什么是数据库的概念设计、逻辑设计、物理设计，以及三者的关系

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.

数据库设计可以分为概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计三个阶段。

（1）概念结构设计。这是数据库设计的第一个阶段，在管理信息系统的分析阶段，已经得到了系统的数据流程图和数据字典，现在要结合数据规范化的理论，用一种数据模型将用户的数据需求明确地表示出来。

概念数据模型是面向问题的模型，反映了用户的现实工作环境，是与数据库的具体实现技术无关的。建立系统概念数据模型的过程叫做概念结构设计。

（2）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。

（3）物理结构设计。为一个确定的逻辑数据模型选择一个最适合应用要求的物理结构的过程，就叫做数据库的物理结构设计。数据库在物理设备上的存储结构和存取方法称为数据库的物理数据模型。

数据库(Database)是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它产生于距今六十多年前，随着信息技术和市场的发展，特别是二十世纪九十年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛的应用。

在信息化社会，充分有效地管理和利用各类信息资源，是进行科学研究和决策管理的前提条件。数据库技术是管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统等各类信息系统的核心部分，是进行科学研究和决策管理的重要技术手段。

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。

数据库设计的基本步骤如下：

1、安装并打开MySQL WorkBench软件以后，在软件的左侧边栏有三个选项，分别是对应“连接数据库”、“设计数据库”、“迁移数据库”的功能。这类选择第二项，设计数据库，点击右边的“＋”号，创建models。

2、进入MySQL Model界面后，点击“Add Diagram"。

3、然后就进入了EER Diagram的设计页面。可以从左侧的图标中选择要创建的资源。鼠标停留在图标上3秒后，会提示资源的类型。选择资源后，可以在设计页面上方选择属性。

4、这里添加了一张数据库表，添加后，双击，在页面的底部会出现数据库表的编辑框。

5、这里创建一张user表，设置了id、name、age三列。

6、还可以创建外键，左侧提供了四种外键类型。点击后，只需要用鼠标分别选中要关联的两个表即可。Workbench会自动生成对应的外键。

7、在文件、导出中，可以选择导出为sql脚本。

8、下图是导出过程sql脚本的过程。

数据库设计的四个阶段是：

1、系统需求分析阶段：数据库设计的第一步，就是了解与分析用户需求，确定系统边界信息需求、处理需求、安全性和完整性需求，然后编写系统分析报告。

2、概念结构设计阶段：概念结构设计，就是将上一阶段通过需求分析得到的用户需求抽象为概念结构，或称为概念模型（整个过程，其实就是我们前面提到的自底向上的分析）。描述概念模型的有力工具是E-R模型。

3、逻辑结构设计阶段：数据库逻辑设计，则是将上一阶段的概念结构转换成特定DBMS所支持的数据模型的过程。

4、物理结构设计阶段：物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。

数据库设计的基本步骤

按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下6个阶段

1.需求分析

2.概念结构设计

3.逻辑结构设计

4.物理结构设计

5.数据库实施

6.数据库的运行和维护

数据库设计通常分为6个阶段1分析用户的需求，包括数据、功能和性能需求；2概念结构设计：主要采用E-R模型进行设计，包括画E-R图；3逻辑结构设计：通过将转换成表，实现从E-R模型到关系模型的转换；4：主要是为所设计的数据库选择合适的和存取路径；5数据库的实施：包括编程、测试和试运行；6数据库运行与维护：系统的运行与数据库的日常维护。）,主要讨论其中的第3个阶段,即逻辑设计。 

在数据库设计过程中，需求分析和概念设计可以独立于任何数据库管理系统进行，逻辑设计和物理设计与选用的DAMS密切相关。

1.需求分析阶段（常用自顶向下）

进行数据库设计首先必须准确了解和分析用户需求（包括数据与处理）。需求分析是整个设计过程的基础，也是最困难，最耗时的一步。需求分析是否做得充分和准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做的不好，会导致整个数据库设计返工重做。

需求分析的任务，是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新的系统功能，新系统还得充分考虑今后可能的扩充与改变，不仅仅能够按当前应用需求来设计。

