数据库概念结构设计

‘壹’ 数据库概念结构设计

得到上面的数据项和数据结构以后，就可以设计出能够满足用户需求的各种实体以及它们之间的关系，为后面的逻辑结构设计打下基础。这些实体包含各种具体信息，通过相互之间的作用形成数据的流动。

根据上面的设计规划出的实体有: 突水点、评价单元、研究矿区。

‘贰’ 数据库结构设计包括哪些

数据组织是数据管理的基础
数据组织结构
设计是指按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程。
数据库结构设计主要包括：
概念结构设计
逻辑结构设计
物理结构设计

‘叁’ 数据库概念结构设计和逻辑结构设计的区别

逻辑结构设计。根据已经建立的概念数据模型，以及所采用的某个数据库管理系统软件的数据模型特性，按照一定的转换规则
把概念模型转换为这个数据库管理系统所能够接受的逻辑数据模型。
不同的数据库管理系统提供了不同的逻辑数据模型，如层次模型、网状模型、关系模型等。

‘肆’ 数据库概念设计的方法是什么

数据库概念构设计的任务是在需求分析阶段产生的需求说明书的基础上，按照特定的方法把它们抽象为一个不依赖于任何具体机器的数据模型，即概念模型。

概念模型使设计者的注意力能够从复杂的实现细节中解脱出来，而只集中在最重要的信息的组织结构和处理模式上。

‘伍’ 什么是数据库的概念结构

={ E→G，G→E，F→（E，G），H→（E，G），
（F，H）→E}
（1）求出R的所有候选关键字；
（2）根据函数依赖关系，确定关系模式R属于第几范式；
（3）将R分解为3NF，并保持无损连接性和函数依赖保持性；
（4）求出F的最小函数依赖集。
参考答案：
（1）R的候选关键字为：（F，H）
（2）R为：1NF
（3）分解为：
（，）、（，）、（，）、（，{}）
（4）最小函数依赖集为：
按定理4.3,求最小函数依赖集步骤：
F=
=
=
10、试问下列关系模式最高属于第几范式，并解释其原因。
（1）R（A，B，C，D），F=。
（2）R（A，B，C，D，E），F=。
（3）R（A，B，C，D），F=。
（4）R（A，B，C），F=。
（5）R（A，B，C），F=。
（6）R（A，B，C，D），F=。
（7）R（A，B，C，D），F=。
参考答案：
只依次写出候选关键字与范式等级（范式按定义判定，具体略）
（1）AB 1NF
（2）AB，E 2NF
（3）AB，AD 3NF
（4）A，B BCNF
（5）C 2NF
（6）AD 1NF
（7）AD 1NF

二、填空题
1、对数据库的保护一般包括 安全性 、 完整性 、 并发控制 和 数据恢复 四个方面的内容。
2、对数据库 安全 性的保护就是指要采取措施，防止库中数据被非法访问、修改，甚至恶意破坏。
3、安全性控制的一般方法有 用户标识和鉴别 、 用户存取权限控制 、 视图机制 、
数据加密 和 审计 五种。
4、用户鉴定机制包括 用户标识定义 和 用户身份验证 两个部分。
5、每个数据均需指明其数据类型和取值范围，这是数据 完整性 约束所必需的。
6、在SQL中， COMMIT 语句用于提交事务， ROLLBACK 语句用于回滚事务。
7、加锁对象的大小被称为加锁的 粒度 。
8、对死锁的处理主要有两类方法，一是 预防死锁的发生 ，二是 检测死锁发现后予以消除死锁 。
9、解除死锁最常用的方法是 撤消一些陷入死锁的事务 。
10、基于日志的恢复方法需要使用两种冗余数据，即 后备数据库 和 日志文件 。

