第二章 数据库原理及应用

习题21、试述概念模型的作用。

概念层数据模型，也称为概念模型或信息模型，它是从数据的应用语义角度来抽取模型，并按照用户的观点来对数据和信息进行建模，这类模型主要用于数据库设计阶段，它与具体的数据库管理系统无关。

概念模型一方面应该具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识，另一方面它还应该简单、清晰、易于用户理解，它是用户和设计人员交流的工具。

2、解释“三个世界”之间的联系。

从客观世界、信息世界到数据世界是一个认识的过程，也是抽象和映射的过程。

在计算机数据库中存储的数据，是经过两级抽象而来的，并且反映的是现实世界的有关信息。

现实世界的复杂事物经过两级抽象的结果就是数据模型。

而抽象的过程是先将现实世界抽象为信息世界的实体模型，然后再将实体模型经过二级抽象得到数据库系统支持的数据模型。

3、定义并解释下列术语。

1）实体客观存在并可相互区别的事物称为实体（Entity）。

实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。

2）实体型具有相同特征的实体称为实体型（Entity Type）。

3）实体集同属于一个实体型的实体的集合称为实体集（Entity Set）。

4）属性属性（Attribute）就是描述实体的特性或性质的数据。

5）码能够唯一标识一个实体的属性或属性集称为码（Key）。

如果码是由几个属性构成的，则其中不能有多余的属性。

即必须是几个属性全部给出才能唯一标识一个实体。

码是区别实体集中不同实体的关键属性，也称为关键字或键。

6）实体-联系图：采用图形的形式描述实体-联系模型称为实体-联系图。

4、学校中有若干个系，每个系有若干个班级和教研室，每个教研室有若干个教员，其中教授和副教授各带若干研究生，每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课程由若干学生选修。

