1 ．试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

( 2 ）数据库（ DataBase ，简称 DB ) ：数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，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。

( 4 ）数据库管理系统（ DataBase Management sytem ，简称 DBMs ) ：数据库管理系统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、数据库的建立和维护功能。

2．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。

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。

( l ）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：是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）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：是一组完整性规则的集合。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以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。

3．试述数据库系统三级模式结构，这种结构的优点是什么？

答：

数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。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

4．什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？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。

6．理解并给出下列术语的定义：

函数依赖、部分函数依赖、完全函数依赖、传递依赖、候选码、主码、外码、全码（All 一key ）、1 NF 、ZNF 、3NF 、BcNF 、多值依赖、4NF 。

定义3：若关系模式R的每一个分量是不可再分的数据项，则关系模式R属于第一范式(1NF)。

定义4：若关系模式R∈1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则关系模式R∈2NF 。（即1NF消除了非主属性对码的部分函数依赖则成为2NF）。

定义5:关系模式R<U，F> 中若不存在这样的码X、属性组Y及非主属性Z(Z不是Y的子集)使得X?Y，Y ? X，Y ? Z成立，则称R<U，F>∈3NF。

定义6:关系模式R<U，F>∈1NF 。若X?Y且Y不是X的子集时,X必含有码，则R<U，F>∈BCNF。

定义7:关系模式R<U，F>∈1NF，如果对于R的每个非平凡多值依赖X??Y(Y不是X的子集，Z=U-X-Y不为空)，X都含有码，则称R<U，F>∈4NF。

8．数据字典的作用是什么？

数据字典的作用：数据字典是关于数据库中数据的描述，在需求分析阶段建立，是下一步进行概念设计的基础，并在数据库设计过程中不断修改、充实、完盖

10．数据库运行中可能产生的故障有哪几类？哪些故障影响事务的正常执行？哪些故障破坏数据库数据？ 事务故障、系统故障和介质故障影响事务的正常执行；介质故障和计算机病毒破坏数据库数据。

11．数据库恢复的基本技术有哪些？

答：

数据转储和登录日志文件是数据库恢复的基本技术。 当系统运行过程中发生故障，利用转储的数据库后备副本和日志文件就可以将数据库恢复到故障前的某个一致性状态。

12．什么是日志文件？为什么要设立日志文件？

（1） 日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。

（2） （2）设立日志文件的目的是：进行事务故障恢复；进行系统故障恢复；协助

后备副本进行介质故障恢复

13．试述活锁的产生原因和解决方法。

答：活锁产生的原因：当一系列封锁不能按照其先后顺序执行时，就可能导致一些事务无限期等待某个封锁，从而导致活锁。避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求封锁的先后次序对事务排队，数据对象上的锁一旦释放就批准申请队列中第一个事务获得锁

16.死锁的预防、解除

预防：一次封锁法、顺序封锁法

解除：超时法、等待图法

17.两段锁协议

指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。

（1） 在对任何数据进行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁；

（2） 在释放一个封锁之后，事务部再申请和获得任何其他封锁

事务分为两个阶段，第一阶段是获得封锁，称为扩展阶段。在这阶段，事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁，但是不能释放任何锁；第二阶段是释放封锁，也称为收缩阶段。在这阶段，事务可以释放任何数据项上的任何类型的锁，但是不能再申请任何锁。

第二篇：数据库系统概论(第四版)王珊、萨师煊 第二章知识点

第二章 关系数据库

关系数据结构及形式化定义

按照数据模型的3个要素，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3部分组成。 关系

在用户看来，关系模型中的数据的逻辑结构是一张扁平的二维表。

关系模型是建立在集合代数的基础上的，从集合论角度给出关系数据结构的形式化定义为：

1、 域

定义2.1 域是一组具有相同数据类型的值的集合

2、 笛卡尔积

笛卡尔积是域上面的一种集合运算。

定义2.2 给定一组域D1,D2,?,Dn，这些域中可以是相同的域。D1,D2,?,Dn的笛卡尔积为

D1×D2×?×Dn={（d1,d2,?,dn）∣di∈Di,i=1,2,?,n}

其中每一个元素（d1,d2,?,dn）叫做一个n元组或简称元组。

元组中的每一个值di叫作一个分量。

若Di（i=1,2,?,n）为有限集，其基数为mi（i=1,2,?,n），则D1×D2×?×Dn的基数M为

笛卡尔积可表示为一个二维表。表中每行对应一个元组，表中每一列的值来自一个域。

3、 关系

定义2.3 D1×D2×?×Dn的子集叫作在域D1×D2×?×Dn上的关系，表示为R（D1,D2,?,Dn）

这里R表示关系的名字，n是关系的目或度。

当n=1时，为单元关系或一元关系；当n=2时为二元关系。

关系是笛卡尔积的有限子集，表的每列对应一个域。由于列可以相同，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性。

