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《数据库系统工程师考试全程指导》旨在帮助考生快速把握考试的重点和难点,熟悉试题的形式,掌握解答问题的方法和技术。《数据库系统工程师考试全程指导》不仅是数据库系统工程师级别考试的学习用书,也可作为各类信息技术、数据库系统培训和辅导的教材,还可作为从事数据库领域工作的科技人员的参考书。
内容简介
本书是全国计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试办公室组织编写的考试辅导用书。本书遵循考试大纲的要求,对数据库系统工程师级别考试应该必备的知识、技能和习题进行了详细的解析。
全书共分16章,内容包括:计算机系统知识、数据结构与算法、操作系统、程序设计语言、网络、多媒体、数据库基本概念、关系数据库理论、SQL语言、系统开发与运行、数据库设计、数据库运行与管理、网络与数据库、数据库新技术、信息化与知识产权、标准化知识。
本书旨在帮助考生快速把握考试的重点和难点,熟悉试题的形式,掌握解答问题的方法和技术。本书不仅是数据库系统工程师级别考试的学习用书,也可作为各类信息技术、数据库系统培训和辅导的教材,还可作为从事数据库领域工作的科技人员的参考书。
内页插图
目录
第1章 计算机系统知识
1.1基本要求
1.2基本内容
l.2.1计算机系统的组成
1.2.2计算机的基本工作原理
1.2.3计算机体系结构
1 .2.4存储系统
1.2.5指令系统
1.2.6输入输出技术
1.2.7流水线操作
1.2.8总线结构
1.2.9多处理机与并行处理
1.2.10计算机安全性技术
1.2.11 计算机可靠性模型
1.2.12计算机系统的性能评价与故障诊断
1.2.13小结
1.3重点习题解析
1.3.1填空题
1.3.2简答题
1.3.3选择题
1.4模拟试题
第2章 数据结构与算法
2.1基本要求
2.2基本内容
2.2.1数据结构与算法概念
2.2.2线性表
2.2.3栈和队列
2.2.4串
2.2.5数组和广义表
2.2.6树和二叉树
2.2.7图
2.2.8查找
2.2.9排序
2.2.10常见算法设计方法
2.2.11小结
2.3重点习题解析
2.3.1判断题
2.3.2填空题
2.3.3简答题
2.3.4选择题
2.4模拟试题
第3章 操作系统知识
3.1基本要求
3.2基本内容
3.2.1基础知识
3.2.2进程描述与控制
3.2.3进程互斥与同步
3.2.4存储器管理
3.2.5处理机管理
3.2.6设备管理
3.2.7文件系统
3.2.8死锁
3.2.9网络操作系统和嵌入式操作系统的基础知识
3.2.10小结
3.3重点习题解析
3.3.1选择题
3.3.2简答颢
3.4模拟试题
第4章 程序设计语言基础
4.1基本要求
4.2基本内容
4.2.1程序设计语言的基础知识
4.2.2汇编程序的基本原理
4.2.3编译程序的基本原理
4.2.4解释程序的基本原理
4.2.5小结
4.3重点习题解析
4.3.1填空题
4.3.2简答题
4.3.3选择题
4.4模拟试题
第5章 网络基础知识
5.1基本要求
5.2基本内容
5.2.1网络概述
5.2.2 ISO/OSI网络体系结构
5.2.3网络的协议与标准
5.2.4网络设备和介质
5,2,5 网络搭建
5.2.6 Internet及应用
5.2.7网络安全
5.2.8小结
5.3重点习题解析
