免费智能真题库 > 历年试卷 > 信息系统管理工程师 > 2019年上半年 信息系统管理工程师 上午试卷 综合知识
  第15题      
  知识点:   数据模型   数据模型的组成要素   数据库   数据库系统   数据模型的三要素
  关键词:   数据库系统   数据模型   数据   数据库        章/节:   数据库系统基本概念       

 
数据库系统中,构成数据模型的三要素是( )。
 
 
  A.  网状模型、关系模型、面向对象模型
 
  B.  数据结构、网状模型、关系模型
 
  C.  数据结构、数据操纵、完整性约束
 
  D.  数据结构、关系模型、完整性约束
 
 
 

 
  第47题    2018年上半年  
   18%
实体联系图中不包括( )。
  第47题    2017年上半年  
   39%
以下不属于实体联系图基本成分的是( )。
  第12题    2017年上半年  
   49%
数据模型的三要素包括( )。
   知识点讲解    
   · 数据模型    · 数据模型的组成要素    · 数据库    · 数据库系统    · 数据模型的三要素
 
       数据模型
        模型是现实世界特征的模拟和抽象,而数据模型(Data Model)也是一种模型,是对现实世界数据特征的抽象。现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。根据模型应用的不同目的,可以将模型划分为两类:第一类是概念模型(也称信息模型),它是按用户的观点来对数据和信息建模,主要用于数据库设计;另一类是数据模型,主要包括网状模型、层次模型、关系模型等,它是按计算机系统的观点对数据建模,主要用于DBMS的实现。数据模型是数据库系统的核心和基础,各种计算机上实现的DBMS软件都是基于某种数据模型的。
               数据模型的组成要素
               数据模型是严格定义的一组概念的集合,这些概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常有数据结构、数据操作和数据的约束条件三个组成要素。
               (1)数据结构。数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库的组成成分,包括两类,一类是与数据类型、内容、性质有关的对象;一类是与数据之间联系有关的对象。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。因此在数据库系统中,人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。例如层次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。数据结构是对系统静态特性的描述。
               (2)数据操作。数据操作是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合,包括操作及有关的操作规则。数据库主要有检索和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则以及实现操作的语言。数据操作是对系统动态特性的描述。
               (3)数据的约束条件。数据的约束条件是一组完整性规则的集合。而数据库的完整性是指数据的正确性和相容性,例如,学生学号必须唯一、性别只能是男或女、本科学生的年龄的取值范围为14~30的整数。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。
               概念模型和E-R图
               (1)基本概念。
               .实体:客观存在并可相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物,也可以是抽象的概念或联系。
               .属性(Attribute):实体所具有的某一特征。一个实体可以由若干个属性来刻画。
               .码(Key):唯一标识实体的属性集。
               .域(Domain):属性的取值范围。
               .实体型(Entity Type):具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体,称为实体型。
               .实体集(Entity Set):同型实体的集合。
               .联系(Relationship):分为实体(型)内部的联系和实体(型)之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。两个实体型之间的联系可以分为:一对一联系(记为1:1)、一对多联系(1:n)和多对多联系(m:n)。
               (2)概念模型的表示方法。
               概念模型的表示方法很多,其中最为著名最为常用的是实体-联系方法(E-R方法,也称为E-R模型),该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。在E-R图中,实体用矩形表示,矩形框内写明实体名;属性用椭圆形表示,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)。同时,如果联系具有属性,则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。
               如下图所示就是用E-R图来表示某个工厂物资管理的概念模型。
               