调查的重点是，数据与处理。达到信息要求，处理要求，安全性和完整性要求。

分析方法常用SA(Structured  Analysis) 结构化分析方法，SA方法从最上层的系统组织结构入手，采用自顶向下，逐层分解的方式分析系统。

数据流图表达了数据和处理过程的关系，在SA方法中，处理过程的处理逻辑常常借助判定表或判定树来描述。在处理功能逐步分解的同事，系统中的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图。系统中的数据则借助数据字典（data dictionary，DD）来描述。数据字典是系统中各类数据描述的集合，数据字典通常包括数据项，数据结构，数据流，数据存储，和处理过程5个阶段。

2.概念结构设计阶段（常用自底向上）

概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合，归纳与抽象，形成了一个独立于具体DBMS的概念模型。

设计概念结构通常有四类方法：

自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架，再逐步细化。

自底向上。即首先定义各局部应用的概念结构，然后再将他们集成起来，得到全局概念结构。

逐步扩张。首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩张，以滚雪球的方式逐步生成其他的概念结构，直至总体概念结构。

混合策略。即自顶向下和自底向上相结合。

3.逻辑结构设计阶段（E-R图）

逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并将进行优化。

在这阶段，E-R图显得异常重要。大家要学会各个实体定义的属性来画出总体的E-R图。

各分E-R图之间的冲突主要有三类：属性冲突，命名冲突，和结构冲突。

E-R图向关系模型的转换，要解决的问题是如何将实体性和实体间的联系转换为关系模式，如何确定这些关系模式的属性和码。

4.物理设计阶段

物理设计是为逻辑数据结构模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。

首先要对运行的事务详细分析，获得选择物理数据库设计所需要的参数，其次，要充分了解所用的RDBMS的内部特征，特别是系统提供的存取方法和存储结构。

常用的存取方法有三类：1.索引方法，目前主要是B+树索引方法。2.聚簇方法（Clustering）方法。3.是HASH方法。

5.数据库实施阶段

数据库实施阶段，设计人员运营DBMS提供的数据库语言（如sql）及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制和调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

6.数据库运行和维护阶段

数据库应用系统经过试运行后，即可投入正式运行，在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价，调整，修改。

