全国计算机等级考试(NCRE)四级数据库原理样题及参考答案

全国计算机等级考试(NCRE)四级数据库原理样题及参考答案第一部分单项选择题（共20题，每题2分，共40分。每题只有一个正确答案）1.下列关于数据库三级模式结构的说法，正确的是（）A.内模式描述的是数据库的局部逻辑结构B.一个数据库可以有多个模式C.外模式/模式映像保证了数据的物理独立性D.模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述2.某单位职工和部门的语义为：一个部门有多名职工，每个职工只能属于一个部门，职工和部门之间的联系类型是（）A.1:1B.1:NC.M:ND.N:13.有关系R(A,B,C)和S(B,C,D)，下列运算中能得到关系T(A,B,C,D)的是（）A.R∪SB.R∩SC.R×SD.R自然连接S4.现有学生表Student(s_id,s_name,s_age,s_dept)，下列SQL语句能正确查询每个学院的学生平均年龄的是（）A.SELECTs_dept,AVG(s_age)FROMStudentGROUPBYs_deptB.SELECTs_dept,AVG(s_age)FROMStudentORDERBYs_deptC.SELECTs_dept,COUNT(s_age)FROMStudentGROUPBYs_deptD.SELECTs_dept,COUNT(s_age)FROMStudentORDERBYs_dept5.对于关系模式R(X,Y,Z)，已知语义X能唯一确定Y，Y能唯一确定Z，下列说法正确的是（）A.Y是X的决定因素B.Z传递函数依赖于XC.不存在部分函数依赖D.R属于BCNF6.某关系模式的所有非主属性都完全函数依赖于主键，且不存在非主属性对主键的传递依赖，该关系模式至少满足（）A.1NFB.2NFC.3NFD.BCNF7.事务的所有操作要么全部执行成功，要么全部不执行，该特性属于事务的（）A.原子性B.一致性C.隔离性D.持久性8.事务T1读取了数据A=100，事务T2将A修改为200并提交，T1再次读取A时得到200，两次读取结果不一致，该问题属于（）A.丢失修改B.读脏数据C.不可重复读D.幻影读9.若要解决读脏数据问题，至少需要使用（）A.一级封锁协议B.二级封锁协议C.三级封锁协议D.两段锁协议10.下列故障中需要使用日志文件进行恢复的是（）①事务故障②系统故障③介质故障④程序逻辑错误A.①②B.①②③C.②③④D.①②③④11.下列关于聚簇索引的说法，正确的是（）A.一个表可以建立多个聚簇索引B.聚簇索引的索引项顺序与表中数据的物理存储顺序一致C.聚簇索引的查询效率一定低于非聚簇索引D.聚簇索引适合建立在频繁更新的字段上12.下列不属于存储过程优点的是（）A.减少网络传输量B.提高执行效率C.增强数据安全性D.无需编译即可直接执行13.ER图设计属于数据库设计的哪个阶段的工作（）A.需求分析阶段B.概念结构设计阶段C.逻辑结构设计阶段D.物理设计阶段14.用户编写应用程序时无需考虑数据分片的存储位置，该透明性属于分布式数据库的（）A.分片透明性B.位置透明性C.局部数据模型透明性D.逻辑透明性15.下列不属于数据仓库特点的是（）A.面向主题B.集成性C.易失性D.时变性16.下列属于文档型NoSQL数据库的是（）A.RedisB.MongoDBC.HBaseD.Neo4j17.要将用户对Student表的查询权限授予所有用户，下列SQL语句正确的是（）A.GRANTSELECTONStudentTOuser1WITHPUBLICB.GRANTSELECTONStudentTOPUBLICC.GRANTSELECTONStudentTOuser1WITHGRANTOPTIOND.GRANTSELECTONStudentTOALL18.数据库系统引入检查点技术的主要目的是（）A.提高并发控制效率B.减少故障恢复的开销C.保障数据的一致性D.避免死锁的发生19.下列不属于死锁预防策略的是（）A.一次封锁法B.顺序封锁法C.超时法D.要求事务按相同顺序访问资源20.下列触发器触发时机中，代表在修改数据之前触发的是（）A.AFTERB.BEFOREC.INSTEADOFD.DURING第二部分简答题（共4题，每题8分，共32分）1.