数据库系统第5章数据库物理模型

第1章绪论1 ．试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

答：( l ）数据（ Data ) ：描述事物的符号记录称为数据。

数据的种类有数字、文字、图形、图像、声音、正文等。

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，处理的数据是整数、实数、浮点数等传统数学中的数据。

现代计算机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。

500 这个数字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参加的人数有 500 人，还可以表示一袋奶粉重 500 克。

( 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。

( 3 ）数据库系统（ DataBas 。

Sytem ，简称 DBS ) ：数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、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概念。

数据库系统是一个人一机系统，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讲话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。

( 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。

解析 DBMS 是一个大型的复杂的软件系统，是计算机中的基础软件。

目前，专门研制 DBMS 的厂商及其研制的 DBMS 产品很多。

数据库物理模型设计与实现数据库是现代软件系统中不可或缺的重要组成部分，而数据库物理模型设计与实现是构建高效、可靠数据库系统的关键步骤。

本文将详细介绍数据库物理模型设计与实现的过程，包括设计原则、数据表结构、索引优化以及物理存储方案等内容。

一、设计原则在进行数据库物理模型设计之前，我们首先需要了解一些设计原则。

以下是一些常用的数据库物理模型设计原则：1. 规范化：通过规范化的设计可以最大程度地减少数据冗余，提高数据存储效率和数据一致性。

因此，在设计数据库物理模型时，需要合理运用第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）等规范化原则。