               工厂物资管理E-R图
               仓库、零件、供应商、项目、职工是物资管理所涉及到的实体。每个实体都有若干属性,例如,仓库的属性是仓库号、面积和电话号码。实体之间具有联系,这些联系分别是:①仓库和零件的多对多联系,一个仓库可以存放多种零件,一种零件可以存放在多个仓库当中,库存量表示某种零件在某个仓库中的数量。②仓库和职工之间的一对多联系,一个仓库有多个职工当仓库保管员,一个职工只能在一个仓库工作。③职工之间的一对多联系,即职工之间具有领导-被领导关系,例如仓库主任领导若干保管员,一个保管员被一个仓库主任领导。④供应商、项目和零件三者之间具有多对多联系,一个供应商可以供给若干项目多种零件,每个项目可以使用不同供应商供应的零件,每种零件可由不同供应商供给。
               可以看出,实体-联系方法是抽象和描述现实世界的有力工具。用E-R图表示的概念模型独立于具体的DBMS所支持的数据模型,它是各种数据模型的共同基础,比数据模型更一般、更抽象、更接近现实世界。
               最常用的数据模型
               目前,数据库领域中最常用的数据模型有四种:层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。
               (1)层次模型。
               层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型,用树型结构来表示各类实体以及实体间的联系。在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型:①有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点成为根结点;②根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。层次数据库系统只能直接处理一对多(包括一对一)的实体联系,但在现实世界中很多联系是非层次的(例如一个结点具有多个双亲时),层次模型在处理多对多联系时,必须首先将其分解成一对多联系,分解方法有冗余结点法和虚拟结点法,但这两种处理方法较笨拙。
               (2)网状模型。
               在数据库中,把满足以下两个条件的基本层次联系集合成为网状模型:①允许一个以上的结点无双亲;②一个结点可以有多于一个的双亲。网状模型比层次模型更具普遍性,层次模型是网状模型的一个特例。可以看出,与层次模型不同,网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一,因此,要为每个联系命名,并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录。
               此类模型的结构复杂,当应用环境扩大时,数据库将变得复杂,最终用户难以掌握。记录之间的联系通过存取路径实现,用户必须了解系统结构的细节,才能在应用程序的编写中选择到适当的路径,加重了编程的负担。
               (3)关系模型。
               关系模型是目前最重要的一种数据模型,关系数据库系统(例如著名的DB2、Oracle、Ingres、 Sybase、 Informix等)采用关系模型为数据的组织方式。关系模型与层次模型和网状模型不同,它建立在严格的数学概念的基础之上,应用数学方法来处理数据库中的数据。在用户观点下,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表,由行和列组成。关系模型概念单一,无论实体还是实体间的联系都是用关系表示,数据结构简单清晰,用户易懂易用。存取路径对用户透明,数据独立性高、安全保密性好,且简化了数据库开发工作。如下图所示是关系模型数据结构的示例。
               
               关系模型数据结构
               一个关系对应一张表,它表示的关系可描述为如下。
               学生(学号,姓名,性别,系名,生日)
               在关系模型中,实体间的联系都是用关系来表示。上图所示的学生、课程、选课的多对多联系在关系模型中可以表示为:
               学生(学号,姓名,性别,系名,生日)
               课程(课程号,课程名,学分)
               选修(学号,课程号,成绩)
 
       数据模型的组成要素
        数据模型是严格定义的一组概念的集合,这些概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常有数据结构、数据操作和数据的约束条件三个组成要素。
        (1)数据结构。数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库的组成成分,包括两类,一类是与数据类型、内容、性质有关的对象;一类是与数据之间联系有关的对象。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。因此在数据库系统中,人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。例如层次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。数据结构是对系统静态特性的描述。
        (2)数据操作。数据操作是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合,包括操作及有关的操作规则。数据库主要有检索和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则以及实现操作的语言。数据操作是对系统动态特性的描述。
        (3)数据的约束条件。数据的约束条件是一组完整性规则的集合。而数据库的完整性是指数据的正确性和相容性,例如,学生学号必须唯一、性别只能是男或女、本科学生的年龄的取值范围为14~30的整数。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。
 
       数据库
        数据库(DataBase,DB)是指长期存储在计算机内的、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、描述和存储,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。
        系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。
 