若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码。

若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码。

候选码的诸属性成为主属性。不包含在任何候选码中的属性成为非主属性或非码属性。 在最极端的情况下，关系模式的所有属性是这个关系模式的候选码，称为全码。

关系可以由三种类型：基本关系（通常又称为基本表或基表）、查询表和视图表。

基本关系具有6条性质：

列是同质的；

不同的列可以出自同一个域，不同的属性要给与不同的属性名；

列的顺序无所谓，即列的次序可以任意交换；

任意两个元组的候选码不能相同；

行的顺序无所谓；

分量必须取原子值，即每个分量都必须是不可分的数据项。 关系模式

定义2.4 关系的描述称为关系模式。它可以形式化地表示为R（U,D,DOM,F）

其中R为关系名，U为组成该关系的属性名集合，D为属性组U中属性所来自的域，DOM为

属性向域的映像集合，F为属性间数据的依赖关系集合。

关系模式通常可以简记为R(U)或R(A1,A2,?,An)，其中R为关系名，A1,A2,?,An为属性名。 关系数据库

关系数据库也有型和值之分。关系数据库的型也成为关系数据库模式，是对关系数据库的描述。关系数据库模式包括：

若干域的定义；

在这些域上定义的若干关系模式。

关系操作 基本的关系操作

关系模型中常用的关系操作包括查询操作和插入、删除、修改操作两大部分。

查询操作又可分为：选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡尔积等。

其中选择（σ）、投影（π）、并（∪）、差（-）、笛卡尔积（×）是5种基本操作。

关系操作的特点是集合操作方式 关系数据语言的分类

关系代数是用对关系的运算来表达查询要求的。

关系演算式用谓词来表达查询要求的。

关系数据语言可以分为三类：

关系代数语言 例如ISBL

元组关系演算语言 例如APLHA、QUEL

关系数据语言关系演算语言域关系演算语言 例如QBE

具有关系代数和关系演算双重特点的语言 例如SQL

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。

关系的完整性

关系的三类完整性约束

关系模型中有三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。

实体完整性和参照完整性被称作是关系的两个不变性，由关系系统自动支持。

实体完整性

规则2.1 实体完整性规则 若属性（指一个或一组属性）A是基本关系R的主属性，则A不能取空值。 参照完整性

定义2.5 设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。Ks是基本关系S的主码。如果F

与Ks相对应，则称F是R的外码。并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系或

目标关系。关系R和S不一定是不同的关系。

同一关系内部属性之间也可能存在引用关系；

外码并不一定要与相应的主码同名。

规则2.2 参照完整性规则 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。

用户定义的完整性

关系代数

关系代数用到的运算符包括四类：集合运算符、专门的关系运算符、算术比较符和逻辑运算符。 传统的集合运算将关系看作元组的集合，运算是从关系的“水平”方向进行。

专门的关系运算不仅涉及行而且涉及列。

比较运算符和逻辑运算符是用来辅助专门的关系运算符进行操作的。

传统的集合运算

传统的集合运算是二目运算，包括并、差、交、笛卡尔积四种运算。

R∪S={t︱t∈R∨t∈S}

R-S ={t︱t∈R∧t?S}

R∩S ={t︱t∈R∧t∈S}=R-(R-S)

R×S={︱tr∈R∧ts∈S} 专门的关系运算

专门的关系运算包括选择、投影、链接、除运算等。

选择：又称为限制，它是在关系R中选择满足给定条件的诸元组，记作σF(R)={ t︱t∈R∧F(t)=’真’}

其中F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值“真”或“假”。

选择运算实际上是从关系R中选取使逻辑表达式F为真的元组。这是从行的角度进行的运算。 Exp：σSdept=’IS’(Student)

投影：关系R上的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系。记作πA(R)={t[A] ︱t∈R}

其中A为R中的属性列。

投影操作时从列的角度进行的运算。

投影操作不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组，因为取消了某些属性列后可能出现重复行。

Exp：πSname,Sdept(Student)

