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第4章：数据设计基本测试点的编制
【测试点1】数据库基本概念
【测试点2】数据管理的发展及基本特征
【测试点3】数据系统内部结构体系
【测试点4】数据模型的基本概念
【测试点5】ER模型
【测试点6】层次模型和网络模型
【测试点7】关系模型及相关概念
【测试点8】关系代数
【测试点9】数据库设计与管理
注：至此，二级公共基础知识已经整理完毕。
介绍
【测试点1】数据库基本概念
数据是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。
数据库（DB）是长期存储在计算机中的大量有组织的、可共享的数据的集合。 它具有统一的结构，存储在统一的存储介质中。 它是多个应用程序数据的集成，可供各种应用程序使用。 应用程序是共享的，因此数据库技术的根本目标是解决数据共享问题。
数据库管理系统（DBMS）是数据库的管理组织，负责数据库中的数据组织、数据操作、数据维护、控制和保护以及数据服务等。 数据库管理系统是数据库系统的核心。 数据库系统包括数据库和数据库管理系统。
数据库管理系统功能：
(1)数据模式定义：即为数据库构建其数据框架；
（2）数据访问的物理构建：为数据模式的物理访问和构建提供有效的访问方法和手段；
（3）数据操作：为用户使用数据库数据提供便利，如查询、插入、修改、删除等，以及简单的算术运算和统计；
(4) 数据完整性和安全性定义和检查；
(5)数据库并发控制和故障恢复；
（6）数据服务：如复制、传输、重组、性能监控、分析等。
为了完成数据库管理系统的功能，数据库管理系统提供了相应的数据语言：
数据定义语言（DDL）：负责数据模式定义和数据物理访问构建。
数据操作语言（DML）：负责数据的操作。
数据控制语言（DCL）：负责数据完整性、安全性、并发控制、故障恢复等功能的定义和检查。
数据语言在使用上有两种结构形式：交互式命令语言（自包含和自治语言）和托管语言。
数据库管理员（DBA）的工作：数据库设计、数据库维护、提高系统性能、提高系统效率。
数据库系统（DBS）是指将数据库引入计算机系统后的系统。 它一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户组成。
数据库应用系统（DBAS）由数据库系统加上应用软件和应用接口组成。 具体包括：数据库、数据库管理系统、数据库管理员、硬件平台、软件平台、应用软件、应用接口。
【测试点2】数据管理的发展及基本特征
数据管理技术的发展经历了手工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段三个阶段。 数据独立性最高的阶段是数据库系统阶段。
手工管理阶段的特点：（1）计算机系统不提供用户数据的管理功能（2）数据不能共享（3）数据不单独保存。
文件系统阶段的缺陷：（1）数据冗余（2）不一致（3）数据连接弱。
数据库系统的发展阶段：第一代网络化、层次化数据库系统； 第二代关系数据库系统； 以面向对象模型为主要特征的第三代数据库系统。
数据库系统的基本特征：
（1）数据高度集成（2）数据高度共享、低冗余（3）数据独立性高（4）数据统一管控。
数据独立性是数据和程序之间的相互独立性，即数据库中的数据独立于应用程序，不依赖于应用程序。
数据独立性一般分为两种：物理独立性和逻辑独立性。
（1）物理独立性：当数据的物理结构（包括存储结构、访问方式等）发生变化时，其逻辑结构和应用程序不需要改变。
(2)逻辑独立性：如果数据的逻辑结构发生变化，例如修改数据模式、添加新的数据类型、改变数据之间的关系等，用户的应用程序可以保持不变。
【测试点3】数据系统内部结构体系
1、数据系统三层模型：
(1)概念模式，也称为逻辑模式，是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是所有用户共同的数据视图。 数据库只有一种概念模式。
(2)外部模式，也称为子模式，是数据库用户可以看到和使用的本地数据的逻辑结构和特征的描述。 一个概念模式可以有多个外部模式。
(3)内部模式也称为物理模式，提供数据库的物理存储结构和物理访问方法。 数据库只有一个内部模式。
内部模式位于最底层，反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式。 概念模式位于中间层，反映了设计者对数据的全局逻辑要求。 外部模式位于最外层，反映了用户对数据的理解。 数据要求。
2、数据库系统的二级映射（详见教材第55页）
两级映射保证了数据库系统中数据的独立性。
(1)概念图式到内部图式的映射。 这种映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构与数据的物理存储结构之间的对应关系；
(2)从外部图式到概念图式的映射。 概念模式是全局模式，外部模式是用户的本地模式。 一个概念模式中可以定义多个外部模式，每个外部模式都是概念模式的一个基本视图。
【测试点4】数据模型的基本概念
数据模型分为不同的应用级别：
概念数据模型：简称概念模型，是面向客观世界、面向用户的模型。 不涉及具体的硬件环境和平台，与具体的软件环境无关。 它是整个数据模型的基础。
逻辑数据模型：也称为数据模型，是面向数据库的模型。 它分为层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型。 其中，层次模型和网络模型统称为非关系模型。 层次模型使用树结构来表示实体之间的关系。
物理数据模型：也称为物理模型，是面向计算机物理表示的模型。