简述数据库系统中三级模式和两级映像的结构，以及该结构如何保证数据的逻辑独立性和物理独立性。2.什么是事务的ACID特性？分别说明每个特性的含义及保障该特性的数据库核心机制。3.简述3NF和BCNF的定义，以及两者的区别与联系。4.简述并发操作可能带来的三类主要数据不一致问题，分别说明各类问题的产生场景。第三部分数据库设计题（共2题，每题10分，共20分）1.某高校需要设计学生选课管理系统，需求如下：（1）学院信息包括学院编号、学院名称、联系电话，每个学院有多名学生，每个学生仅属于一个学院；（2）学生信息包括学号、姓名、性别、入学年份，每个学生可选修多门课程，每门课程可被多名学生选修，学生选修课程需要记录成绩；（3）课程信息包括课程号、课程名称、学分，每门课程由一名教师授课，一名教师可讲授多门课程；（4）教师信息包括教师工号、姓名、职称。要求：①绘制对应的ER图，标注实体、属性、联系及联系类型；②将ER图转换为符合3NF要求的关系模式，标注每个关系模式的主键和外键。2.现有关系模式R（学号，姓名，系号，系名，系主任，课程号，课程名，成绩），已知语义：每个学生仅属于一个系，每个系只有一名系主任，每个系有多名学生；每门课程有唯一的课程号，每个学生选修一门课程对应一个成绩。要求：①写出该关系模式中存在的所有非平凡函数依赖；②判断该关系模式最高属于第几范式，说明理由；③将其分解为保持函数依赖且无损连接的3NF关系模式。第四部分综合应用题（共1题，8分）某商品销售系统存在两张核心数据表：订单表Orders（order_idINTPRIMARYKEYCOMMENT'订单编号',cust_idINTCOMMENT'客户编号',order_dateDATETIMECOMMENT'下单时间',total_amountDECIMAL(10,2)COMMENT'订单总金额',statusVARCHAR(10)COMMENT'订单状态'）订单明细表Order_items（item_idINTPRIMARYKEYCOMMENT'明细编号',order_idINTCOMMENT'订单编号',product_idINTCOMMENT'商品编号',quantityINTCOMMENT'购买数量',unit_priceDECIMAL(10,2)COMMENT'商品单价',FOREIGNKEY(order_id)REFERENCESOrders(order_id)）完成以下要求：①写出SQL语句查询2024年第一季度（1月1日-3月31日）每个客户的订单总金额，仅返回订单总金额大于10000元的客户编号、订单总金额，结果按订单总金额降序排列。②该系统统计2024年全年订单总金额的接口响应速度慢，对应SQL语句为SELECTSUM(total_amount)FROMOrdersWHEREorder_dateBETWEEN'2024-01-01'AND'2024-12-31'，请给出至少2条优化方案并说明理由。③若系统在执行批量更新订单状态的事务时突然发生服务器断电故障，简述数据库系统使用undo日志和redo日志完成故障恢复的具体过程。参考答案一、单项选择题参考答案及解析1.答案：D解析：数据库三级模式结构中，内模式描述数据的物理存储结构与存储方式，选项A错误；一个数据库仅能有一个模式（全局逻辑模式），可对应多个外模式，选项B错误；外模式/模式映像的作用是保证数据的逻辑独立性，模式/内模式映像保证数据的物理独立性，选项C错误；模式是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图，选项D正确。2.答案：B解析：实体联系类型中，1:N代表一对多联系，即一个实体实例可对应另一个实体的多个实例，另一个实体的单个实例仅对应第一个实体的一个实例。本题中一个部门对应多名职工，单个职工仅属于一个部门，符合1:N联系的特征，选项B正确。3.答案：D解析：自然连接是特殊的等值连接，要求两个关系存在公共属性，连接时按公共属性值相等进行匹配，同时去除重复的公共属性列。本题中R和S的公共属性为B、C，自然连接后得到的属性列为A、B、C、D，符合题干要求，选项D正确。