三、简单题
1、简述数据库保护的主要内容。
对数据库的保护一般包括4个方面的内容，一是对数据库完整性的保护，即保证库中的数据是正确的和相容的，符合完整性约束条件的；二是对数据库安全性的保护，即防止库中数据被非法访问、修改，甚至恶意破坏；三是对并发的事务进行控制，保证数据库的一致性；四是在发生故障后，对数据库进行恢复，尽量减少故障造成的损失。
2、什么是数据库的安全性？简述DBMS提供的安全性控制功能包括哪些内容。
解：
（1）数据库的安全性是指保护数据库以防止非法使用所造成数据的泄露、更改或破坏。
（2）常采取的安全保护措施有用户鉴定、存取控制、视图保护、审计和数据加密等。
4、什么是数据库的完整性？DBMS提供哪些完整性规则，简述其内容。
（1）数据库的完整性是指保护数据库中数据的正确性、有效性和相容性，防止错误的数据进入数据库造成无效操作。
（2）DBMS提供实体完整性规则、参照完整性规则及用户自定义完整性规则
为保障数据库的完整性，数据库管理系统应提供完整性约束的定义机制和检查机制。
5、数据库的安全性保护和完整性保护有何主要区别?
解：
数据库的完整性和安全性是数据库保护的两个不同的方面。
安全性是保护数据库，以防止非法使用所造成数据的泄露、更改或破坏，安全性措施的防范对象是非法用户和非法操作；完整性是防止合法用户使用数据库时向数据库中加入不符合语义的数据，完整性措施的防范对象是不合语义的数据，即不正确的数据。
6、什么是事务？简述事务的ACID特性，事务的提交和回滚是什么意思？
解：
（1）事务是数据库系统中执行的一个工作单位，它是由用户定义的一组操作序列组成。
一个事务可以是一组SQL语句、一条SQL语句或整个程序，一个应用程序可以包括多个事务。事务的开始与结束可以由用户显式控制。如果用户没有显式地定义事务，则由DBMS按照缺省规定自动划分事务。
（2）事务是由有限的数据库操作序列组成，但并不是任意的数据库操作序列都能成为事务，为了保护数据的完整性，一般要求事务具有以下四个特征：
1）原子性（Atomicity）2）一致性（Consistency）3）隔离性（Isolation）4）持久性（Durability）事务上述四个性质的英文术语的第一个字母分别为A、C、I、D。因此，这四个性质也称为事务的ACID准则。
（3）
COMMIT表示事务的提交，即将事务中所有对数据库的更新写回到磁盘上的物理数据库中去，此时事务正常结束；
ROLLBACK表示事务的回滚，即在事务运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的更新操作全部撤销，再回滚到事务开始时的状态。
7、数据库管理系统中为什么要有并发控制机制？
解：
每个用户在存取数据库中的数据时，可能是串行执行，即每个时刻只有一个用户程序运行，也可能是多个用户并行地存取数据库。数据库的最大特点之一就是数据资源是共享的，串行执行意味着一个用户在运行程序时，其他用户程序必须等到这个用户程序结束才能对数据库进行存取，这样数据库系统的利用率会极低。因此，为了充分利用数据库资源，很多时候数据库用户都是对数据库系统并行存取数据，但这样就会发生多个用户并发存取同一数据块的情况，如果对并发操作不加控制可能会产生操作冲突，破坏数据的完整性。即发生所谓的丢失更新、污读、不可重读等现象。
（2）实现并发控制的方法主要有两种：封锁（Lock）技术和时标（Timestamping）技术。
9、什么是封锁？封锁的基本类型有哪几种？含义是什么？
解：
（1）所谓封锁就是当一个事务在对某个数据对象（可以是数据项、记录、数据集、以至整个数据库）进行操作之前，必须获得相应的锁，以保证数据操作的正确性和一致性。
（2）基本的封锁类型有两种：排它锁和共享锁。
