常考知识点三：数据库系统

　　一、数据库管理系统功能

　　数据库管理系统是数据库系统的核心，它位于用户与操作系统之间，从软件分类的角度来说，属于系统软件。数据库管理系统的主要功能包括以下几个方面：

　　(1)数据模式定义。数据库管理系统负责为数据库构建模式，也就是为数据库构建其数据框架。

　　(2)数据存取的物理构建。数据库管理系统负责为数据模式的物理存取及构建提供有效的存取方法与手段。

　　(3)数据操纵。数据库管理系统为用户使用数据库中得数据提供方便，它一般提供查　询、插入、修改及删除数据的功能。此外，它自身还具有简单算术运算及统计的能力，而且还可以与某些过程性语言结合，使其具有强大的过程性操作能力。

　　(4)数据完整性、安全性定义与检查。数据库中的数据具有内在语义上的关联性与一致性，它们构成了数据的完整性。数据的完整性是保证数据库中数据正确的必要条件，因此必须经常检查以维护数据的正确。

　　(5)数据库的并发控制与故障恢复。数据库是一个集成、共享的数据集合体，它能为多个应用程序服务，所以存在多个应用程序对数据库的并发操作。在并发操作中，如果不加控制和管理，多个应用程序间就会相互干扰，从而对数据库中的数据造成破坏。因此，数据库管理系统必须对多个应用程序的并发操作进行必要的控制以保证数据不受破坏，这就是数据库的并发控制。

　　(6)数据的服务。数据库管理系统提供对数据库中数据多种服务功能，如数据复制、转存、重组，性能监测、分析等。

　　DBMS 提供了相应的数据语言来实现上述 6 个功能，下面是几种常见的数据语言：

　　(1)数据定义语言。该语言负责数据的模式定义与数据的物理存取构建。

　　(2)数据操纵语言。该语言负责数据的操纵，包括查询与增、删、改等操作。

　　(3)数据控制语言。该语言负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等功能。

　　上述数据语言按其使用方式具两种结构形式。

　　交互式命令语言：它的语言简单，能在终端上即时操作，它又称为自含型或自主型语言。

　　宿主型语言：它一般可嵌入某些宿主语言中，如 C、C++和 COBOL 等高级过程性语言中。

　　数据库应用系统：数据库应用系统(DataBase Application System，DBAS)是程序员根据用户的需要，在数据库管理系统的支持下，用数据库管理系统提供的命令编写、开发并能

　　够在数据库管理系统的支持下运行的程序和数据库的总称。

　　在数据库系统的基础上，如果使用数据库管理系统(DBMS)软件和数据库开发工具书写出应用程序，用相关的可视化工具开发出应用界面，则构成了 DBAS。DBAS 由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。

　　因此，DBAS 包括数据库、数据库管理系统、人员(数据库管理员和用户)、硬件平台软件平台、应用软件、应用界面 7 个部分。数据库应用系统的层次结构如图所示，其中，将应用软件与应用界面合称为应用系统。

　　说明：在数据库系统、数据库管理系统和数据库三者之间，数据库管理系统是数据库系统的组成部分，数据库又是数据库管理系统的管理对象，因此我们可以说数据库系统包括数据库管理系统，数据库管理系统又包括数据库。

　　数据库系统的核心为数据库管理系统，数据库管理系统的核心为数据库(或数据)。

　　二、数据库三级模式

　　外模式又称子模式或用户模式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库 的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集，包含 模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言来描述、定义对应于 用户的数据记录(外模式)，也可以利用数据操纵语言(Data Manipulation Language，DML) 对这些数据记录进行操作。外模式反映了数据库系统的用户观。

　　概念模式又称模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数 据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体 描述，是所有用户的公共数据视图(全局视图)。它是由数据库管理系统提供的数据模式描 述语言(Data Description Language，DDL)来描述、定义的。概念模式反映了数据库系统的

　　整体观。

　　内模式又称存储模式，对应于物理级。它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言来描述、定义的。内模式反映了数据库系统的存储观。

　　在一个数据库系统中，只有唯一的数据库，因而作为定义 、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式，也是唯一的，但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的，所以对应的外模式不是唯一的，也不可能是唯一的。

　　三、数据库系统的两级映射

　　数据库系统通过两级映射建立了模式之间的联系与转换，使得概念模式与外模式虽然不具备物理存在，但也能通过映射而获得其实体。并且，两级映射还保证了数据库系统中的数据独立性，即数据的物理组织改变与逻辑概念改变相互独立，使得只要调整映射方式而不必改变映射模式。

　　数据库系统的两级映射：外模式/概念模式的映射和概念模式/内模式的映射。

　　(1)外模式-概念模式的映射：概念模式是一个全局模式而外模式是用户的局部模式。 一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。外模式到 概念模式的映射给出了外模式与概念模式的对应关系，这种映射一般也是由 DBMS 来实现 的。

　　(2)概念模式-内模式的映射：该映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的 物理存储结构间的对应关系，此种映射一般由 DBMS 实现。

　　四、数据管理技术的变迁

　　数据管理技术经历了人工管理阶段→文件系统阶段→数据库系统阶段。

　　(1)文件系统阶段：数据库系统发展的初级阶段， 具有提供简单的数据共享与数据管　理的能力，但是缺少提供完整、统一的管理和数据共享的能力。由于功能简单，因此它附属于操作系统而不成为独立的软件还算不上是数据库系统。

　　(2)层次数据库与网状数据库系统阶段：为统一管理与共享数据提供了有力的支撑，但是因脱胎于文件系统，所以也存在不足。

　　(3)关系数据库系统阶段：结构简单，使用方便，逻辑性强，物理性少，在 20 世纪 80年代以后一直占据数据库领域的主导地位。关于数据管理 3 个阶段中的软硬件背景及处理特点，简单概括如表所示。

　　五、数据库系统的优势

　　①能够存储大量数据;

　　②管理操作方便、快捷，数据维护简单、安全;

　　③信息检索准确、迅速、高效;

　　④数据独立性、共享性、安全性均较高，冗余度低。

　　六、数据表、记录、字段、关键字的概念

　　关系：二维表在关系数据库中称作关系。

　　字段：二维表中的列称为字段。

　　主键：也称作键，是指能标识唯一一条记录的字段。

　　记录：二维表中行称为记录，可以用关键字来标识(从第二行开始)

　　相关规定：在同一张二维表中不允许有同名字段;在一张二维表中，不应有内容完全相同的记录;关键字字段必须满足①值不能重复;②值不能为空值。

　　【单选】数据库系统的并发控制是为了(　　)。

　　A.对非授权用户限制其对数据库的变更

　　B.当同一时间有 2个进程同时试图更新同一个数据的时候，防止完整性问题的发生

　　C.防止由于疏忽或者未授权导致的数据库中的数据泄露

　　D.确保数据库的准确性、完整性和一致性

　　【答案】B。所谓并发控制就是要用正确的方法调度并发操作，以保证数据库一致性。 最常用的方法是封锁，即当一个事务访问某个数据项时，以一定的方式锁住该数据项，从而 限制其他事务对该数据项的访问。A项、C项、D项不满足定义，不当选，B项满足当选。 故本题正确答案选 B。