试用E-R图画出此学校的概念模型。

给出主要实体（系、班级、教研室、学生、教员、课程）的E-R图5、某工厂生产若干产品，每种产品由不同的零件组成，每种零件可用在不同的产品上。

数据库原理及应用教案第一章：数据库基础知识1.1 数据库概念介绍数据库的定义、特点和作用解释数据库管理系统（DBMS）的作用1.2 数据模型介绍实体-关系模型、关系模型和对象-关系模型解释模型中的概念，如实体、属性、关系等1.3 数据库设计介绍数据库设计的过程和方法解释需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计的关系第二章：SQL语言2.1 SQL概述介绍SQL的作用和特点解释SQL的基本语法和命令2.2 数据定义介绍数据表的创建、修改和删除命令解释字段数据类型的选择和约束条件的设置2.3 数据操作介绍数据插入、更新、删除和查询命令解释SQL语句中的条件筛选和排序功能第三章：关系数据库管理3.1 关系数据库概述介绍关系数据库的概念和特点解释关系数据库管理系统（RDBMS）的作用3.2 关系代数和元组演算介绍关系代数和元组演算的基本操作解释选择、投影、连接和除法等操作的含义和应用3.3 数据库事务管理介绍事务的概念和属性解释事务管理的基本操作，如提交、回滚和隔离级别第四章：数据库安全与性能优化4.1 数据库安全介绍数据库安全的重要性解释访问控制、用户身份验证和加密等安全措施4.2 数据库性能优化介绍数据库性能优化的目标和方法解释查询优化、索引创建和数据分区等技术的作用和应用4.3 数据库备份与恢复介绍数据库备份和恢复的概念和重要性解释备份策略、恢复模式和故障转移等操作的实现方法第五章：数据库应用系统设计与实现5.1 数据库应用系统概述介绍数据库应用系统的概念和组成部分解释系统分析、设计和实现的关系和流程5.2 数据库应用系统设计介绍数据库应用系统设计的方法和步骤解释需求分析、系统架构设计、界面设计和数据访问设计等内容5.3 数据库应用系统实现介绍数据库应用系统实现的工具和技术解释编程语言的选择、数据库连接和业务逻辑实现等步骤第六章：关系数据库高级功能6.1 函数依赖与规范化介绍函数依赖的概念和分类解释规范化理论及其应用，包括第一范式至第三范式6.2 数据库模式设计介绍模式设计的原则和方法解释如何进行模式分解和模式重构6.3 数据库触发器和存储过程介绍触发器和存储过程的概念和作用解释它们的语法和应用场景第七章：数据库编程技术7.1 数据库访问接口介绍ODBC、JDBC等数据库访问接口的概念和作用解释如何使用这些接口进行数据库编程7.2 参数化查询与预编译语句介绍参数化查询和预编译语句的概念解释它们的优点和编程实现方法7.3 事务处理与并发控制介绍事务的概念和并发控制的重要性解释事务处理和并发控制的技术，如锁定和乐观并发控制第八章：XML数据库和大数据技术8.1 XML数据库概述介绍XML数据库的概念和特点解释XML数据模型和XML查询语言8.2 大数据技术简介介绍大数据的概念、特征和挑战解释大数据处理技术，如Hadoop和Spark8.3 NoSQL数据库技术介绍NoSQL数据库的概念和分类解释非关系型数据库的优缺点和应用场景第九章：数据库系统的案例分析9.1 企业级数据库应用案例分析企业级数据库应用的典型案例解释案例中的数据库设计、性能优化和安全性考虑9.2 云计算环境下的数据库应用介绍云计算对数据库技术的影响分析云计算环境下的数据库部署和运维策略9.3 移动数据库应用案例探讨移动数据库的特点和挑战分析移动数据库在特定应用场景下的解决方案第十章：数据库发展趋势与未来10.1 数据库技术的发展趋势分析数据库技术的发展方向讨论新兴技术如NewSQL、图数据库等的发展状况10.2 数据库未来的挑战与机遇讨论数据库技术在未来的挑战探讨应对挑战的可能解决方案和发展机遇10.3 数据库教育的未来分析数据库教育在未来的发展需求讨论如何培养适应未来数据库技术发展的人才重点和难点解析重点环节1：数据库概念和特点数据库的定义和作用是理解数据库原理的基础，需要重点关注。

数据库原理及应用实验教案第一章：数据库基础1.1 实验目的了解数据库的基本概念掌握数据库的基本操作1.2 实验环境安装有数据库管理系统（如MySQL、Oracle或SQL Server）的计算机数据库管理系统的客户端工具1.3 实验内容实验一：创建数据库和表学习使用数据库管理系统的命令行工具或图形界面工具创建数据库学习使用SQL语句创建表实验二：数据库的简单操作学习使用SQL语句进行数据的插入、查询、更新和删除操作第二章：数据库设计2.1 实验目的掌握数据库设计的基本步骤和方法学会使用实体-关系模型设计数据库2.2 实验环境安装有数据库管理系统（如MySQL、Oracle或SQL Server）的计算机数据库管理系统的客户端工具2.3 实验内容实验三：实体-关系模型设计学习实体-关系模型的基本概念和表示方法根据给定的需求设计实体-关系模型实验四：将实体-关系模型转换为数据库模式学习将实体-关系模型转换为数据库模式的方法将设计的实体-关系模型转换为数据库模式第三章：SQL语言3.1 实验目的掌握SQL语言的基本操作学会使用SQL语言进行数据库的创建、查询和更新操作3.2 实验环境安装有数据库管理系统（如MySQL、Oracle或SQL Server）的计算机数据库管理系统的客户端工具3.3 实验内容实验五：SQL语言的基本操作学习使用SQL语言创建数据库、表、视图和索引学习使用SQL语言进行数据的插入、查询、更新和删除操作第四章：数据库的安全与保护4.1 实验目的了解数据库的安全与保护的基本概念和方法学会使用数据库管理系统的权限管理和备份恢复功能4.2 实验环境安装有数据库管理系统（如MySQL、Oracle或SQL Server）的计算机数据库管理系统的客户端工具4.3 实验内容实验六：数据库的权限管理学习使用数据库管理系统的权限管理功能，创建用户和角色，分配权限实验七：数据库的备份与恢复学习使用数据库管理系统的备份与恢复功能，进行数据库的备份和恢复操作第五章：数据库应用系统设计与实现5.1 实验目的掌握数据库应用系统的设计与实现的基本步骤和方法学会使用数据库管理系统进行应用程序的开发5.2 实验环境安装有数据库管理系统（如MySQL、Oracle或SQL Server）的计算机数据库管理系统的客户端工具编程语言环境和开发工具（如Java、Python或C等）5.3 实验内容实验八：数据库应用系统的设计与实现学习使用数据库管理系统进行应用程序的连接、查询和更新操作实验九：实现简单的数据库应用功能使用编程语言环境和开发工具，实现用户登录、数据查询和数据增删改等功能实验十：测试与优化数据库应用系统对实现的数据库应用系统进行测试和优化，确保系统的稳定性和性能第六章：数据库性能优化6.1 实验目的学习数据库性能优化的基本策略和方法。