5.3.1填空题
5.3.2简答题
5.4模拟试题
第6章 多媒体基础知识
6.1基本要求
6.2基本内容
6.2.1多媒体的基本概念
6.2.2音频
6.2.3图形和图像
6.2.4动画和视频
6.2.5多媒体网络
6.2.6多媒体计算机系统
6.2.7虚拟现实
6.2.8小结
6.3重点习题解析
6.3.1填空题
6.3.2简答题
6.3.3选择题
6.4模拟试题
第7章 数据库技术基础
7.1基本要求
7.2基本内容
7.2.1数据管理技术的发展阶段
7.2.2数据库的基本术语
7.2.3数据描述
7.2.4数据模型
7.2.5数据库的体系结构
7.2.6数据库管理系统
7.2.7数据库系统
7.2.8数据库的控制功能
7.2.9小结
7.3重点习题解析
7.3.1填空题
7.3.2简答题
7.3.3多项选择题
7.4模拟试题
第8章 关系数据库基本理论
8.1基本要求
8.2基本内容
8.2.1关系模型的基本概念
8.2.2关系代数
8.2.3关系演算
8.2.4关系代数表达式的优化
8.2.5关系模式的设计准则
8.2.6函数依赖
8.2.7关系模式的分解特性
8.2.8范式
8.2.9其他数据依赖和范式
8.2.10小结
8.3重点习题解析
8.3.1填空题
8.3.2简答题
8.4模拟试题
8.4.1单项选择题
8.4.2设计题
第9章 SQL语言
9.1基本要求
9.2基本内容
9.2.1 SQL简介
9.2.2 SOL的数据定义
9.2.3 SQL的数据查询
9.2.4 SQL数据查询中的限制和规定
9.2.5 SOL的数据更新
9.2.6视图
9.2.7嵌入式SQL
9.2.8 SQL的数据控制
9.2.9主流数据库厂商及产品
9.2.10小结
9.3对SELECT语句的深入理解
9.4重点习题解析
9.4.1填空题
9.4.2简答题
9.4.3设计题
9.5模拟试题
9.5.1单项选择题
9.5.2设计题
第10章 系统开发与运行
10.1基本要求
10.2基本内容
10.2.1软件工程基础知识
10.2.2软件项目管理知识
10.2.3系统分析基础知识
1O.2.4系统设计知识
10.2.5系统实施知识
10.2.6系统测试与调试
10.2.7系统运行基础知识
10.2.8系统维护基础知识
10.2.9小结
1O.3重点习题解析
10.3.1填空题
10.3.2选择题
10.3.3简答题
10.4模拟试题
10.4.1选择题
10.4.2数据流图设计
第11章 数据库设计
11.1基本要求
11.2基本内容
11.2.1数据库应用系统设计的全过程
11.2.2数据库设计工具介绍
11.2.3概念设计与ER模型
11.2.4逻辑设计与转换规则
11.2.5 ER模型实例分析
11.2.6面向对象的高级概念建模
11.2.7小结
11.3重点习题解析
11.3.1填空题
11.3.2简答题
11.3.3设计题
11.4模拟试题
11.4.1选择题
11.4.2设计题
第12章 数据库系统的运行与管理
12.1基本要求
12.2基本内容
12.2.1 DBS的运行计划
12.2.2 DBS的运行与维护
12.2.3数据库的管理
12.2.4性能调整
12.2.5用户支持
12.2.6小结
12.3重点习题解析
12.4模拟试题
第13章 网络与数据库
13.1基本要求
13.2基本内容.
13.2.1分布式数据库的定义和特点
13.2.2分布式数据库的体系结构..