2. 性能优化：考虑到数据库查询及更新的性能，可以采取一些策略，如合理选择数据类型、建立索引以及优化查询语句等。

这些措施可以有效提高数据库的读写性能。

3. 数据完整性：作为数据库设计的一个基本原则，确保数据的完整性是非常重要的。

在设计数据库物理模型时，需要定义合适的约束条件，如主键约束、外键约束、唯一约束等，来保证数据的完整性和一致性。

二、数据表结构设计数据库物理模型的核心部分是数据表结构的设计。

在进行数据表结构设计时，需要考虑以下几个方面：1. 列的定义：在设计数据库表时，需要明确定义每个列的数据类型、长度以及是否允许为空等属性。

合理选择数据类型可以节省存储空间，提高查询效率。

2. 主键设计：主键是用来唯一标识每一条记录的字段。

在设计数据表结构时，需要选择合适的字段作为主键，并对该字段进行主键约束，以确保数据的唯一性。

3. 外键关系：在设计多个数据表之间的关系时，可能需要使用外键来建立表与表之间的关联关系。

外键约束能够确保数据的引用完整性，防止出现不一致的数据。

三、索引优化索引是提高数据库查询性能的关键因素之一。

通过合理设计和优化索引可以加速查询的速度。

以下是一些索引优化的措施：1. 主键索引：对于定义了主键的字段，系统会自动为该字段创建主键索引。

主键索引能够快速定位到具体的记录。

数据库建模：概念模型,逻辑模型和物理模型概念模型设计 , 逻辑模型设计 , 物理模型设计是数据库及数据仓库模型设计的三个主要步骤1. 概念模型概念模型就是在了解了⽤户的需求 , ⽤户的业务领域⼯作情况以后 , 经过分析和总结 , 提炼出来的⽤以描述⽤户业务需求的⼀些概念的东西 ;如销售业务中的客户和定单 , 还有就是商品 , 业务员 , ⽤ USE CASE 来描述就是 : 业务员与客户就购买商品之事签定下定单 , 概念模型使⽤ E-R 图表⽰ , E-R 图主要是由实体 , 属性和联系三个要素构成的 , 该阶段需完成 :1. 该系统的商业⽬的是什么 , 要解决何种业务场景2. 该业务场景中 , 有哪些⼈或组织参与 , ⾓⾊分别是什么3. 该业务场景中 , 有哪些物件参与 ,4. 此外需要具备相关⾏业经验 , 如核⼼业务流程 , 组织架构 , ⾏业术语5. 5w1h , who , what , when , where , why, how2. 逻辑模型逻辑模型是将概念模型转化为具体的数据模型的过程 , 即按照概念结构设计阶段建⽴的基本 E-R 图 , 按选定的管理系统软件⽀持的数据模型(层次/⽹状/关系/⾯向对象) , 转换成相应的逻辑模型 , 这种转换要符合关系数据模型的原则 ;还以销售业务为例 : 客户信息基本上要包括 : 单位名称 , 联系⼈ , 联系电话 , 地址等属性商品信息基本上要包括 : 名称 , 类型 , 规格 , 单价等属性定单信息基本上要包括 : ⽇期和时间属性 ; 并且定单要与客户 , 业务员和商品明细关联 , 该阶段需完成 :1. 分多少个主题 , 每个主题包含的实体2. 每个实体的属性都有什么3. 各个实体之间的关系是什么4. 各个实体间是否有关系约束3. 物理模型物理模型就是针对上述逻辑模型所说的内容 , 在具体的物理介质上实现出来 , 系统需要建⽴⼏个数据表 : 业务员信息表 , 客户信息表 , 商品信息表 , 定单表 ; 系统要包括⼏个功能 : 业务员信息维护 , 客户信息维护 , 商品信息维护 , 建⽴销售定单 ; 表 , 视图 , 字段 , 数据类型 , 长度 , 主键, 外键 , 索引 , 约束 , 是否可为空 , 默认值 , 该阶段需完成 :1. 类型与长度的定义2. 字段的其他详细定义 , ⾮空 , 默认值3. 却准详细的定义 , 枚举类型字段 , 各枚举值具体含义4. 约束的定义 , 主键 , 外键这三个过程 , 就是实现⼀个数据库设计的三个关键的步骤 , 是⼀个从抽象到具体的⼀个不断细化完善的分析 , 设计和开发的过程 ;。

第一章绪论4个基本概念：数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统数据：描述事物的符号记录数据的含义称为数据的语义计算机系统层次结构：硬件、操作系统、数据库管理系统、应用开发工具、应用系统数据库发展阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。

从文件系统到数据库系统标着着数据管理技术的飞跃。

数据库是计算机的基础软件数据库系统特点：数据结构化数据共享性高、冗余度低且易扩充数据独立性高物理独立性：指用户的应用程序与数据库中数据的物理储存时相互独立的。

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。

数据由数据库管理系统统一管理和控制数据模型：是数据库系统的核心和基础。

描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。

第一类：概念模型第二类：逻辑模型和物理模型概念模型表示法：实体联系方法：用E-R图表示。

数据模型的组成要素：数据结构数据操作数据的完整性约束条件常用数据模型：层次模型网状模型关系模型：最重要的数据模型，是用二维表的形式表示实体和实体间联系的数据模型。

面向对象数据类型对象关系的数据模型半结构化数据模型实体：客观存在且相互可区别的事物。

实体间联系：一对一、一对多、多对多。

基本层次联系：指两个记录以及它们之间一对多（包括一对一）的联系。

关系模型要求关系必须是规范化的。

模式：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。

只涉及“型”，不涉及值。

实例：模式的一个具体值。

模式是相对稳定的、实例是相对变动的。

三级模式结构：模式，也称为逻辑模式外模式，也称为子模式或用户模式。

内模式：也曾内存储模式。

一个数据库中只能有一个内模式。

两种映像：外模式/模式映像、模式/内模式映像。

第二章关系数据库数据模型一般来说是由三个部分组成：数据结构数据操作数据约束域：一组具有相同数据类型的值的集合。

一个域允许不同取值的个数称为这个域的基数。

候选码：某一个属性组的值能唯一标识一个元组，而其子集不能，成该属性组为候选码。

数据库系统概论复习重点第一章绪论1.数据库系统的基本概念：数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员构成。