第1章数据库概述1．试说明数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统的概念。

答：数据是描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本对象。

数据库是存放数据的仓库，是长期存储在计算机中的有组织的、可共享的大量数据的集合。

数据库管理系统是一个专门用于实现对数据进行管理和维护的系统软件。

数据库系统是指在计算机中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及相关的实用工具）、应用程序、数据库管理员组成。

2．数据管理技术的发展主要经历了哪几个阶段？答：数据管理技术的发展主要经历了文件管理和数据库管理两个阶段。

3．与文件管理相比，数据库管理有哪些优点？答：将相互关联的数据集成在一起，具有较少的数据冗余，程序与数据相互独立，保证数据的安全可靠，最大限度地保证数据的正确性，数据可以共享并能保证数据的一致性。

4．在数据库管理方式中，应用程序是否需要关心数据的存储位置和存储结构？为什么？答：不需要。

因为在数据库系统中，数据的存储位置以及存储结构保存在数据库管理系统中，从数据到物理存储位置的转换是由数据库管理系统自动完成的。

5．在数据库系统中，数据库的作用是什么？答：在数据库系统中，数据库是存放数据的场所。

6．在数据库系统中，应用程序可以不通过数据库管理系统而直接访问数据文件吗？答：不能。

7．数据独立性指的是什么？它能带来哪些好处？答：数据独立性指的是数据的逻辑独立性和物理独立性。

逻辑独立性带来的好处是当表达现实世界信息的逻辑结构发生变化时，可以不影响应用程序；物理独立性带来的好处是当数据的存储结构发生变化时，可以不影响数据的逻辑组织结构，从而也不影响应用程序。

8．数据库系统由哪几部分组成，每一部分在数据库系统中的作用大致是什么？答：数据库系统由四个主要部分组成，即数据库、数据库管理系统、应用程序和系统管理员。

数据库是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存储介质上；数据库管理系统是管理数据库的系统软件，它可以实现数据库系统的各种功能；系统管理员负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作；应用程序指以数据库数据为核心的应用程序。