13.2.3分布式数据库的查询优化
13.2.4分布式数据库的管理
13.2.5数据库与WWW
13.2.6动态Web网页和开发
13.2.7 XML与数据库
13.2.8小结
13.3重点习题解析
13.3.1填空题
13.3.2简答题
13.4模拟试题
第14章 数据库发展趋势与新技术
14.1基本要求
14.2基本内容
14.2.1从关系数据库到对象数据库
14.2.2面向对象的数据类型系统
14.2.3 OODB
14.2.4 ORDB
14.2.5 ERP的发展历程
14.2.6 DW
14.2.7数据转移
14.2.8 0LAP
14.2.9 DM
14.2.10 DSS的建立
14.2.11小结
14.3重点习题解析
14.4模拟试题
第15章 知识产权与信息化基础知识
15.1基本要求
15.2基本内容
15.2.1知识产权的概念与特点
15.2.2计算机软件著作权
15.2.3计算机软件著作权的侵权问题
15.2.4专利法概述
15.2.5企业知识产权的保护
15.2.6信息化基础知识
15.2.7远程教育、电子商务、电子政务
15.2.8小结
15.3重点习题解析
15.3.1填空题
15.3.2简答题
15.4模拟试题
第16章 标准化基础知识
16.1基本要求
16.2基本内容
16.2.1标准化的基本概念
16.2.2标准化过程模式
16.2.3标准的分类
16.2.4标准的代号和编号
16.2.5国际标准和国外先进标准
16.2.6信息技术标准化
16.2.7标准化组织
16.2.8 ISO 9000标准简介
16.2.9能力成熟度模型CMM简介
16.2.10 ISO/IEC 15504过程评估标准简介
16.2.11小结
16.3重点习题解析
16.3.1填空题
16.3.2简答题
16.4模拟试题
参考文献
前言/序言
深入解析数据库设计与实现:理论、实践与优化 本书旨在为所有对数据库系统有深入学习需求,无论是初学者希望打下坚实基础,还是资深开发者寻求精进技艺,提供一条清晰的学习路径。我们不拘泥于单一考试的框架,而是着眼于数据库技术的核心原理、实际应用以及前沿发展,帮助读者构建全面而深刻的数据库知识体系,从而在信息技术飞速发展的浪潮中,成为一名游刃有余的数据库专家。 第一部分:数据库理论基石——数据模型与关系代数 本部分将带领读者穿越数据库理论的殿堂,从最基础的数据模型出发,逐步深入理解数据组织与管理的精髓。 数据模型: 我们将详细阐述各种经典数据模型,包括但不限于: 层次模型: 追溯数据库系统的早期发展,理解其树状结构及其优缺点,洞悉其在特定场景下的适用性。 网状模型: 探讨比层次模型更灵活的数据链接方式,理解其复杂的指针结构和数据访问机制。 关系模型: 这是本书的核心,我们将对其进行最详尽的剖析。从最基本的概念——实体、属性、关系——出发,深入理解“表”、“行”、“列”的本质。我们将细致讲解候选键、主键、外键、参照完整性约束的定义、作用及实现方式。读者将理解为什么关系模型能够凭借其简洁性、强大的数学理论支持以及良好的灵活性,成为当今数据库领域的事实标准。 实体-联系(E-R)模型: 作为概念设计的重要工具,我们将深入讲解E-R图的绘制规则,包括实体、属性(单值、多值、派生、复合)、联系(一对一、一对多、多对多)、基数约束、参与度等概念。读者将学会如何将现实世界的业务需求转化为清晰的E-R模型,为后续的逻辑设计奠定基础。 面向对象模型与对象关系模型: 简要介绍这些较新的数据模型,探讨它们如何尝试融合面向对象编程的特性,以及在特定应用场景下的优势。 关系代数: 作为操作关系数据的重要理论工具,本书将对其进行系统性的介绍。 基本操作: 详细讲解选择(σ)、投影(π)、并(∪)、差(-)、笛卡尔积(×)、重命名(ρ)等基本运算,并通过大量实例演示它们的组合运用。 特定运算: 深入理解连接(⋈)、除(÷)、交(∩)等运算的原理与应用,特别是连接运算的各种形式(自然连接、theta连接)及其在数据查询中的威力。 查询转换: 探讨如何利用关系代数将复杂的查询需求分解为一系列基本操作,理解查询优化的一些基本思想。 