并、交运算要求两个关系的属性列数、对应属性的数据类型完全一致，R和S属性列数不同，排除选项A、B；笛卡尔积运算会保留两个关系的所有属性，得到的列数为3+3=6，存在重复属性B、C，排除选项C。4.答案：A解析：分组统计查询需要使用GROUPBY子句对分组字段进行聚合，平均年龄计算需使用AVG()聚集函数，题干要求按学院分组统计平均年龄，因此SQL语句为SELECTs_dept,AVG(s_age)FROMStudentGROUPBYs_dept，选项A正确。ORDERBY子句用于结果排序，无法实现分组统计，排除选项B、D；COUNT()函数用于计数，无法计算平均值，排除选项C。5.答案：B解析：传递函数依赖的定义为：若X→Y，Y→Z，且Y不函数依赖于X，Z不是Y的子集，则Z传递函数依赖于X。本题中X→Y，Y→Z，符合传递依赖的特征，选项B正确。X是Y的决定因素，选项A错误；题干未给出关系模式的主键信息，无法判定是否存在部分函数依赖，排除选项C；若该关系模式的候选键为X，则Y不是候选键，存在传递依赖，不符合BCNF的要求，排除选项D。6.答案：C解析：各范式的核心要求为：1NF要求所有属性不可再分；2NF要求消除非主属性对主键的部分函数依赖；3NF要求消除非主属性对主键的传递函数依赖；BCNF要求消除所有属性（包含主属性）对候选键的部分与传递函数依赖。题干描述的特征完全符合3NF的要求，因此该关系模式至少满足3NF，选项C正确。7.答案：A解析：事务的ACID特性中，原子性指事务是不可分割的逻辑工作单位，事务包含的所有操作要么全部执行成功，要么全部回滚不执行，选项A正确。一致性指事务执行前后数据库必须从一个一致性状态转变为另一个一致性状态；隔离性指多个事务并发执行时，事务内部的操作与数据对其他事务是隔离的，互不干扰；持久性指事务一旦提交，对数据库中数据的修改是永久的，后续的其他操作或故障不会影响该事务的执行结果。8.答案：C解析：并发操作带来的三类不一致问题中，不可重复读指同一事务内两次读取同一数据，期间该数据被其他事务修改并提交，导致两次读取的结果不一致，题干描述的场景符合不可重复读的特征，选项C正确。丢失修改指两个事务同时读取并修改同一数据，后提交的事务的修改覆盖了先提交事务的修改；读脏数据指事务读取了其他事务未提交的修改，后续该事务回滚，导致读取到的数据无效；幻影读指同一事务两次查询同一范围的数据，期间其他事务插入了符合查询条件的新数据，导致第二次查询结果比第一次多了数据。9.答案：B解析：封锁协议的级别对应的解决问题范围为：一级封锁协议要求修改数据前必须加排他锁，直到事务结束后释放，仅能解决丢失修改问题；二级封锁协议在一级封锁协议的基础上，要求读取数据前必须加共享锁，读取完成后立即释放共享锁，可同时解决丢失修改和读脏数据问题；三级封锁协议在一级封锁协议的基础上，要求读取数据前必须加共享锁，直到事务结束后释放，可解决丢失修改、读脏数据、不可重复读三类问题。因此要解决读脏数据问题，至少需要使用二级封锁协议，选项B正确。10.答案：B解析：数据库故障中，事务故障指事务执行过程中发生的逻辑错误或系统错误，需要使用undo日志回滚未完成的事务；系统故障指服务器断电、操作系统崩溃等导致内存数据丢失的故障，需要使用undo日志回滚未提交事务，redo日志重做已提交事务；介质故障指磁盘损坏等导致存储的数据丢失的故障，需要结合数据备份和日志文件完成恢复；程序逻辑错误属于应用层问题，无法通过数据库日志恢复。因此需要使用日志恢复的故障为①②③，选项B正确。11.答案：B解析：聚簇索引的索引项顺序与表中数据的物理存储顺序完全一致，一个表仅能建立一个聚簇索引，选项A错误，选项B正确。聚簇索引查询连续范围数据的效率远高于非聚簇索引，无需回表查询，选项C错误；聚簇索引的键值更新会导致数据的物理存储位置重排，开销极大，因此不适合建立在频繁更新的字段上，选项D错误。12.答案：D解析：存储过程是预先编译后存储在数据库中的SQL代码集合，执行时无需再次编译，选项D描述错误，不属于存储过程的优点。存储过程的优点包括：预编译后执行效率更高；应用端仅需传输存储过程调用参数，减少网络传输量；可通过授予用户存储过程的执行权限，而不授予底层表的操作权限，增强数据安全性；封装重复的业务逻辑，实现代码复用。