念。答：关于数据的概念：描述事物的符号记录称为数据。描述事物的符号既可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、流数据、HTML、XML等，数据的种类非常丰富。数据与其语义是不可分的。解析：在现代计算机系统中，数据的概念是广义的。早期的计算机系统主要用于科学计算，所处理的数据是整数、实数等传统数学中的数据。现代计算机系统所能存储和处理的对象十分广泛，表示这些对象的数据也越来越复杂。数据与其语义是不可分的。数字500可以表示一件物品的价格是500元，也可以表示一个学术会议的参加人数有500人，还可以表示一袋奶粉重500g。数据库技术是管理数据的技术。数据是数据库管理的基本对象。因此首先要知道什么是数据，知道数据的多种形式。答：关于数据库的概念：数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。解析：（1）简单地讲，数据库的数据具有永久存储、有组织和可共享3个特点。（2）数据模型是数据库的核心概念。每个数据库中的数据都是按照某种数据模型来组织的。答：关于数据库管理系统的概念：数据库管理系统（databasemanagementsystem,DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。DBMS的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功能、数据库的建立与维护功能。解析：DBMS是一个大型、复杂的软件系统，是计算机中的基础软件。目前，专门研制DBMS的厂商及其所研制的DBMS产品有很多。比较著名的有美国IBM公司的DB2关系数据库管理系统、IMS层次数据库管理系统；美国Oracle公司的Oracle关系数据库管理系统；SYBASE公司的SYBASE关系数据库管理系统；美国微软公司的SQLServer关系数据库管理系统等。主要的国产数据库管理系统有：北京人大金仓公司的金仓数据库系统KingbaseES；武汉达梦公司的达梦数据库系统；神软公司的OSCAR；东软公司的OpenBASE等。2答：关于数据库系统的概念：数据库系统（databasesystem,DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。数据库系统由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。解析：数据库系统和数据库是两个不同的概念。数据库系统是人机系统，数据库是数据库系统的一个组成部分。但是在日常工作中，人们常常把数据库系统简称为数据库。希望读者能够从人们的言论或文章的上下文中区分“数据库系统”和“数据库”，不要引起混淆。2．使用数据库系统有什么好处？答：使用数据库系统的好处有很多，主要是：可以大大提高应用系统的开发效率，方便用户的使用，减轻数据库系统管理人员维护数据库系统的负担，等等。使用数据库系统的好处是由数据库管理系统的特点和优点决定的。解析：（1）使用数据库系统可以大大提高应用系统的开发效率。因为在数据库系统中应用程序不必考虑数据的定义、存储和数据存取的具体路径，这些工作都由DBMS来完成。用一个通俗的比喻，使用DBMS就如有了一个好参谋、好助手，许多具体的技术工作都由这个助手来完成。开发人员可以专注于用户需求的理解，应用逻辑的设计，而不必为管理数据的许多复杂的细节烦扰。（2）当应用逻辑发生改变，数据的逻辑结构需要改变时，数据库系统提供了数据与程序之间的独立性。数据逻辑结构的改变是DBA的责任，开发人员不必修改应用程序，或者只需修改很少的应用程序。既简化了应用程序的编制，又大大减少了应用程序的维护和修改。（3）使用数据库系统可以减轻数据库系统管理人员维护系统的负担。因为DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一的管理和控制，包括数据的完整性和安全性、多用户并发控制、故障恢复等都由DBMS执行。总之，使用数据库系统的优点很多，既便于数据的集中管理，控制数据冗余，提高数据的利用率和一致性，又有利于应用程序的开发和维护。读者可以在今后的学习和工作中结合具体应用，认真加以体会和总结。为什么有这些好处，可以结合第5题“试述数据库系统的特点”来回答。3．试述文件系统与数据库系统之间的区别和联系。答：文件系统与数据库系统之间的区别：文件系统面向某一应用程序，共享性差、冗余度大、独立性差，记录内有结构、整体无结构，应用程序自行控制。数据库系统面向现实世界，共享性高、冗余度小，具有高度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安全性、完整性、并发控制和恢复能力。读者可以参考《概论》一书中表1.1的有关内容。答：文件系统与数据库系统之间的联系：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。一般不能独立购买一个文件系统，但需要独立购买DBMS软件产品。而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3文件系统来实现的。因此，DBMS的实现与操作系统中的文件系统是紧密相关的。例如，数据库实现的基础是文件，对数据库的任何操作昀终要转化为对文件的操作。所以在DBMS实现中，数据库物理组织的基本问题是如何利用或如何选择操作系统所提供的基本的文件组织方法。这里不再具体展开。读者可以参考《概论》一书第十二章“数据库管理系统”中的有关内容，第十二章是DBMS实现技术概述。有兴趣的读者还可以进一步学习数据库管理系统实现的有关课程。4．举出适合用文件系统而不是数据库系统的应用例子；再举出适合用数据库系统的应用例子。答：（1）适用于文件系统而不是数据库系统的应用例子：数据的备份，软件或应用程序使用过程中的临时数据存储一般使用文件系统比较合适。功能比较简单、比较固定的应用系统也适合用文件系统。（2）适用于数据库系统而非文件系统的应用例子：目前，几乎所有企业或部门的信息系统都以数据库系统为基础，都使用数据库。例如，一个工厂的管理信息系统会包括许多子系统，如库存管理系统、物资采购系统、作业调度系统、设备管理系统、人事管理系统等。