第二部分:数据库设计实战——从概念到物理的完整流程 本部分将带领读者亲身实践数据库设计的全过程,从需求分析到最终的物理实现,掌握将业务逻辑转化为高效数据库结构的艺术。 需求分析与概念设计: 信息收集: 如何有效地与业务人员沟通,理解业务流程,识别关键信息和实体。 E-R建模: 应用第一部分学到的E-R建模技术,绘制出准确反映业务需求的E-R图。我们将提供多种行业案例,指导读者进行实际的E-R图设计。 模型评审与迭代: 理解模型评审的重要性,通过与业务方沟通,不断优化E-R模型,确保其准确性和完整性。 逻辑设计: E-R模型向关系模型的转换: 详细讲解如何将E-R图中的实体、属性、联系转化为关系模式。重点在于处理一对一、一对多、多对多联系的转换策略,包括外键的引入、中间表的创建等。 范式理论(Normalization): 这是数据库设计的灵魂所在。我们将深入讲解: 第一范式(1NF): 理解消除原子性问题的重要性。 第二范式(2NF): 掌握消除非主属性对部分主键的依赖。 第三范式(3NF): 学习消除非主属性对其他非主属性的传递依赖。 巴斯-科德范式(BCNF): 了解更严格的范式要求及其应用场景。 更高范式(4NF, 5NF): 简要介绍,理解其在特定复杂情况下的作用。 反范式(Denormalization): 在性能优化的背景下,适时地进行反范式设计,权衡数据冗余与查询效率。 完整性约束的设计: 明确实体完整性(主键)、参照完整性(外键)和用户自定义完整性(CHECK, UNIQUE, DEFAULT等)的设计原则与实践。 物理设计: 存储结构: 文件组织: 了解记录、块、页等基本存储单位,以及各种文件组织方式(如顺序文件、散列文件、索引顺序文件)的原理、优缺点和适用场景。 数据编码: 探讨不同数据类型(整数、浮点数、字符串、日期等)的存储方式及其对空间和性能的影响。 索引设计: 索引的原理: 深入理解B-tree、B+tree索引的结构与工作机制,以及它们如何加速数据检索。 索引类型: 掌握聚簇索引、非聚簇索引、唯一索引、组合索引、全文索引等。 索引的选择与优化: 学习如何根据查询模式、数据分布、表的大小等因素,选择合适的索引策略,避免过度索引或索引失效。 视图(View)设计: 理解视图的作用,如何简化复杂查询,实现数据安全与访问控制。 分区(Partitioning): 学习根据数据特征(如时间、范围、哈希)将大表分割成更小的、易于管理的部分,提高查询性能和可维护性。 事务与并发控制(Transaction and Concurrency Control): 事务的ACID特性: 深入理解原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)的含义及其重要性。 并发控制机制: 学习锁(Locking)的基本原理,包括共享锁、排他锁,以及两阶段封锁协议(2PL)。 隔离级别: 了解读未提交(Read Uncommitted)、读已提交(Read Committed)、可重复读(Repeatable Read)、串行化(Serializable)等隔离级别及其可能带来的问题(脏读、不可重复读、幻读)。 死锁(Deadlock)的检测与预防: 探讨死锁的产生原因,以及常见的解决策略。 数据库恢复(Database Recovery): 理解日志文件(Log File)的作用,以及基于日志的恢复机制(如延迟写入、延迟更新)如何保证数据库的持久性。 第三部分:SQL语言精通——数据查询与操作的利器 SQL(Structured Query Language)是操作关系型数据库的标准语言。本部分将带领读者精通SQL的方方面面,从基础查询到复杂分析。 SQL基础: 数据定义语言(DDL): `CREATE`, `ALTER`, `DROP` 等语句,用于创建、修改和删除数据库对象(表、视图、索引等)。 数据操作语言(DML): `INSERT`, `UPDATE`, `DELETE` 等语句,用于数据的增删改。 数据查询语言(DQL): `SELECT` 语句是核心,我们将进行深入的讲解。 `SELECT` 语句的精进: 基本查询: `SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE condition ORDER BY column LIMIT n` 的各种组合。 