13.答案：B解析：数据库设计各阶段的核心输出为：需求分析阶段输出数据流图、数据字典、需求规格说明书；概念结构设计阶段通过对需求的抽象，设计ER模型，描述实体、属性及实体间的联系；逻辑结构设计阶段将ER模型转换为对应的关系模式，进行规范化处理；物理设计阶段设计数据的存储结构、索引策略、存储路径等。因此ER图设计属于概念结构设计阶段的工作，选项B正确。14.答案：A解析：分布式数据库的透明性级别中，分片透明性是最高级别的透明性，用户编写应用程序时只需对全局关系进行操作，无需考虑数据的分片规则和存储位置；位置透明性指用户需要知道数据的分片规则，但无需知道分片存储的节点位置；局部数据模型透明性指用户需要知道分片规则和存储位置，无需知道局部节点使用的数据模型。题干描述的特征符合分片透明性的定义，选项A正确。15.答案：C解析：数据仓库是面向主题的、集成的、相对稳定的、时变的数据集合，用于支持管理决策。相对稳定指数据仓库中的数据通常是批量写入的，不会频繁进行修改操作，非易失性是其核心特征之一，而易失性是事务型操作数据库的特征，选项C不属于数据仓库的特点。16.答案：B解析：NoSQL数据库按存储模型分为四类：键值型数据库，典型代表为Redis，数据以键值对的形式存储；文档型数据库，典型代表为MongoDB，数据以JSON/BSON文档的形式存储；列族型数据库，典型代表为HBase，数据按列族进行存储；图数据库，典型代表为Neo4j，用于存储实体及实体间的关联关系。因此选项B正确。17.答案：B解析：SQL权限管理中，PUBLIC关键字代表所有用户，要将Student表的查询权限授予所有用户，对应的语句为GRANTSELECTONStudentTOPUBLIC，选项B正确。WITHGRANTOPTION用于授予用户将该权限转授给其他用户的权限，不符合题干要求，排除选项C；ALL不是标准SQL中代表所有用户的关键字，排除选项D。18.答案：B解析：检查点技术指数据库系统定期将内存中的脏数据、日志缓冲区的内容刷新到磁盘，并记录检查点位置。发生系统故障时，仅需对检查点之后启动的事务进行恢复操作，无需扫描所有日志，大幅减少了故障恢复的时间和开销，选项B正确。19.答案：C解析：死锁预防的核心是破坏死锁产生的四个必要条件（互斥、部分分配、不可剥夺、循环等待），一次封锁法要求事务一次性申请所有需要的锁，破坏部分分配条件；顺序封锁法要求所有事务按统一的顺序申请锁，破坏循环等待条件，均属于死锁预防策略。超时法指设置事务的锁等待超时时间，超时则自动回滚事务，属于死锁检测与解除策略，不属于预防策略，选项C正确。20.答案：B解析：SQL触发器的触发时机中，BEFORE代表在触发事件（INSERT/UPDATE/DELETE）执行之前触发，通常用于数据合法性校验；AFTER代表在触发事件执行之后触发，通常用于业务逻辑联动、操作日志记录；INSTEADOF代表替代触发事件执行，通常用于视图的修改操作。因此选项B正确。二、简答题参考答案1.（8分）（1）三级模式结构：①外模式，也称为用户模式，是数据库用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，一个数据库可以对应多个外模式，匹配不同用户的访问需求；②模式，也称为概念模式，是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的描述，一个数据库仅有一个模式；③内模式，也称为存储模式，是数据物理存储结构和存储方式的描述，包含数据的存储路径、索引方式、压缩策略等，一个数据库仅有一个内模式。（3分）（2）两级映像：①外模式/模式映像，定义了外模式与模式之间的对应关系，每个外模式对应一个外模式/模式映像；②模式/内模式映像，定义了模式与内模式之间的对应关系，一个数据库仅有一个模式/内模式映像。（2分）（3）独立性保障：①逻辑独立性：当模式发生修改（如新增关系、新增属性）时，只需调整外模式/模式映像，无需修改外模式对应的应用程序，保证了数据与程序的逻辑独立性；②物理独立性：当内模式发生修改（如更换存储磁盘、修改索引策略）时，只需调整模式/内模式映像，无需修改模式和上层应用程序，保证了数据与程序的物理独立性。