2.数据库管理系统的主要功能：数据定义功能、数据操作功能、数据库的运行管理、数据库的建立和维护。

3.数据模型的分类：概念模型、逻辑模型。

4.概念模型的表示：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、对象关系模型。

5.数据管理技术的产生和发展经历的三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。

6.实体是现实世界中客观存在，且能相互区别的。

7.数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据的完整性的约束条件。

8.DBS包括DB和DBMS，而DB与DBSM是相互独立的。

9.概念模型独立于操作。

10.数据库三级结构有利于保证数据的安全性和独立性。

11.数据库物理存储视图为内模式12.用户通过DML语言对数据进行操作，其实是在操作外模式中的记录。

13.数据库系统的三级模式结构：外模式、模式、内模式。

14.有了“模式/内模式映像”可以保证数据的物理独立性。

15.数据库系统的核心是——数据库。

16.数据库系统的三级模式存在有二级映像，使之可以有较高的数据独立性。

17.数据库的外部存储方法和存储设备变化不影响逻辑结构，这种情况为物理数据独立性。

第二章关系数据库1.本章重点：关系数据库概念，可以用关系表达式来表达实际问题，可以用元祖表达式来表达实际问题，可以用域表达式来表达实际问题。

可以将这三种表达式相互转换。

2.关系代数运算：并、交、笛卡儿积、选择、投影。

3.常用的关系运算：关系代数、关系演算。

5.“列”可以出自一个域。

6.DBMS和OS之间的关系是：DBMS可以调用OS。

7.关系演算谓词变元可分为：元祖关系、演算关系、域关系演算。

8.若Sno由八位数组成，则此种情况称为：用户定义完整性。

9.一般情况下“R”“S”连接，则“R”“S”必有相同的属性。

第一章：绪论数据库（DB）：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。

数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有娇小的冗余度、交稿的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统间的数据管理系统的一层数据管理软件。

用途：科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。

包括数据定义功能，数据组织、存储和管理，数据操纵功能，数据库的事物管理和运行管理，数据库的建立和维护功能，其他功能。

数据库系统（DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库。

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。

目的：存储信息并支持用户检索和更新所需的信息。

数据库系统的特点：数据结构化；数据的共享性高，冗余度低，易扩充；数据独立性高；数据由DBMS统一管理和控制。

概念模型实体，客观存在并可相互区别的事物称为实体。

属性，实体所具有的某一特性称为属性。

码，唯一标识实体的属性集称为码。

域，是一组具有相同数据类型的值的集合。

实体型，具有相同属性的实体必然具有的共同的特征和性质。

实体集，同一类型实体的集合称为实体集。

联系两个实体型之间的联系一对一联系；一对多联系；多对多联系关系模型关系，元组，属性，码，域，分量，关系模型关系数据模型的操纵与完整性约束关系数据模型的操作主要包括查询，插入，删除和更新数据。

这些操作必须满足关系完整性约束条件。

关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性，参照完整性和用户定义的完整性。

数据库系统三级模式结构外模式，模式，内模式模式：（逻辑模式）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。

一个数据库只有一个模式。

模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。

模式定义的内容：数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等），数据之间的联系，数据有关的安全性、完整性要求外模式：（子模式/用户模式）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库和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系统的逻辑表示。

数据库原理选择题总结(5-8章)第五章1. 在数据库设计中，将ER图转换成关系数据模型的过程属于（）(2001年10月全国卷)A. 需求分析阶段B. 逻辑设计阶段C. 概念设计阶段D. 物理设计阶段2.在数据库设计中，表示用户业务流程的常用方法是( )(2003年1月全国卷)A.DFDB.ER图C.程序流程图D.数据结构图3.把ER模型转换成关系模型的过程，属于数据库的( )(2002年10月全国卷)A.需求分析B.概念设计C.逻辑设计D.物理设计4.在ER模型中，如果有6个不同实体集，有9个不同的二元联系，其中3个1∶N联系，3个1∶1联系，3个M∶N联系，根据ER模型转换成关系模型的规则，转换成关系的数目是( )(2002年10月全国卷)A.6B.9C.12D.155.数据库设计属于（）。