过滤与排序: `WHERE` 子句的各种运算符(比较、逻辑、模糊匹配 LIKE, IN, BETWEEN, IS NULL)。`ORDER BY` 的升序/降序。 聚合函数: `COUNT()`, `SUM()`, `AVG()`, `MAX()`, `MIN()` 的应用,以及 `GROUP BY` 子句的使用,实现分组统计。 `HAVING` 子句: 对分组后的结果进行过滤,与 `WHERE` 子句的区别。 连接(JOIN)操作: 内连接(INNER JOIN): 匹配两个表中的公共记录。 左外连接(LEFT [OUTER] JOIN): 保留左表所有记录,匹配右表记录,不匹配的用NULL填充。 右外连接(RIGHT [OUTER] JOIN): 保留右表所有记录,匹配左表记录,不匹配的用NULL填充。 全外连接(FULL [OUTER] JOIN): 保留两个表的所有记录,不匹配的用NULL填充。 交叉连接(CROSS JOIN): 生成笛卡尔积。 子查询(Subqueries): 在 `SELECT`, `FROM`, `WHERE` 等子句中嵌套查询,实现复杂逻辑。 联合查询(UNION, UNION ALL): 合并多个 `SELECT` 语句的结果集,理解 `UNION` 和 `UNION ALL` 的区别。 窗口函数(Window Functions): 介绍 `ROW_NUMBER()`, `RANK()`, `DENSE_RANK()`, `LAG()`, `LEAD()`, `NTILE()` 等窗口函数,以及它们在复杂分析中的强大威力,如计算排名、累积值等。 公共表表达式(CTE - Common Table Expressions): 使用 `WITH` 关键字创建临时命名的结果集,提高SQL的可读性和维护性。 SQL进阶: 存储过程(Stored Procedures)与函数(Functions): 学习如何在数据库中创建可重用的代码块,提高效率和安全性。 触发器(Triggers): 理解触发器的工作原理,以及如何在特定事件(INSERT, UPDATE, DELETE)发生时自动执行SQL语句。 视图(Views)的进阶应用: 了解可更新视图和不可更新视图。 SQL注入防护: 介绍SQL注入的原理及防范措施,如参数化查询。 第四部分:数据库性能优化与调优——提升系统效率的关键 再完美的数据库设计,也需要持续的性能优化才能在实际应用中发挥最大价值。本部分将深入探讨数据库性能优化的各个层面。 性能分析工具与方法: 执行计划(Execution Plan)分析: 学习如何查看和理解数据库的执行计划,识别慢查询的瓶颈。 性能监控: 了解数据库服务器的关键性能指标,如CPU使用率、内存占用、I/O吞吐量、连接数等。 基准测试(Benchmarking): 如何设计和执行基准测试,评估数据库的性能表现。 SQL语句优化: 索引优化: 再次强调索引的重要性,如何根据实际查询优化索引策略,避免全表扫描。 避免过度选择: 仅选择需要的列,而不是 `SELECT `。 高效的 `WHERE` 子句: 使用合适的运算符,避免函数索引失效。 优化JOIN操作: 选择合适的JOIN类型,确保JOIN列上有索引。 子查询与`EXISTS` / `IN` 的权衡: 分析不同场景下子查询的性能差异。 使用`EXPLAIN`分析查询: 学习如何使用数据库提供的工具分析查询效率。 数据库架构与配置优化: 内存调优: 缓冲池(Buffer Pool)、查询缓存(Query Cache,在某些数据库中已弃用)等配置参数的调整。 I/O优化: 磁盘阵列配置、文件系统选择、表空间管理。 并发与连接池: 合理配置最大连接数,使用连接池减少连接开销。 参数配置: 深入理解数据库引擎的关键配置参数,并根据实际负载进行调整。 数据库维护: 统计信息收集: 了解收集数据库统计信息的重要性,以及如何定期更新,以便优化器做出更优的执行计划。 索引维护: 碎片整理、重建索引。 