（3分）2.（8分）事务的ACID特性指原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability），各特性的含义及保障机制如下：（1）原子性：事务是不可分割的工作单位，事务包含的所有操作要么全部执行成功，要么全部回滚不执行。由undo日志机制保障，事务执行过程中记录修改前的数据镜像，发生故障时通过undo日志回滚未完成的操作。（2分）（2）一致性：事务执行前后，数据库必须从一个一致性状态转变为另一个一致性状态，所有完整性约束都得到满足。由事务的原子性、隔离性、持久性结合数据库完整性约束机制共同保障。（2分）（3）隔离性：多个事务并发执行时，事务内部的操作与数据对其他事务是隔离的，并发执行的事务之间互不干扰。由并发控制机制保障，常见的机制包括封锁协议、多版本并发控制（MVCC）、时间戳排序等。（2分）（4）持久性：事务一旦提交，对数据库中数据的修改是永久的，后续的其他操作或故障不会影响该事务的执行结果。由redo日志机制保障，事务提交前将修改后的数据镜像写入redo日志并持久化到磁盘，发生故障时通过redo日志重做已提交的事务。（2分）3.（8分）（1）定义：①3NF的定义：若关系模式R属于1NF，且不存在非主属性对候选键的部分函数依赖，也不存在非主属性对候选键的传递函数依赖，则R属于3NF；②BCNF的定义：若关系模式R属于1NF，对于R中任意的非平凡函数依赖X→Y，X都包含候选键，则R属于BCNF。（3分）（2）联系：两者都属于规范化的范式级别，BCNF是比3NF更严格的范式，满足BCNF的关系模式一定满足3NF，而满足3NF的关系模式不一定满足BCNF。（2分）（3）区别：①3NF仅消除了非主属性对候选键的部分依赖和传递依赖，允许主属性对候选键的部分依赖或传递存在；②BCNF消除了所有属性（包含主属性）对候选键的部分依赖和传递依赖，要求所有的决定因素都必须是候选键，最大限度消除了数据冗余和插入、删除、更新异常。（3分）4.（8分）并发操作可能带来的三类主要数据不一致问题包括丢失修改、读脏数据、不可重复读，产生场景如下：（1）丢失修改：两个或多个事务同时读取同一数据，之后都对该数据进行修改并提交，后提交的事务的修改覆盖了先提交事务的修改，导致先提交事务的修改丢失。例如事务T1和T2同时读取库存数量为100，T1将库存减10后提交，T2将库存减20后提交，最终库存为80，T1的修改被覆盖丢失。（3分）（2）读脏数据：一个事务读取了另一个事务未提交的修改，之后被读取的事务发生回滚，导致读取到的数据是无效的“脏数据”。例如事务T1修改账户余额为200（未提交），事务T2读取余额为200，之后T1因故障回滚，余额恢复为100，T2读取到的200就是脏数据。（3分）（3）不可重复读：同一事务内两次读取同一数据，期间该数据被其他事务修改并提交，导致两次读取的结果不一致。例如事务T1读取账户余额为100，事务T2将余额修改为200并提交，T1再次读取余额时得到200，两次读取结果不一致。（2分）三、数据库设计题参考答案1.（10分）①ER图设计（5分）：实体共4个：学院：属性为学院编号（主键）、学院名称、联系电话学生：属性为学号（主键）、姓名、性别、入学年份教师：属性为教师工号（主键）、姓名、职称课程：属性为课程号（主键）、课程名称、学分联系共3个：学院-学生：1:N联系，命名为“所属”学生-课程：M:N联系，命名为“选修”，属性为成绩教师-课程：1:N联系，命名为“讲授”②转换为3NF关系模式（5分）：学院（学院编号，学院名称，联系电话），主键：学院编号学生（学号，姓名，性别，入学年份，学院编号），主键：学号，外键：学院编号，参考学院（学院编号）教师（教师工号，姓名，职称），主键：教师工号课程（课程号，课程名称，学分，教师工号），主键：课程号，外键：教师工号，参考教师（教师工号）选课（学号，课程号，成绩），主键：（学号，课程号），外键：学号参考学生（学号），课程号参考课程（课程号）2.（10分）①非平凡函数依赖（3分）：学号→姓名，学号→系号，系号→系名，系号→系主任，课程号→课程名，（学号，课程号）→成绩②范式判定（3分）：该关系模式最高属于1NF