数据库原理及应用数据库是指按照一定的数据模型组织、存储和管理数据的集合。

数据库在现代社会中得到广泛应用，例如金融、医疗、教育、电商等领域。

数据库原理是数据库系统设计和实现的基础，了解数据库原理可以帮助人们更好地使用和管理数据库，提高数据的存储和访问效率。

本文将介绍数据库的基本原理和应用。

数据库的基本原理包括数据模型、数据结构、数据操作和数据完整性。

首先，数据模型是描述数据的方式，常见的数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型等。

关系模型是目前使用最广泛的数据模型，它将数据组织成二维表格形式，每个表格称为一个关系，表格中的每一行称为一个元组，每一列称为一个属性。

其次，数据结构是指在数据库中如何组织和存储数据。

常见的数据结构包括堆、链表、树和哈希表等。

数据库系统中通常使用B树、B+树等数据结构来组织和存储数据，这些数据结构具有高效的查找和插入性能。

然后，数据操作是指对数据库中的数据进行增加、删除、修改和查询等操作。

数据库系统提供了一种称为查询语言的编程语言，通过查询语言可以方便地对数据库中的数据进行操作和查询。

SQL是最常用的查询语言，它具有简单易学、功能强大的特点。

最后，数据完整性是指数据库中的数据始终保持一致和正确。

数据完整性通常通过定义一些约束来实现，例如主键约束、外键约束和唯一约束等。

主键约束要求每个关系中必须包含一个唯一并且非空的属性，外键约束要求一个关系中的属性的值必须匹配另一个关系中的主键值，唯一约束要求一个属性的值在整个关系中是唯一的。