       数据库系统
        简单地说,数据库系统就是基于数据库的计算机应用系统。这样一个系统包括以下内容。
        ①以数据为主体的数据库。
        ②管理数据库的系统(DBMS)。
        ③支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境。
        ④管理和使用数据库系统的人——数据库管理员。
        1)数据库的定义和特征
        数据库,顾名思义就是存放数据的仓库,这种想当然的理解是不准确的。数据库对应的英文单词是DataBase,如果直译则是数据基地;而数据仓库则另有其词DataWarehouse。所以数据库和数据仓库不是同义词,数据仓库是在数据库技术的基础上发展起来的又一新的应用领域。
        数据库技术发展到今天已经是一门成熟的技术,但却没有一个被普遍接受的、严格的定义。数据库是相互关联数据的集合,这是大家公认的数据库的基本特征之一。下面一段话概括了数据库应该具备的一些特征,也可以把它作为数据库的定义。
        数据库是相互关联数据的集合,它用综合的方法组织数据,具有较小的数据冗余,可供多个用户共享,具有较高的数据独立性,具有安全控制机制,能够保证数据的安全、可靠,允许并发地使用数据库,能有效、及时地处理数据,并能保证数据的一致性和完整性。
        (1)相互关联的数据集合。数据库中的数据不是孤立的,数据与数据之间是相互关联的。也就是说,在数据库中不仅要能够表示数据本身,还要能够表示数据与数据之间的联系。比如在学籍管理中,有学生和课程两类数据,在数据库中除了要存放这两类数据之外,还要存放哪些学生选修了哪些课程或哪些课程由哪些学生选修这样的信息,这就反映了学生数据和课程数据之间的联系。
        (2)用综合的方法组织数据。数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据,如可以用顺序组织方法、索引组织方法、聚集(Cluster)组织方法等。
        (3)低冗余与数据共享。由于在数据库技术之前,数据文件都是独立的,所以任何数据文件都必须含有满足某应用的全部数据。比如,人事部门有一个职工文件,教育部门也有一个职工文件,两个部门的职工文件中都有"职工基本情况"的数据,也就是说这一部分数据是重复存储的,如果还有第三、第四个部门也有类似的职工文件,那么重复存储所造成的空间浪费是很大的。在数据库中,可以共享类似"职工基本情况"这样的共用数据,从而降低数据的冗余度。
        (4)数据具有较高的独立性。数据独立性是指数据的组织和存储方式与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。在数据库技术之前,数据文件的组织方式和应用程序是密切相关的,当改变数据结构时,相应的应用程序也必须随之修改,这样就大大增加了应用程序的开发代价和维护代价。而数据库技术却可以使数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖,从而大大降低应用程序的开发代价和维护代价。
        (5)保证数据的安全、可靠。数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。数据库要有一套安全机制,以便可以有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改;数据库还要有一套完整的备份和恢复机制,以便保证当数据遭到破坏时(软件或硬件故障引起的),能立刻将数据完全恢复,从而保证系统能够连续、可靠地运行。
        (6)最大限度地保证数据的正确性。保证数据正确的特性在数据库中称为数据完整性。在数据库中可以通过建立一些约束条件保证数据库中的数据是正确的。比如输入年龄小于0或者大于200时,数据库能够主动拒绝这类错误。
        (7)数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性。数据库中的数据是共享的,并且允许多个用户同时使用同一数据,这就要求数据库能够协调一致,保证各个用户之间对数据的操作不发生矛盾和冲突,即在多个用户同时使用数据库的情况下,能够保证数据的一致性和正确性。
        2)数据库管理系统
        数据库的各种功能和特性,并不是数据库中的数据所固有的,而是靠管理或支持数据库的系统软件——数据库管理系统(DataBase Management System, DBMS)提供的。一个完备的数据库管理系统应该具备上一节提到的各种功能,其任务就是对数据资源进行管理,并且使之能为多个用户共享,同时还能保证数据的安全性、可靠性、完整性、一致性,并要保证数据的高度独立性。一个数据库管理系统应该具备以下功能。
        (1)数据库定义功能。可以定义数据库的结构和数据库的存储结构,可以定义数据库中数据之间的联系,可以定义数据的完整性约束条件和保证完整性的触发机制等。
        (2)数据库操纵功能。可以完成对数据库中数据的操纵,可以装入、删除、修改数据,可以重新组织数据库的存储结构,可以完成数据库的备份和恢复等操作。
        (3)数据库查询功能。可以以各种方式提供灵活的查询功能,可以使用户方便地使用数据库中的数据。
        (4)数据库控制功能。可以完成对数据库的安全性控制、完整性控制、多用户环境下的并发控制等各方面的控制。