1）排它锁（Exclusive Lock）：排它锁又称写锁，简称为X锁，其采用的原理是禁止并发操作。当事务T对某个数据对象R实现X封锁后，其他事务要等T解除X封锁以后，才能对R进行封锁。这就保证了其他事务在T释放R上的锁之前，不能再对R进行操作。
2）共享锁（Share Lock）：共享锁又称读锁，,简称为S锁，其采用的原理是允许其他用户对同一数据对象进行查询，但不能对该数据对象进行修改。当事务T对某个数据对象R实现S封锁后，其他事务只能对R加S锁，而不能加X锁，直到T释放R上的S锁。这就保证了其他事务在T释放R上的S锁之前，只能读取R，而不能再对R作任何修改。
11、什么是活锁？如何处理？
解：
（1）封锁技术可有效解决并行操作引起的数据不一致性问题，但也可产生新的问题，即可能产生活锁和死锁问题。
活锁（Livelock）：当某个事务请求对某一数据的排它性封锁时，由于其他事务一直优先得到对该数据的封锁与操作而使这个事务一直处于等待状态，这种状态形成活锁。
（2）避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略，按照请求封锁的次序对事务排队，一旦记录上的锁释放，就使申请队列中的第一个事务获得锁。
12、什么是死锁？消除死锁的常用方法有哪些？请简述之。
（1）在同时处于等待状态的两个或多个事务中，每个事务都在等待其中另一个事务解除封锁，它才能继续执行下去，造成任何一个事务都无法继续执行，这种状态称为死锁。
（2）发生死锁的必要条件有以下四条：
①互斥条件②不可抢占条件③部分分配条件：④循环等待条件
①一次加锁法
一次加锁法是每个事物必须将所有要使用的数据对象全部依次加锁，并要求加锁成功，只要一个加锁不成功，表示本次加锁失败，则应该立即释放所有已加锁成功的数据对象，然后重新开始从头加锁。
②顺序加锁法
顺序加锁法是预先对所有可加锁的数据对象规定一个加锁顺序，每个事务都需要按此顺序加锁，在释放时，按逆序进行。
14、数据库运行过程中可能产生的故障有哪几类
（1）数据库运行过程中可能会出现各种各样的故障，这些故障可分为以下三类：事务故障、系统故障和介质故障。
16、什么是日志文件？为什么要在系统中建立日志文件？
解：
（1）日志文件是用来记录事务对数据库的更新操作的文件。对数据库的每次修改，都将把被修改项目的旧值和新值写在一个叫做运行日志的文件中，目的是为数据库的恢复保留依据。
典型的日志文件主要包含以下内容：1）更新数据库的事务标识（标明是哪个事务）；2）操作的类型（插入、删除或修改）；3）操作对象；4）更新前数据的旧值（对于插入操作而言，没有旧值）；5）更新后数据的新值（对于删除操作而言，没有新值）；6）事务处理中的各个关键时刻（事务的开始、结束及其真正回写的时间）。
二、填空题
1、在设计分E-R图时，由于各个子系统分别面向不同的应用，所以各个分E-R图之间难免存在冲突，这些冲突主要包括 命名冲突 、 属性冲突 和 结构冲突 三类。
2、数据字典中的 数据项 是不可再分的数据单位。
3、若在两个局部E-R图中都有实体“零件”的“重量”属性，而所用重量单位分别为公斤和克，则称这两个E-R图存在 属性 冲突。
5、确定数据库的物理结构主要包括三方面内容，即： 确定数据存放位置和存储结构 、 确定数据存取方法 和 系统配置 。
6、将关系R中在属性A上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块上，称为对关系R基于属性A进行 聚簇 。
7、数据库设计的重要特点之一要把 结构（数据） 设计和 行为（处理） 设计密切结合起来，并以 结构（数据） 为核心而展开。
8、数据库设计一般分为如下六个阶段： 需求分析 、 概念结构设计 、 逻辑结构设计 、数据库物理设计、数据库实施、数据库运行与维护。
9、概念设计的结果是得到一个与 计算机与DBMS 无关的模型。
10、在数据库设计中， 数据字典 是系统各类数据的描述的集合。