数据库设计5步骤

Five Steps to design the Database

1.确定entities及relationships

a)    明确宏观行为。数据库是用来做什么的？比如，管理雇员的信息。

b)    确定entities。对于一系列的行为，确定所管理信息所涉及到的主题范围。这将变成table。比如，雇用员工，指定具体部门，确定技能等级。

c)    确定relationships。分析行为，确定tables之间有何种关系。比如，部门与雇员之间存在一种关系。给这种关系命名。

d)    细化行为。从宏观行为开始，现在仔细检查这些行为，看有哪些行为能转为微观行为。比如，管理雇员的信息可细化为：

·         增加新员工

·         修改存在员工信息

·         删除调走的员工

e)    确定业务规则。分析业务规则，确定你要采取哪种。比如，可能有这样一种规则，一个部门有且只能有一个部门领导。这些规则将被设计到数据库的结构中。

====================================================================

范例：

ACME是一个小公司，在5个地方都设有办事处。当前，有75名员工。公司准备快速扩大规模，划分了9个部门，每个部门都有其领导。

为有助于寻求新的员工，人事部门规划了68种技能，为将来人事管理作好准备。员工被招进时，每一种技能的专业等级都被确定。

定义宏观行为

一些ACME公司的宏观行为包括：

● 招聘员工

● 解雇员工

● 管理员工个人信息

● 管理公司所需的技能信息

● 管理哪位员工有哪些技能

● 管理部门信息

● 管理办事处信息

确定entities及relationships

我们可以确定要存放信息的主题领域(表)及其关系，并创建一个基于宏观行为及描述的图表。

我们用方框来代表table，用菱形代表relationship。我们可以确定哪些relationship是一对多，一对一，及多对多。

这是一个E-R草图，以后会细化。

细化宏观行为

以下微观行为基于上面宏观行为而形成：

● 增加或删除一个员工

● 增加或删除一个办事处

● 列出一个部门中的所有员工

● 增加一项技能

● 增加一个员工的一项技能

● 确定一个员工的技能

● 确定一个员工每项技能的等级

● 确定所有拥有相同等级的某项技能的员工

● 修改员工的技能等级

这些微观行为可用来确定需要哪些table或relationship。

确定业务规则

业务规则常用于确定一对多，一对一，及多对多关系。

相关的业务规则可能有：

● 现在有5个办事处；最多允许扩展到10个。

● 员工可以改变部门或办事处

● 每个部门有一个部门领导

● 每个办事处至多有3个电话号码

● 每个电话号码有一个或多个扩展

● 员工被招进时，每一种技能的专业等级都被确定。

● 每位员工拥有3到20个技能

● 某位员工可能被安排在一个办事处，也可能不安排办事处。

2.确定所需数据

要确定所需数据：

a)    确定支持数据

b)    列出所要跟踪的所有数据。描述table(主题)的数据回答这些问题：谁，什么，哪里，何时，以及为什么

c)    为每个table建立数据

d)    列出每个table目前看起来合适的可用数据

e)    为每个relationship设置数据

f)    如果有，为每个relationship列出适用的数据

确定支持数据

你所确定的支持数据将会成为table中的字段名。比如，下列数据将适用于表Employee，表Skill，表Expert In。

Employee

   

Skill

   

Expert In

   

ID

   

ID

   

Level

   

Last Name

   

Name

   

Date acquired

   

First Name

   

Description

       

Department

           

Office

           

Address

           

如果将这些数据画成图表，就像：

 

需要注意： 

● 在确定支持数据时，请一定要参考你之前所确定的宏观行为，以清楚如何利用这些数据。 

● 比如，如果你知道你需要所有员工的按姓氏排序的列表，确保你将支持数据分解为名字与姓氏，这比简单地提供一个名字会更好。 

● 你所选择的名称最好保持一致性。这将更易于维护数据库，也更易于阅读所输出的报表。 

● 比如，如果你在某些地方用了一个缩写名称Emp_status，你就不应该在另外一个地方使用全名(Empolyee_ID)。相反，这些名称应当是Emp_status及Emp_id。 

● 数据是否与正确的table相对应无关紧要，你可以根据自己的喜好来定。在下节中，你会通过测试对此作出判断。

3.标准化数据

标准化是你用以消除数据冗余及确保数据与正确的table或relationship相关联的一系列测试。共有5个测试。本节中，我们将讨论经常使用的3个。

关于标准化测试的更多信息，请参考有关数据库设计的书籍。

标准化格式

标准化格式是标准化数据的常用测试方式。你的数据通过第一遍测试后，就被认为是达到第一标准化格式；通过第二遍测试，达到第二标准化格式；通过第三遍测试，达到第三标准化格式。

如何标准格式：

1． 列出数据

2． 为每个表确定至少一个键。每个表必须有一个主键。

3． 确定relationships的键。relationships的键是连接两个表的键。

4． 检查支持数据列表中的计算数据。计算数据通常不保存在数据库中。

5． 将数据放在第一遍的标准化格式中：

6． 从tables及relationships除去重复的数据。

7． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

8． 将数据放在第二遍的标准化格式中：

9． 用多于一个以上的键确定tables及relationships。

10． 除去只依赖于键一部分的数据。

11． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

12． 将数据放在第三遍的标准化格式中：

13． 除去那些依赖于tables或relationships中其他数据，并且不是键的数据。

14． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

数据与键

在你开始标准化（测试数据）前，简单地列出数据，并为每张表确定一个唯一的主键。这个键可以由一个字段或几个字段（连锁键）组成。

主键是一张表中唯一区分各行的一组字段。Employee表的主键是Employee ID字段。Works In relationship中的主键包括Office Code及Employee ID字段。给数据库中每一relationship给出一个键，从其所连接的每一个table中抽取其键产生。

RelationShip

   

Key

   

Office

   

*Office code

       

Office address

       

Phone number

   

Works in

   

*Office code

       

*Employee ID

   

Department

   

*Department ID

       

Department name

   

Heads

   

*Department ID

       

*Employee ID

   

Assoc with

   

*Department ID

       

*EmployeeID

   

Skill

   

*Skill ID

       

Skill name

       

Skill description

   

Expert In

   

*Skill ID

       

*Employee ID

       

Skill level

       

Date acquired

   

Employee

   

*Employee ID

       

Last Name

       

First Name

       

Social security number

       

Employee street

       

Employee city

       

Employee state

       

Employee phone

       

Date of birth

   

将数据放在第一遍的标准化格式中

● 除去重复的组

● 要测试第一遍标准化格式，除去重复的组，并将它们放进他们各自的一张表中。

● 在下面的例子中，Phone Number可以重复。（一个工作人员可以有多于一个的电话号码。）将重复的组除去，创建一个名为Telephone的新表。在Telephone与Office创建一个名为Associated With的relationship。

