数据库系统工程师软考备战：第一篇 - 数据库系统基础与体系结构-EW帮帮网

1. 数据库系统概述

数据库系统（Database System，DBS）是现代信息系统的核心组成部分，它由数据库、数据库管理系统、应用系统和数据库管理员组成。在软考中，我们需要深入理解数据库系统的基本概念、体系结构和工作原理。

1.1 数据库系统的组成要素

数据库（Database，DB）：长期存储在计算机内、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。

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）：位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的建立、查询、更新和各种数据控制。

应用系统：使用数据库的各种应用程序和工具软件。

数据库管理员（Database Administrator，DBA）：负责数据库的规划、设计、维护和监控的专业人员。

1.2 数据库系统的特点

数据结构化：数据库中的数据不再针对特定应用，而是面向全组织
数据共享性高、冗余度低：多个用户和应用程序可以共享数据
数据独立性高：包括物理独立性和逻辑独立性
数据由DBMS统一管理：提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复功能

2. 数据库系统体系结构

数据库系统体系结构是软考中的重要考点，主要涉及三级模式结构和两级映像。

2.1 三级模式结构

外模式（External Schema）：也称为子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征描述。一个数据库可以有多个外模式，每个外模式都为不同的用户需求而设计。

模式（Schema）：也称为概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个模式，它是数据库数据在逻辑级别上的视图。

内模式（Internal Schema）：也称为存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。

2.2 两级映像与数据独立性

外模式/模式映像：定义了外模式与模式之间的对应关系。当模式改变时，通过修改外模式/模式映像，可以使外模式保持不变，从而应用程序也不需要改变，保证了数据的逻辑独立性。

模式/内模式映像：定义了模式与内模式之间的对应关系。当数据库的存储结构改变时，通过修改模式/内模式映像，可以使模式保持不变，从而保证了数据的物理独立性。

3. 数据模型

数据模型是数据库系统的核心和基础，它是对现实世界数据特征的抽象。

3.1 概念数据模型

概念数据模型是从用户观点对数据和信息的建模，主要用于数据库设计。最常用的是实体-联系模型（E-R模型），它通过实体、属性和联系三个基本概念来描述现实世界。

实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物
属性（Attribute）：实体所具有的某一特性
联系（Relationship）：实体之间的相互关系，包括一对一、一对多和多对多

3.2 逻辑数据模型

逻辑数据模型是从计算机观点对数据建模，主要用于DBMS实现。常见的有：

层次模型：用树形结构表示实体及其联系
网状模型：用图结构表示实体及其联系
关系模型：用二维表表示实体及其联系
面向对象模型：用对象和类表示实体及其联系

3.3 物理数据模型

物理数据模型描述了数据在存储介质上的组织方式，包括索引结构、数据文件组织等。

4. 数据库管理系统功能与组成

4.1 DBMS的主要功能

数据定义功能：提供数据定义语言（DDL）
数据操纵功能：提供数据操纵语言（DML）
数据库运行管理：并发控制、安全性检查、完整性约束等
数据库建立和维护功能：数据导入导出、转储恢复、性能监控等

4.2 DBMS的组成模块

查询处理器：DDL编译器、DML编译器、嵌入式DML预编译器、查询优化器
存储管理器：权限和完整性管理器、事务管理器、文件管理器、缓冲区管理器
磁盘存储中的数据结构：数据文件、数据字典、索引

5. 典型试题解析

5.1 选择题

试题1：数据库系统的三级模式结构中，定义局部数据逻辑结构的是（）
A. 外模式 B. 模式 C. 内模式 D. 存储模式

解析：正确答案是A。外模式也称为子模式或用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征描述。模式是全局逻辑结构，内模式（存储模式）是物理存储结构。

试题2：保证了数据物理独立性的映像机制是（）
A. 外模式/模式映像 B. 模式/内模式映像
C. 外模式/内模式映像 D. 模式/模式映像

解析：正确答案是B。模式/内模式映像定义了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当存储结构改变时，通过修改模式/内模式映像，可以使模式保持不变，从而应用程序也不需要改变，保证了数据的物理独立性。

5.2 简答题

试题：简述数据库系统的数据独立性及其重要意义。

参考答案：数据独立性是指应用程序与数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。包括物理独立性和逻辑独立性。

物理独立性是指当数据库的物理结构改变时，通过修改模式/内模式映像，可以使模式保持不变，从而应用程序也不需要改变。

逻辑独立性是指当数据库的逻辑结构改变时，通过修改外模式/模式映像，可以使外模式保持不变，从而应用程序也不需要改变。

数据独立性的重要意义在于：

减少了应用程序的维护工作量
提高了数据共享程度
增强了数据库系统的稳定性和可靠性
方便了数据库管理员对数据库的维护和管理

6. 备考建议

理解基本概念：数据库系统的基本概念是后续学习的基础，务必深入理解
掌握体系结构：三级模式结构和两级映像是重要考点，需要熟练掌握
区分数据模型：清楚概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型的区别和联系
结合实践：理论学习要结合实际数据库系统的使用经验，加深理解

下一篇我们将深入讲解关系数据库的基本概念和关系代数，这是数据库系统工程师考试的核心内容之一。

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