三、简答题
1、数据库设计分为哪几个了阶段？每个阶段的主要工作是什么？
解：
(1) 按照规范化的设计方法，以及数据库应用系统开发过程，数据库的设计过程可分为以下六个设计阶段需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库的实施、数据库运行和维护。
(2) 以下是数据库设计六个步骤的具体内容：
1、需求分析阶段2、概念结构设计阶段3、逻辑结构设计阶段4、物理设计阶段
5、数据库实施阶段6、数据库运行与维护阶段
5、什么是E-R图？构成E-R图的基本要素是什么？
（1）E-R图即是实体-联系图，是信息世界概念模型的一种。
（2）E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法。
实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。
属性：用椭圆表示，椭圆形内写明属性名。并用无向边将其与相应的实体连接起来。
联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1：1、1：n或m：n）。

6、用E-R图表示概念模式有什么好处？
解：
概念模式是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象。将概念结构设计从设计过程中独立出来，可以带来以下好处：
(1) 任务相对单一化，设计复杂程度大大降低，便于管理。
(2) 概念模式不受具体的DBMS的限制，也独立于存储安排和效率方面的考虑，因此，更稳定。
(3) 概念模型不含具体DBMS所附加的技术细节，更容易被用户理解，因而更能准确的反映用户的信息需求。
8、一个图书馆理系统中有如下 信息：
图书：书号、书名、数量、位置
借书人：借书证号、姓名、单位
出版社：出版社名、邮编、地址、电话、E-mail
其中约定：任何人可以借多种书，任何一种书可以被多个人借，借书和还书时，要登记相应的借书日期和还书日期；一个出版社可以出版多种书籍，同一本书仅为一个出版社所出版，出版社名具有惟一性。
根据以上情况，完成如下设计：
（1）设计系统的E-R图；
（2）将E-R图转换为关系模式；
（3）指出转换后的每个关系模式的关系键。
解：

（1）

（2）与（3）（带下划线的为主码）
借书人（借书证号，姓名，单位）
借阅（借书证号，书号，借书日期，还书日期）
图书（书号，书名，数量，位置）
出版（书号，出版社名）
出版社（出版社名，邮编，地址，电话，E-mail）

‘陆’ 什么是数据库的概念结构 试述其特点和设计策略

数据库设计6个基本步骤:需求分析;概念结构设计;逻辑结构设计;物理结构设计;数据库实施;数据库运行和维护。
特点: (1) 能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求，是对现实世界的一个真实模型;2馆
(2)易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的积极参与是数据库设计2成功的关键;
(3)易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充;
(4)易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。概念结构的设计策略通常有四种。设计策略:(1)自顶向下，即首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化;
(2)自底向上，即首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念继构;(3)逐步扩张，首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生求其他概念结构，直至总体概念结构;
(4)混合策略，即将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结格框架，以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。

‘柒’ 数据库设计中概念结构设计指的是什么

一般开发一个数据库,要进行设计.主要步骤有需求分析,概念结构设计,逻辑结构设计,物理结构设计,数据库实施,数据库运行与维护.物理结构设计就是其中的一步.
数据库的物理结构设计是对已经确定的逻辑数据结构,利用DBMS（数据库管理系统）所提供的方法、技术,以较优的数据存储结构、数据存取路径、合理的数据存放位置以及存储分配,设计出一个高效的、可以实现的物理数据结构.通俗一点说,就是对已经设计好了的逻辑结构,设计出相应的且比较优化的物理结构,设计出的物理结构可以数据存储,该结构中要有实现数据存储、数据存取路径、数据存放位置、存储分配等几个模块.

‘捌’ 什么是数据库的逻辑结构设计试述其设计步骤。

逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。
步骤：
（1）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型；
（2）将转换来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换；
（3）对数据模型进行优化。

‘玖’ 为什么数据库的概念结构设计要从系统分析阶段开始

按照规范的设计方法，一个完整的数据库设计一般分为以下六个阶段：
⑴需求分析：分析用户的需求，包括数据、功能和性能需求；
⑵概念结构设计：主要采用E-R模型进行设计，包括画E-R图；
⑶逻辑结构设计：通过将E-R图转换成表，实现从E-R模型到关系模型的转换；
⑷数据库物理设计：主要是为所设计的数据库选择合适的存储结构和存取路径；
⑸数据库的实施：包括编程、测试和试运行；
⑹数据库运行与维护：系统的运行与数据库的日常维护。

‘拾’ 什么是数据库的概念设计，逻辑设计，物理设计，以及

数据库设计过程包括：
现实世界→需求分析→概念设计→逻辑设计→物理设计
概念设计——利用数据模型进行概念数据库的模式设计。它不依赖任何DBMS（数据库管理系统）常用的数据模型为ERM（实体联系模型），用到的术语有：实体、属性、联系、键。
逻辑设计——把概念设计得到的概念数据库模式变为逻辑数据模式，它依赖于DBMS。用到的术语有：函数依赖、范式、关系分解。

物理结构设计——指的是根据数据库的逻辑结构来选定RDBMS（如Oracle、Sybase等），并设计和实施数据库的存储结构、存取方式等。
确定数据库的物理结构包含下面四方面的内容：
1、确定数据的存储结构；
2、设计数据的存取路径；
3、确定数据的存放位置；
4、确定系统配置。
数据库物理设计过程中需要对时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求进行权衡，选择一个优化方案作为数据库物理结构。在数据库物理设计中，最有效的方式是集中地存储和检索对象。