将数据放在第二遍的标准化格式中

● 除去那些不依赖于整个键的数据。

● 只看那些有一个以上键的tables及relationships。要测试第二遍标准化格式，除去那些不依赖于整个键的任何数据（组成键的所有字段）。

● 在此例中，原Employee表有一个由两个字段组成的键。一些数据不依赖于整个键；例如，department name只依赖于其中一个键（Department ID）。因此，Department ID，其他Employee数据并不依赖于它，应移至一个名为Department的新表中，并为Employee及Department建立一个名为Assigned To的relationship。

将数据放在第三遍的标准化格式中

● 除去那些不直接依赖于键的数据。

● 要测试第三遍标准化格式，除去那些不是直接依赖于键，而是依赖于其他数据的数据。

● 在此例中，原Employee表有依赖于其键（Employee ID）的数据。然而，office location及office phone依赖于其他字段，即Office Code。它们不直接依赖于Employee ID键。将这组数据，包括Office Code，移至一个名为Office的新表中，并为Employee及Office建立一个名为Works In的relationship。

4.考量关系

当你完成标准化进程后，你的设计已经差不多完成了。你所需要做的，就是考量关系。

考量带有数据的关系

你的一些relationship可能集含有数据。这经常发生在多对多的关系中。

遇到这种情况，将relationship转化为一个table。relationship的键依旧成为table中的键。

考量没有数据的关系

要实现没有数据的关系，你需要定义外部键。外部键是含有另外一个表中主键的一个或多个字段。外部键使你能同时连接多表数据。

有一些基本原则能帮助你决定将这些键放在哪里：

一对多 在一对多关系中，“一”中的主键放在“多”中。此例中，外部键放在Employee表中。

一对一 在一对一关系中，外部键可以放进任一表中。如果必须要放在某一边，而不能放在另一边，应该放在必须的一边。此例中，外部键（Head ID）在Department表中，因为这是必需的。

多对多 在多对多关系中，用两个外部键来创建一个新表。已存的旧表通过这个新表来发生联系。

5.检验设计

在你完成设计之前，你需要确保它满足你的需要。检查你在一开始时所定义的行为，确认你可以获取行为所需要的所有数据：

● 你能找到一个路径来等到你所需要的所有信息吗？

● 设计是否满足了你的需要？

● 所有需要的数据都可用吗？

如果你对以上的问题都回答是，你已经差不多完成设计了。

最终设计

最终设计看起来就像这样：

设计数据库的表属性

数据库设计需要确定有什么表，每张表有什么字段。此节讨论如何指定各字段的属性。

对于每一字段，你必须决定字段名，数据类型及大小，是否允许NULL值，以及你是否希望数据库限制字段中所允许的值。

选择字段名

字段名可以是字母、数字或符号的任意组合。然而，如果字段名包括了字母、数字或下划线、或并不以字母打头，或者它是个关键字（详见关键字表），那么当使用字段名称时，必须用双引号括起来。

为字段选择数据类型

SQL Anywhere支持的数据类型包括：

整数（int, integer, smallint）

小数（decimal, numeric）

浮点数（float, double）

字符型（char, varchar, long varchar）

二进制数据类型（binary, long binary）

日期/时间类型（date, time, timestamp）

用户自定义类型

关于数据类型的内容，请参见“SQL Anywhere数据类型”一节。字段的数据类型影响字段的最大尺寸。例如，如果你指定SMALLINT，此字段可以容纳32,767的整数。INTEGER可以容纳2,147,483,647的整数。对CHAR来讲，字段的最大值必须指定。

长二进制的数据类型可用来在数据库中保存例如图像(如位图)或者文字编辑文档。这些类型的信息通常被称为二进制大型对象，或者BLOBS。

关于每一数据类型的完整描述，见“SQL Anywhere数据类型”。

确切地说是不是系统分析阶段，而是 《用户需求分析》，因为只有与用户沟通才能得到用户的需求的说明书，从而才能进一步开展 概念设计 即E-R图模型。所以数据库应用程序的第一阶段就是《用户需求分析》，第二阶段才是《概念设计-ER图模型》。

如果没有第一阶段，就直接进入第二阶段，极有可能开发出的软件是不符合用户需求的。即程序员开发出来产品并非用户想要的。最终导致浪费人力物力财力。

={ 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，E2NF

（3）AB，AD 3NF

（4）A，B BCNF

（5）C2NF

（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）

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