另外，学校的学生管理系统、人事管理系统及图书馆的图书管理系统等都适合用数据库系统。因此，数据库系统已经成为信息系统的基础和核心。5．试述数据库系统的特点。答：数据库系统的主要特点如下所示：（1）数据结构化数据库系统实现整体数据的结构化，这是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别。解析：注意“整体”两个字。在数据库系统中，数据不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织，可以支持许多应用；不仅数据的内部是结构化的，而且整体也是结构化的，数据之间具有某种联系。数据的存取单位即一次可存取数据的大小也很灵活，既可以小到某一个数据项（如一个学生的姓名），也可以大到一组记录（成千上万个学生记录）。而在文件系统中，数据的存取单位只有一个：记录，如一个学生的完整记录。（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库的数据不再面向某个应用，而是面向整个系统，因此可以被多个用户、多个应用、由多种不同的语言共享使用。由于数据面向整个系统，是有结构的数据，不仅可以被多个应用共享使用，而且容易增加新的应用，这就使得数据库系统易于扩充，这称为弹性大。解析：数据共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间，同时还能避免数据之间的不相容性与不一致性。所谓“数据面向某个应用”是指数据结构是针对某个应用而设计的，只被这个应用程序或应用系统使用。可以说数据是某个应用的“私有资源”。所谓“弹性大”是指系统易扩充且易收缩，即应用增加或减少时不必修改整个数据库的结构，或者只需做很少的修改。可以取整体数据的各种子集用于不同的应用系统，当应用需求改变或增加时，只要重新选取不同的子集或加上一部分数据便可满足新的需求。4（3）数据独立性高数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。数据库管理系统的模式结构和二级映像功能保证数据库中的数据具有很高的物理独立性和逻辑独立性。解析：所谓“独立性”即相互不依赖。数据独立性是指数据和程序相互不依赖，即数据的逻辑结构或物理结构如果改变，程序不会跟着改变。数据与程序相互独立把数据的定义从程序中分离出去，加上数据的存取由DBMS负责，简化了应用程序的编制，大大减少了应用程序的修改和维护。（4）数据由DBMS统一管理和控制数据库的共享是并发共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据。为此，DBMS必须提供统一的数据控制功能，包括数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制和数据库恢复。解析：DBMS数据控制功能包括以下4个方面：数据的安全性保护：保护数据以防止不合法的使用造成数据泄密和破坏。数据的完整性检查：将数据控制在有效的范围内或保证数据之间满足一定的关系、一定的约束条件。并发控制：对多用户的并发操作加以控制和协调，保证并发操作的正确性。数据库恢复：当计算机系统发生硬件故障、软件故障，或者由于操作员的失误及故意破坏而影响数据库中数据的正确性，甚至造成数据库的部分或全部数据丢失时，能将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态，也称为完整状态或一致状态。由此可以得到“什么是数据库”的一个定义：数据库是长期存储在计算机内且有组织的、大量的、共享的数据集合，它可以供各种用户共享，具有昀小冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向以围绕共享数据库为中心的新阶段。6．数据库管理系统的主要功能有哪些？答：（1）数据库定义功能；（2）数据组织、存储和管理功能；（3）数据操纵功能；（4）数据库的事务管理和运行管理；（5）数据库的建立和维护功能；（6）其他功能，例如，不同数据库之间的互访和互操作功能等。7．试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的3个要素。答：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。一般来讲，数据模型是严格定义的概念的集合。这些概念精确地描述系统的静态特性、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3部分组成。5（1）数据结构：数据结构是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。（2）数据操作：数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）所允许进行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则，是对系统动态特性的描述。（3）数据的约束条件：数据的约束条件是完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态及其变化，以保证数据的正确、有效、相容。解析：数据模型是数据库系统中昀重要的概念之一。读者必须通过《概论》的学习真正掌握数据模型的概念和作用。数据模型是数据库系统的基础。任何一个DBMS都以某个数据模型为基础，或者说支持某个数据模型。数据库系统中的模型有不同的层次。根据模型应用的不同目的，可以将模型分成两类或者两个层次：一个是概念模型，是按照用户的观点来对数据和信息建模，用于信息世界的建模，强调语义表达能力，概念简单、清晰；另一个是数据模型，是按照计算机系统的观点对数据建模，用于机器世界，人们可以用它定义、操纵数据库中的数据。一般需要有严格的形式化定义和一组严格定义了语法和语义的语言，并有一定的规则和限制，便于在计算机上实现。8．试述概念模型的作用。答：概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流所使用的语言。9．定义并解释概念模型中以下术语：实体，实体型，实体集，属性，码，