【测试点5】ER模型
1. ER模型的基本概念
(1)实体：现实世界中的事物可以抽象为实体。 实体是概念世界中的基本单位。 它们是客观存在的、可以相互区别的事物。
（2）属性：现实世界中的事物具有一些特征，这些特征可以用属性来表示。
(3)代码：唯一标识一个实体的属性集合称为代码。
(4)定义域：属性的取值范围称为属性的定义域。
(5)联系：现实世界中事物之间的关联称为联系。
两个实体集之间的关系实际上是实体集之间的函数关系。 该功能关系可以是以下类型：一对一关系、一对多或多对一关系以及多对多关系。
2. ER模型的图形表示
ER模型由ER图表示，其中包含表示实体集、属性和关系的方法。
(1)实体的表示：用一个矩形来表示实体集，并在矩形内写上实体集的名称。
(2)属性的表示：用椭圆来表示属性，在椭圆内写上属性的名称。
（3）联系人的表示：用菱形代表联系人，在菱形内写上联系人姓名。
【测试点6】层次模型和网络模型
层次模型是有根的有向有序树，是数据库系统中最早的数据模型。 网络模型对应于有向图。
层次模型和网络模型分别应满足的条件
型号名称
满足条件
层次模型
(1) 存在且仅有一个没有父节点的节点。 该节点称为根节点。
(2)根节点以外的节点有且只有一个父节点
网格模型
(1)允许多个节点没有父节点
(2) 一个节点可以有多个父节点
【测试点7】关系模型及相关概念
关系模式由二维表表示，由三部分组成：关系数据结构、关系操作和关系完整性约束。 在关系数据库中，关系用于表示实体之间的联系。
关系：关系对应一个二维表。 关系是一个二维表，但二维表不一定是关系。
元组：表中的一行是一个元组。
属性：表中的一列是一个属性。 给每个属性起一个名字，这就是属性名。
组件：元组中的属性值，是不可分割的基础数据项。
域：属性的取值范围。
二维表中唯一标识一个元组的最小属性值称为表的键或码。 一个二维表中可能存在多个键，这些键称为候选键或表的候选键。 从二维表中所有候选键中选择一个键作为用户使用的键，称为主键或主键。 如果A表中设置的某个属性是B表的键，那么该属性值就称为A的外键或外键。
关系操作：数据查询、数据删除、数据插入、数据修改。
关系模型允许定义三种类型的数据约束，即实体完整性约束、引用完整性约束和用户定义的完整性约束。 其中，实体完整性约束和参照完整性约束是必须满足的完整性约束。 参照完整性约束不允许关系应用于不存在的元组。 实体完整性约束要求关系主键中的属性值不能为空公共基础题库软件，这是数据库完整性最基本的要求。
【测试点8】关系代数
关系代数是一种抽象的查询语言。 关系代数的操作数是关系，运算结果也是关系。 操作数、运算符和结果是运算的三大要素。 集合运算符、专用运算符、算术比较运算符和逻辑运算符。
关系模型的基本操作：（1）插入（2）删除（3）修改（4）查询（包括投影、选择、笛卡尔积操作）以及扩展操作交、除、连接和自然连接操作。
关系代数的五种基本运算中，并、差、交、笛卡尔积都是二元运算。
假设关系 R 和 S 具有相同的关系模式
1.并集：R和S的并集是属于R或属于S的所有元组组成的集合。
2.差异：R和S的差异是属于R但不属于S的元组组成的集合。
3、笛卡尔积：设R和S的元素分别为r和s。 R 和 S 的笛卡尔积是 (r+s) 个元素的元组集合。 每个元组的前r个分量来自R的一个元组，后s个分量来自S的一个元组。运算后得到的新表的元组个数为R*S，属性为r+ s。
4.交集：属于R和S的元组的集合。
5.投影：一元运算，垂直切割关系，消除某些列，重新排列顺序。
6、选择：一元运算，按照一定条件水平分割关系。 即选择满足条件的元组。
7.除法：给定关系R（X，Y）和S（Y，Z），其中X，Y，Z是属性组，R中的Y和S中的Y可以有不同的属性名称，但它们必须来自相同的域集。
8、连接：也叫theta连接运算，是一种二元运算。 其操作是从两个关系的笛卡尔积中选择属性之间满足一定条件的元组，将它们合并为一个大关系。 连接操作包括相等连接和不等连接。 join操作后得到的新表的属性是操作前表中属性的相加。 即多于原始关系中的属性数量。
9.自然连接：自然连接满足的条件是（1）两个关系之间存在公共域（2）通过公共域的相等值进行连接。
【测试点9】数据库设计与管理
数据库设计有两种方法，面向数据的方法和面向过程的方法。
面向数据的方法注重信息需求并考虑处理需求； 面向过程的方法注重处理需求并考虑信息需求。 由于系统中数据的稳定性较高，数据成为系统的核心，因此面向数据的设计方法已成为主流。
目前数据库设计一般采用生命周期方法，将整个数据库应用系统的开发分解为几个具有独立目标的阶段。 分别是：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段。
通过模式分解，一个较低层范式的关系模式可以转化为多个高层范式的关系模式的集合。 这个过程称为标准化。
概念结构设计是将需求分析阶段获得的用户需求抽象为信息结构，即概念模型的过程。 它是整个数据库设计的关键。
逻辑结构设计的任务是将ER图转换为关系数据模型的过程。
数据库的物理结构是指数据库在物理设备上的存储结构和访问方式。 这取决于给定的计算机系统。
常用的访问方法：索引法、聚类法和HASH法。
数据库管理内容：
(1)数据库的建立，这是数据库管理的核心，包括数据模式的建立和数据的加载。
(2)数据库重组。
(3)数据库安全控制。
(4)数据库完整性控制。 数据库完整性是指数据的正确性和兼容性。
(5)数据库故障恢复。
(6)数据库监控。
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