连接：也成为θ连接。它是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。

连接运算中有两种最为重要最为常用的连接：

等值连接：即θ为“=”的连接运算

自然连接：要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且在结果中把重复的属性列去掉。

一般的连接是从行的角度进行运算。自然连接是同时从行和列的角度进行运算。

在两个关系R和S作自然连接时，关系R中某些元组有可能在关系S中不存在公共属性上值相等的元组，从而造成这些元组在操作时被舍弃了。如果把被舍弃的元组也保存在结果关系中，而在其他属性上填空值（NULL），那么这种连接就叫做外连接。

如果只把左边关系R中要舍弃的元组保留就叫做左外连接，如果只把右边关系S中舍弃的元组保留就叫作右外连接。

除运算：给定关系R(X,Y)和S(Y,Z)，其中X、Y、Z为属性组。R中的Y与S中的Y可以由不同的属性名，

但必须出自相同的域集。

R与S的除运算得到一个新的关系P(X)，P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影： 元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。

除操作是同时从行和列的角度进行运算。

关系演算

元组关系演算语言ALPHA

ALPHA语言主要有GET、PUT、HOLD、UPDATE、DELETE、DROP6条语句。

语句的基本格式是: 操作语句 工作空间名（表达式）：操作条件

检索操作：用GET语句实现

GET W(SC.Cno)

GET W(Student.Sno,Student.Sage):Student.Sdept=’IS’∧Student.Sage<20

GET W(Student.Sno,Student.Sage):Student.Sdept=’CS’ DOWN Student.Sage

带定额的检索 GET W(3)( Student.Sno,Student.Sage):Student.Sdept=’IS’ DOWN Student.Sage 用元组变量的检索，元组变量主要有两方面的用途：

1. 简化关系名；

2. 操作条件中使用量词时必须用元组变量。

RANGE Student X

GET W(X.Sname):X.Sdept=’IS’ 用存在量词的检索：查询条件使用量词时必须用元组变量。

RANGE Course CX

SC SCX GET W(Student.Sname):SCXCX(SCX.Sno=Student.Sno∧CX.Cno=SCX.Cno∧CX.Pcno=’6’) 用全称量词的检索：

RANGE SC SCX GET W(Student.Sname):SCX(SCX.Sno≠Student.Sno∨SCX.Cno≠’1’)

用蕴涵的检索

RANGE Couse CX

SC SCX

SC SCY GET W(Student.Sno):CX(SCX(SCX,Sno=’95002’ ∧SCX.Cno=CX.Cno) ?SCY(SCY.Sno=Student.Sno∧SCY.Cno=CX.Cno))

聚集函数，关系演算中提供了COUNT, TOTAL, MAX, MIN, AVG等聚集函数。

GET W(COUNT(Student.Sdept))

GET W(AVG(Student.Sage):Student=’IS’)

更新操作：

修改操作：用UPDATE语句实现

为修改数据而读取元组时必须使用HOLD语句，HOLD语句是带上并发控制的GET语句。 HOLD W (Stuednt.Sno, Student.Sdept):Student.Snp=’95007’

MOVE ‘IS’ TO W.Sdept

UPDATE W

插入操作：用PUT语句实现

MOVE ‘8’ TO W.Cno

MOVE ‘计算机组织与结构’ TO W.Cname

MOVE ‘6’ To W.Cpno

MOVE ‘2’ To W.Ccredit

PUT W(Course) （把W中的元组插入制定关系Course中）

删除操作：用DELETE语句实现

HOLD W(Student):Student.Sno=’95110’

DELETE W

Exp：若要将学号95001改为95102

先将95001的记录读取到工作空间中；

然后删除这条记录；

再用宿主语言MOVE在工作空间中建立新元组；

用PUT语句把该元组存入指定的关系中。 元组关系演算

域关系演算语言QBE

域关系演算以元组变量的分量即域变量作为谓词变元的基本对象。

QBE是一种高度非过程化的基于屏幕表格的查询语言，用户通过终端屏幕编辑程序以填写表格的方式构造查询要求，而查询结果也是以表格形式显示。

简单操作

简单查询：P.是操作符，表示打印，实际上是显示。

条件查询

聚集函数，主要包括CNT，SUM，AVG，MAX，MIN等

对查询结果排序：“AO(i).”或“DO(i).”，升序降序，i表示排序的优先级，i值越小优先级越高。 更新操作

修改操作：修改操作符为“U.”。操作符“U.”既可以放在值上也可以放在关系上。

插入操作：插入操作符为“I.”。新插入的元组必须具有码值，其他属性值可以为空。

删除操作：删除操作符为“D.”