A、程序设计范畴B、管理科学范畴C、系统工程范畴D、软件工程范畴6.设计数据流程图(DFD)属于数据库设计的（）A、可行性分析阶段的任务B、需求分析阶段的任务C、概念设计阶段的任务D、逻辑设计阶段的任务7.在数据库的概念设计中，最常用的模型是（）A、实体联系模型B、数学模型C、逻辑模型D、物理模型8.数据库设计中，概念模型是（）A、依赖于DBMS和硬件B、依赖于DBMS独立于硬件C、独立于DBMS依赖于硬件D、独立于DBMS和硬件9.ER图是数据库设计的工具之一，它适用于建立数据库的（）。

A、需求模型B、概念模型C、逻辑模型D、物理模型10.ER方法中用属性描述事物的特征，属性在ER图中表示为（）A、椭圆形B、矩形C、菱形D、有向边11.在关系数据库设计中，设计关系模式的任务属于（）A、需求设计B、概念设计C、逻辑设计D、物理设计12.设计子模式属于数据库设计的（）A、需求设计B、概念设计C、逻辑设计D、物理设计13.设计DB的存储结构属于数据库设计的（）A、需求设计B、概念设计C、逻辑设计D、物理设计14.数据库设计中，外模型是指（）A、用户使用的数据模型B、DB以外的数据模型C、系统外面的模型D、磁盘上数据的组织15.概念结构设计的目标是产生数据库的概念结构，这结构主要反映（）A、组织机构的信息需求B、应用程序员的编程需求C、DBA的管理信息需求D、DBS的维护需求16.在DB的概念设计和逻辑设计之间起桥梁作用的是（）A、数据结构图B、功能模块图C、ER图D、DFD17.在DB的需求分析和概念设计之间起桥梁作用的是（）A、DFDB、ER图C、数据结构图D、功能模块图18.ER模型转换成关系模型时，一个M:N联系转换为一个关系模式，该关系模型的关键字是（）A、M端实体的关键字B、N端实体的关键字C、M端实体的关键字和N端实体的关键字的组合D、重新选取的其他属性19.在一个ER图中，如果共有20个不同实体类型，在这些实体类型之间存在着9个不同的二元联系(二元联系是指两个实体之间的联系)其中3个是1:N联系，6个是M:N联系，还存在1个M:N的三元联系，那么根据ER模型转换成关系模型的规则，这个ER结构转换成的关系模型个数为（）A、24B、27C、29D、3020.在数据库设计中，弱实体是指（）A、属性只有一个的实体B、不存在关键码的实体C、只能短时期存在的实体D、以其他实体存在为先决条件的实体21.关于ER图，下列说法中错误的是（）A、现实世界的事物表示为实体，事物的性质表示为属性B、事物之间的自然联系表示为实体之间的联系C、在ER图中，实体和属性的划分是绝对的、一成不变的D、在ER图中，实体之间可以有联系，属性和实体之间不能有联系22.在ER模型转换成关系模型的过程中，下列叙述不正确的是（）A、每个实体类型转换成一个关系模型B、每个联系类型转换成一个关系模式C、每个M:N联系转换成一个关系模式D、在1:N联系中，“1”端实体的主键作为外键放在“N”端实体类型转换成的关系模式中23.在数据库设计中，超类实体与子类实体的关系是（）A、前者继承后者的所有属性B、后者继承前者的所有属性C、前者只继承后者的主键D、后者只继承前者的主键24.综合局部ER图生成总体ER图过程中，下列说法错误的是（）A、不同局部ER图中出现的相同实体，在总体ER图中只能出现一次。

第一章1.1 数据库系统概述1.数据库系统的基本特征是（D）A 数据的统一控制B、数据共享性和统一控制C、数据共享性、数据独立性D、数据共享性、数据独立性、统一控制2.数据库系统中，负责物理结构与逻辑结构的定义和修改的人员是( A )。