数据清理与归档: 定期清理不再需要的数据,将历史数据归档到更经济的存储介质。 定期备份与恢复演练: 确保数据安全,并验证备份的有效性。 第五部分:数据库安全与管理——保障数据资产的坚实盾牌 数据安全和稳定运行是数据库系统不可或缺的组成部分。本部分将聚焦于数据库的安全防护和日常管理。 数据库安全基础: 认证(Authentication): 用户身份验证机制,如密码、证书等。 授权(Authorization): 权限管理,包括用户、角色、对象权限的分配与撤销。 审计(Auditing): 记录和跟踪数据库的访问和操作,用于安全分析和合规性检查。 安全防护策略: 最小权限原则: 只授予用户完成其任务所需的最小权限。 访问控制: 使用防火墙、网络隔离等手段限制对数据库的直接访问。 数据加密: 对敏感数据进行传输加密(如SSL/TLS)和静态加密(如全盘加密、字段加密)。 SQL注入与跨站脚本(XSS)的防范: 结合SQL语言部分的知识,强调安全编码的重要性。 漏洞扫描与补丁管理: 定期扫描数据库系统漏洞,及时应用安全补丁。 数据库备份与恢复: 备份策略: 全量备份、增量备份、差异备份的原理与选择。 备份存储与管理: 安全地存储备份文件,并定期进行恢复演练,确保在发生灾难时能够快速恢复数据。 灾难恢复计划(DRP): 建立完善的灾难恢复计划,确保业务连续性。 数据库监控与告警: 实时监控: 监控数据库的性能指标、可用性、安全事件等。 告警机制: 配置告警规则,及时发现并响应潜在问题。 高可用性(High Availability)与灾难恢复(Disaster Recovery): 主从复制(Replication): 实现数据的异步或同步复制,提高读取性能和数据冗余。 集群(Clustering): 构建高可用数据库集群,实现故障转移(Failover)。 数据库镜像(Mirroring)与日志传送(Log Shipping): 了解这些实现高可用性的技术。 地理分布式数据库: 探讨跨地域的数据容灾方案。 第六部分:前沿数据库技术与发展趋势 数据库技术日新月异,本部分将带领读者展望未来,了解当前和未来的热门技术。 NoSQL数据库: 键值存储(Key-Value Stores): 如Redis, Memcached,及其在缓存、会话管理中的应用。 文档数据库(Document Databases): 如MongoDB, Couchbase,及其在半结构化数据存储中的优势。 列族数据库(Column-Family Stores): 如Cassandra, HBase,及其在大规模数据分析中的应用。 图数据库(Graph Databases): 如Neo4j,及其在关系复杂数据分析中的独特优势。 NoSQL与SQL的权衡: 理解何时选择SQL,何时选择NoSQL,以及它们的混合使用。 分布式数据库: CAP理论: 理解一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容错性(Partition Tolerance)之间的权衡。 分布式事务: 探讨分布式事务的挑战与解决方案(如两阶段提交)。 NewSQL数据库: 结合SQL的易用性与NoSQL的可扩展性,如Google Spanner, CockroachDB。 云原生数据库: 数据库即服务(DBaaS): 了解云厂商提供的各种数据库服务,如AWS RDS, Aurora, Azure SQL Database, Google Cloud SQL。 容器化数据库: Docker, Kubernetes在数据库部署中的应用。 大数据技术与数据库: 数据仓库(Data Warehousing)与数据集市(Data Marts)。 数据湖(Data Lakes)的概念与技术。 实时数据处理: Stream Processing (Kafka, Flink)。 本书的每一章节都力求在理论讲解与实践应用之间取得平衡,通过丰富的案例分析、代码示例和思考题,帮助读者在掌握核心概念的同时,也能将其灵活运用到实际工作中。无论您是希望成为一名合格的数据库管理员,还是追求卓越的数据库开发工程师,亦或是对数据管理和分析充满热情的研究者,本书都将是您宝贵的学习伙伴。