数据库的应用非常广泛，以下是数据库的几个主要应用领域：1.金融领域：银行、证券公司等金融机构需要管理大量的客户数据、交易数据和金融产品数据。

数据库可以帮助这些机构高效地存储和管理数据，并提供实时的查询和分析功能。

2.医疗领域：医院、诊所等医疗机构需要管理患者的病历、诊断结果、药物信息等数据。

数据库可以帮助医疗机构统一管理这些数据，并提供决策支持和临床指导。

数据库原理及应用教案第一章：数据库概述1.1 数据库的基本概念理解数据库的定义理解数据和信息的关系理解数据模型的概念1.2 数据库系统的结构理解数据库系统的组成部分理解数据库管理系统的作用理解应用程序和数据库之间的交互过程1.3 数据库的发展历史了解数据库的起源和发展过程了解关系数据库和面向对象数据库的区别了解当前数据库技术的发展趋势第二章：关系数据库理论2.1 关系模型的基本概念理解关系表的定义和表示方法理解关系模型的特点和优势理解实体和属性的概念2.2 关系的操作理解选择、投影和连接操作的含义和应用掌握关系代数和SQL语言的使用方法理解关系的性质和操作的限制条件2.3 关系的完整性约束理解实体完整性和参照完整性的概念理解主键和外键的作用和定义掌握关系的完整性约束的实现方法第三章：数据库设计3.1 需求分析理解需求分析的目的和重要性掌握需求分析的方法和技术理解数据字典和数据流图的使用3.2 概念设计理解概念设计的概念和目的掌握实体-关系模型的表示方法理解概念设计到逻辑设计的转换方法3.3 逻辑设计理解逻辑设计的概念和目的掌握关系模型的设计方法理解关系数据库设计的原则和方法第四章：数据库管理4.1 数据库的创建和管理理解数据库的创建和管理过程掌握SQL语言创建和管理数据库的方法理解数据库的备份和恢复的概念和方法4.2 数据库的安全性和完整性理解数据库安全性的概念和重要性掌握数据库的权限管理和访问控制方法理解数据库完整性的概念和实现方法4.3 数据库性能优化理解数据库性能优化的概念和方法掌握查询优化和索引的使用方法理解数据库缓存和分区的概念和方法第五章：数据库应用系统开发5.1 数据库应用系统的设计和实现理解数据库应用系统的设计和实现过程掌握数据库应用系统的设计原则和方法理解应用程序和数据库之间的交互过程5.2 常用数据库开发工具了解常用的数据库开发工具的概念和功能掌握数据库开发工具的使用方法理解不同开发工具的优缺点和适用场景5.3 数据库应用系统的运行和维护理解数据库应用系统的运行和维护的重要性掌握数据库应用系统的运行和维护方法理解故障排除和性能监控的概念和方法第六章：SQL语言6.1 SQL语言基础理解SQL语言的作用和特点掌握SQL语言的基本语法和操作理解数据定义语言（DDL）和数据操作语言（DML）的概念6.2 SQL数据查询掌握SQL查询语句的编写和执行理解选择、投影和连接操作的SQL实现掌握子查询和联合查询的使用方法6.3 SQL数据定义和操纵掌握SQL语言创建表、视图和索引的方法掌握插入、更新和删除数据的SQL语句理解SQL语言的数据类型和约束定义第七章：数据库事务管理7.1 事务的基本概念理解事务的定义和特性掌握事务的ACID属性理解事务的作用和重要性7.2 事务管理理解事务的提交和回滚掌握事务控制语句的使用理解事务隔离级别的概念和作用7.3 事务日志和恢复理解事务日志的作用和结构掌握数据库的恢复机制理解崩溃后的数据库恢复过程第八章：数据库高级特性8.1 数据库触发器和存储过程理解触发器和存储过程的定义和作用掌握创建和调用触发器和存储过程的方法理解触发器和存储过程在数据完整性管理中的应用8.2 数据库视图和索引理解视图的概念和作用掌握创建和使用视图的方法理解索引的原理和作用掌握索引的创建和管理方法8.3 数据库分区理解分区的作用和原理掌握分区的创建和管理方法理解分区对数据库性能的影响第九章：数据库性能优化9.1 查询优化理解查询优化的目的和方法掌握查询优化技术理解查询优化器的工作原理9.2 数据库索引设计理解索引的作用和类型掌握索引的设计原则和方法理解索引维护和更新策略9.3 数据库缓存和并发控制理解数据库缓存的作用和原理掌握缓存优化策略理解并发控制的重要性掌握并发控制技术第十章：数据库应用案例分析10.1 数据库应用案例介绍分析实际数据库应用案例理解案例中数据库的设计和实现方法理解案例中数据库的应用场景和效果10.2 数据库应用案例分析分析案例中的数据库需求和设计分析案例中的数据库管理和维护方法分析案例中的数据库性能优化措施10.3 数据库应用案例实践基于案例进行数据库设计和实现实践案例中的数据库管理和维护方法实践案例中的数据库性能优化措施重点和难点解析重点环节1：关系模型的基本概念关系表的定义和表示方法关系模型的特点和优势实体和属性的概念重点环节2：关系的操作选择、投影和连接操作的含义和应用关系代数和SQL语言的使用方法关系的性质和操作的限制条件重点环节3：关系的完整性约束实体完整性和参照完整性的概念主键和外键的作用和定义关系的完整性约束的实现方法重点环节4：数据库的创建和管理数据库的创建和管理过程SQL语言创建和管理数据库的方法数据库的备份和恢复的概念和方法重点环节5：数据库的安全性和完整性数据库安全性的概念和重要性数据库的权限管理和访问控制方法数据库完整性的概念和实现方法重点环节6：数据库性能优化查询优化和索引的使用方法数据库缓存和分区的概念和方法数据库性能优化的概念和方法重点环节7：数据库事务管理事务的定义和特性事务的ACID属性事务的提交和回滚重点环节8：数据库高级特性触发器和存储过程的定义和作用视图和索引的原理和作用分区对数据库性能的影响重点环节9：数据库性能优化查询优化技术索引的设计原则和方法缓存优化策略重点环节10：数据库应用案例分析数据库应用案例的需求分析和设计数据库应用案例的管理和维护方法数据库应用案例的性能优化措施全文总结和概括：本文主要分析了数据库原理及应用教案中的重点环节，包括关系模型的基本概念、关系的操作、关系的完整性约束、数据库的创建和管理、数据库的安全性和完整性、数据库性能优化、数据库事务管理、数据库高级特性、数据库应用案例分析等。