A．数据库管理员B．专业用户C．应用程序员D．最终用户3.数据库管理系统提供的DDL语言的功能是( B )。

A．实现对数据库的检索、插入、修改和删除B．描述数据库对象的结构，为用户建立数据库对象提供手段C．用于数据的安全性控制、完整性控制、并发控制和通信控制D．提供数据初始装入、数据转储、数据库恢复、数据库重新组织等手段4.在DBS中，DBMS和OS之间的关系是( B)A. 相互调用B. DBMS调用OSC. OS调用DBMSD. 并发运行5.下列四项中，不属于数据库特点的是( C )。

A.数据共享B.数据完整性C.数据冗余很高D.数据独立性高6.数据库中存储的是( D )。

A.数据B.数据模型C.数据之间的联系D.数据以及数据之间的联系7.数据库中存储的基本对象是__数据以及数据之间的联系___________。

8.数据管理经历了___人工管理、文件系统、数据库系统_三个发展阶段。

9.数据库与文件系统的根本区别是__整体数据结构化________。

10.在文件系统阶段，数据管理的三个主要缺陷是数据冗余高、数据不一致性___和____和数据联系弱_________11.数据库系统提供的数据控制功能主要包括安全性、完整性、并发控制和数据库恢复12.用户与操作系统之间的数据管理软件是___DBMS_________13.数据库系统(DBS)是由硬件、软件（应用系统、开发工具、DBMS、OS）、数据库、数据库用户_四部分组成。

其中最重要的软件是DBMS；最重要的用户是DBA。

14.DBS中负责数据库物理结构与逻辑结构的定义和修改的人员，称为___DBA_____。

15.DBS中使用宿主语言和DML编写应用程序的人员，称为__应用程序员_______。

数据库系统概论复习资料：第一章：三：简答题：1. 什么是数据库?答：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。

数据库是按某种数据模型进行组织的、存放在外存储器上，且可被多个用户同时使用。

因此，数据库具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性。

2. 什么是数据库的数据独立性?答：数据独立性表示应用程序与数据库中存储的数据不存在依赖关系，包括逻辑数据独立性和物理数据独立性。

逻辑数据独立性是指局部逻辑数据结构(外视图即用户的逻辑文件)与全局逻辑数据结构(概念视图)之间的独立性。

当数据库的全局逻辑数据结构(概念视图)发生变化(数据定义的修改、数据之间联系的变更或增加新的数据类型等)时，它不影响某些局部的逻辑结构的性质，应用程序不必修改。

物理数据独立性是指数据的存储结构与存取方法(内视图)改变时，对数据库的全局逻辑结构(概念视图)和应用程序不必作修改的一种特性，也就是说，数据库数据的存储结构与存取方法独立。

3. 什么是数据库管理系统?答：数据库管理系统(DBMS)是操纵和管理数据库的一组软件，它是数据库系统(DBS)的重要组成部分。

不同的数据库系统都配有各自的DBMS，而不同的DBMS各支持一种数据库模型，虽然它们的功能强弱不同，但大多数DBMS的构成相同，功能相似。

一般说来，DBMS具有定义、建立、维护和使用数据库的功能，它通常由三部分构成：数据描述语言及其翻译程序、数据操纵语言及其处理程序和数据库管理的例行程序。

4. 什么是数据字典?数据字典包含哪些基本内容?答：数据字典是数据库系统中各种描述信息和控制信息的集合，它是数据库设计与管理的有力工具，是进行详细数据收集和数据分析所获得的主要成果。

数据字典的基本内容有：数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程5个部分。

第一章补充作业部分：假设教学管理规定：①一个学生可选修多门课，一门课有若干学生选修；②一个教师可讲授多门课，一门课只有一个教师讲授；③一个学生选修一门课，仅有一个成绩。