        (5)数据库通信功能。在分布式数据库或提供网络操作功能的数据库中还必须提供数据库的通信功能。
        3)数据库管理员
        从事数据库管理工作的人员称为数据库管理员(DataBase Administrator, DBA)。DBA有大量的工作要做,既有技术方面的工作,又有管理方面的工作,要参加数据库开发和使用的全部工作。总体来说,DBA的工作可以概括如下。
        (1)在数据库规划阶段要参与选择和评价与数据库有关的计算机软件和硬件,要与数据库用户共同确定数据库系统的目标和数据库应用需求,要确定数据库的开发计划。
        (2)在数据库设计阶段要负责数据库标准的制定和共用数据字典的研制,要负责各级数据库模式的设计,要负责数据库安全、可靠方面的设计。
        (3)在数据库运行阶段首先要负责对用户进行数据库方面的培训;要负责数据库的转储和恢复;要负责对数据库中的数据进行维护;要负责监视数据库的性能,并调整、改善数据库的性能,提高系统的效率;要继续负责数据库安全系统的管理;要在运行过程中发现问题、解决问题。
        4)数据库的发展
        数据库的核心任务是数据管理,它包括数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等。数据管理经历了以下3个阶段。
        (1)人工管理阶段。人工管理阶段是指计算机诞生的初期(20世纪50年代中期以前)。这个时期的计算机技术,从硬件看还没有磁盘这样的可直接存取的存储设备,从软件看没有操作系统,更没有管理数据的软件。这个时期数据管理的特点如下。
        ①数据不保存。因为计算机主要用于科学计算,一般也不需要长期保存数据,只是在完成某一个计算或课题时才将数据输入,然后不仅原始数据不保存,计算结果也不保存。
        ②没有文件的概念。这个时期的数据组织必须由每个程序的程序员自行组织和安排。
        ③一组数据对应一个程序。每组数据只对应一个应用,即使两个程序用到相同的数据,也必须各自定义、各自组织,数据无法共享、无法相互利用和互相参照。因此,程序和程序之间有大量的数据重复。
        ④没有形成完整的数据管理的概念。由于以上几个特点及没有对数据进行管理的软件系统,所以这个时期的每个程序都要包括数据存取方法、输入输出方法和数据组织方法等。因为程序是直接面向存储结构的,所以存储结构的任何一点修改,都会导致程序的修改,程序与数据不具有独立性。
        (2)文件系统阶段。文件系统阶段是指20世纪50年代后期到60年代中期这一阶段。从那时起,计算机不仅大量用于科学计算,也开始大量用于信息管理。像磁盘这样的直接存取存储设备也已经出现,在软件方面也有了操作系统和高级语言,还有了专门用于数据管理的软件,即文件系统(或操作系统的文件管理部分)。这个阶段的数据管理具有以下特点。
        ①数据可以长期保存在磁盘上,也可以反复使用,即可以经常对文件进行查询、修改、插入和删除等操作。
        ②操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法,程序和数据之间有了数据存取的接口,程序开始通过文件名和数据打交道,可以不再关心数据的物理存放位置。因此,这时也有了数据的物理结构和数据的逻辑结构的区别。程序和数据之间有了一定的独立性。
        ③文件的形式已经多样化。由于有了磁盘这样的直接存取存储设备,文件也就不再局限于顺序文件,也有了索引文件、链表文件等。因而,对文件的访问可以是顺序访问,也可以是直接访问。但文件之间是独立的,它们之间的联系要通过程序去构造,文件的共享性还比较差。
        ④有了存储文件以后,数据就不再仅仅属于某个特定的程序,而是可以由多个程序反复使用。但文件结构的设计仍然是基于特定的用途,程序仍然是基于特定的物理结构和存取方法编制的。因此,数据的存储结构和程序之间的依赖关系并未根本改变。
        ⑤数据的存取基本上以记录为单位。
        (3)数据库系统阶段。数据库系统阶段从20世纪60年代后期开始,数据库技术的诞生既有计算机技术的发展做依托,又有数据管理的需求做动力。数据库的数据不再是面向某个应用或某个程序,而是面向整个企业(组织)或整个应用。
 
       数据模型的三要素
        数据库结构的基础是数据模型,是用来描述数据的一组概念和定义。数据模型的三要素是数据结构、数据操作和数据的约束条件。
        (1)数据结构。它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。对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合,包括操作及操作规则。如操作有检索、插入、删除和修改,操作规则有优先级别等。数据操作是对系统动态特性的描述。
        (3)数据的约束条件。它是一组完整性规则的集合。也就是说,对于具体的应用数据必须遵循特定的语义约束条件,以保证数据的正确、有效和相容。例如,某单位人事管理中,要求在职的“男”职工的年龄必须大于18岁小于60,工程师的基本工资不能低于1500元,每个职工可担任一个工种,这些要求可以通过建立数据的约束条件来实现。
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