数据库原理及应用数据库是指存储、管理和组织数据的科学技术。

它是计算机科学的重要组成部分，广泛应用于各个领域，如企业管理、科研数据分析、电子商务等。

数据库原理研究数据库的内部机制和工作原理，数据库应用则指的是将数据库原理应用于实际问题解决中。

数据库的基本原理包括数据模型、数据结构和数据操作。

数据模型是指数据库中数据的存储方式和组织形式。

常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。

数据结构指的是数据库中数据的逻辑组织形式，如表、字段、索引等。

数据操作则是指对数据库中数据的增删改查等操作。

数据库应用的主要目标是提高数据的存储和管理效率，实现数据的共享和集成，提供灵活的数据查询和分析功能。

数据库应用可以分为事务处理和决策支持两类。

事务处理是指对大量的、频繁的、短期的操作进行管理和处理，例如银行的账户管理、订单处理等。

数据库通过事务的机制保证数据的完整性和一致性，避免了数据丢失和脏数据的问题。

事务处理主要关注数据的快速插入、更新和删除操作，以及数据的并发访问和并发控制。

数据库系统提供了事务的机制和ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）特性来保证数据的完整性和可靠性。

决策支持则是指在数据仓库上进行数据挖掘和分析，从大量的数据中提取有用的信息和知识，为决策提供支持。

决策支持系统需要提供灵活的数据查询和分析功能，包括多维数据分析（OLAP）、数据挖掘、查询优化等。

数据仓库通过将数据从不同的数据源中抽取、转换和加载，建立起一个统一的数据集合，为决策支持系统提供数据支持。

数据库应用还涉及到数据的备份和恢复、数据安全和权限管理等方面。

数据备份和恢复是为了保证数据的可靠性和可用性，防止数据的丢失和损坏。

数据库提供了备份和恢复的机制和工具，可以将数据库的内容和结构存储到外部设备中，以备份和恢复使用。

数据安全和权限管理则是为了保护数据的隐私和机密性，防止未授权的访问和操作。

数据库提供了用户和角色的管理功能，可以控制用户对数据库的访问权限和操作权限。

数据库的原理及其应用1. 数据库的概述•数据库是指按照一定数据结构组织、存储和管理数据的集合。

2. 数据库的三要素数据库的三要素包括：数据、数据库管理系统（简称DBMS）和应用程序。

2.1 数据•数据是指描述事物的符号记录，是数据库的基本组成部分。

•数据可以分为内部数据（即数据库内的数据）和外部数据（指与数据库有关的，但并不在数据库中存储的数据）。

2.2 数据库管理系统（DBMS）•数据库管理系统（DBMS）是指对数据库进行管理和维护的软件系统。

2.3 应用程序•应用程序是指基于数据库系统的软件应用，通过访问数据库中的数据实现特定的功能。

3. 数据库的基本原理数据库的基本原理包括：数据模型、数据结构、数据操作和数据完整性。

3.1 数据模型•数据模型是指用于描述数据库的概念和关系的集合。

•常见的数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。

3.2 数据结构•数据结构是指数据库中数据的逻辑组织方式。

•常见的数据结构有：表、字段、索引、视图和约束等。

3.3 数据操作•数据操作是指对数据库中的数据进行增删改查等操作。

•常见的数据操作有：插入（Insert）、删除（Delete）、修改（Update）和查询（Select）等。

3.4 数据完整性•数据完整性是指数据库中数据的准确性、一致性和有效性。

•数据完整性可以通过约束、触发器等机制来保证。

4. 数据库的应用场景数据库的应用场景非常广泛，以下是一些常见的应用场景示例：4.1 在企业管理中的应用•数据库可用于支持企业管理中的各种业务应用，如人力资源管理、客户关系管理、供应链管理等。

4.2 在电子商务中的应用•数据库可用于支持电子商务平台的商品管理、订单管理、支付管理等业务功能。

4.3 在物联网中的应用•数据库可用于物联网中的数据采集、实时监控、分析处理等场景。

4.4 在科学研究中的应用•数据库可用于科学研究中的数据存储、数据分析和实验结果管理等。