114 公務人員升官等薦任 資訊處理 資料庫應用 考古題詳解

核心觀念

本題考查資料庫系統的架構、交易處理、ER 模型與關聯式正規化，以及資料模型的分類。作答時應以「定義＋關鍵特性＋用途或例子」說明各術語。

解題方法

（1）ANSI/SPARC 三層架構

ANSI/SPARC 將資料庫系統分成三個層次：

• 外部層（External Level）：描述個別使用者或應用程式所看到的資料視圖。同一資料庫可以有多個外部視圖，以呈現使用者需要的部分資料。
• 概念層（Conceptual Level）：描述整個資料庫的整體邏輯結構，包括資料項目、資料間的關係及限制條件；通常不涉及實際儲存方式。
• 內部層（Internal Level）：描述資料實際如何儲存，例如檔案組織、索引與儲存配置。

三層架構的重要目的，是透過外部／概念對映與概念／內部對映，提供資料獨立性。概念結構改變時，盡量不影響使用者視圖，稱為邏輯資料獨立性；儲存方式改變時，盡量不影響概念結構，稱為實體資料獨立性。

（2）並發（Concurrent）

並發是指多個交易或使用者的操作在時間上重疊進行。系統可能交錯執行不同交易的指令，即使處理器實際上是輪流執行，使用者仍可觀察到多項工作同時進行。

並發可提升系統資源利用率與交易吞吐量，但若控制不當，可能造成遺失更新、讀取未提交資料、不一致讀取等問題。因此資料庫管理系統須以鎖定、時間戳記或多版本並發控制等方法維持隔離性與資料一致性。

（3）弱實體

弱實體是 ER 模型中無法僅憑自身屬性唯一識別的實體，必須依賴另一個強實體（擁有者實體）才能識別及存在。

弱實體通常具有部分鍵（partial key），與擁有者實體透過識別關係連結；其識別方式是「擁有者實體的主鍵＋弱實體的部分鍵」。例如，若「眷屬」以「員工編號＋眷屬姓名」識別，且眷屬不能脫離員工而存在，則眷屬可建模為弱實體。

（4）第二正規化（2NF）

核心觀念

本題考查 SQL 的日期範圍條件、欄位投影，以及彙總查詢中的 WHERE、GROUP BY、SUM 與 ORDER BY：

• SELECT 指定要輸出的欄位。
• WHERE 篩選符合條件的資料列。
• GROUP BY 依欄位分組，讓彙總函數分別計算各組結果。
• SUM(Amount) 計算每組的訂單金額合計。
• ORDER BY ... DESC 依指定欄位由大至小排列。

解題方法

（1）查詢 2025 年 1 月的訂單與金額

題目要列出 2025 年 1 月的訂單及金額，因此輸出訂單編號與金額，並以日期範圍篩選：

SELECT OrderID, Amount
FROM Sales
WHERE ODate >= DATE '2025-01-01'
 AND ODate < DATE '2025-02-01';

條件包含 2025 年 1 月 1 日，並排除 2025 年 2 月 1 日。這種「大於等於月初、小於下月月初」的半開區間寫法，即使 ODate 含有時分秒，也能涵蓋整個 1 月，不必假設月底的最後一刻是某個特定時間。

（2）說明 SQL 陳述式的作用

SELECT CustID, SUM(Amount) AS TotalAmt
FROM Sales
WHERE ODate >= DATE '2025-01-01' AND ODate < DATE '2025-02-01'
GROUP BY CustID
ORDER BY TotalAmt DESC;

依 SQL 的執行概念，可分為以下步驟：

核心觀念

本題考查 ER 模型中的實體、關聯、基數，以及如何區分「課程目錄」與「實際開課班次」。

• Student（學生）：修課的學生實體。
• Course（課程）：課程的固定資料，例如課程代碼、名稱、學分。
• Section（開課班次）：某門課在特定學期實際開設的一個班次，包含學期、時段、教室、教師等資料。
• Enroll（選課）：記錄學生選修哪個開課班次的關聯；若採關聯實體表示，通常包含選課時間、成績等屬性。

ER 模型的基數描述實體間可參與關聯的數量，例如一對多（1:N）或多對多（M:N）。

解題方法

先依題意區分「課程」與「實際開課實例」：Course 描述課程本身，Section 描述該課程在特定學期與條件下的一次開課。再判斷各實體間的基數：

1. Course 與 Section：一對多（1:N） 一門課程可在不同學期或時段開設多個 Section；每個 Section 必須隸屬於一門 Course。

2. Student 與 Section：多對多（M:N） 一位學生可選修多個 Section；一個 Section 也可由多位學生選修。以 Enroll 關聯實體拆解此 M:N 關聯。

3. Student 與 Enroll：一對多（1:N） 一位學生可有多筆選課紀錄；每筆 Enroll 紀錄對應一位學生。

4. Section 與 Enroll：一對多（1:N） 一個 Section 可有多筆選課紀錄；每筆 Enroll 紀錄對應一個 Section。

可用下列文字 ER 圖表示：

Course 1 ─── N Section
 1
 │
 N
Student 1 ─── N Enroll

核心觀念

本題考查資料庫備份型態、交易日誌備份與災難復原目標。備份策略要回答兩件事：資料如何還原，以及發生災難後可接受多少資料損失與停機時間。題目不涉及特定資料庫產品，各產品的實作名稱可能不同，以下說明通用觀念。

• 完整備份（Full Backup）：備份某一時點的完整資料庫，作為還原基準。還原時通常先還原完整備份。
• 差異備份（Differential Backup）：備份自最近一次完整備份以來變更的資料。還原時需先還原完整備份，再套用所需的最新差異備份。
• 交易日誌備份（Transaction Log Backup）：備份上次日誌備份後新增的交易日誌記錄。日誌記錄包含交易變更與順序資訊，可用來將資料庫復原到較新的時間點；通常需依序套用完整備份之後的差異備份及相關日誌備份。
• RPO（Recovery Point Objective，復原點目標）：可接受的最大資料損失量，常以時間表示。例如 RPO 為 15 分鐘，表示災難發生時，最多接受約 15 分鐘內的資料變更無法復原。
• RTO（Recovery Time Objective，復原時間目標）：可接受的最長復原時間，即從服務中斷到恢復可用所容許的時間。

解題方法

依序比較三種備份的「涵蓋範圍、還原所需檔案、優缺點」，再說明如何串接還原；最後以 RPO 對應資料損失、RTO 對應停機時間。

設每週日凌晨執行完整備份，平日每天執行差異備份，交易日誌每 15 分鐘備份一次。若週四下午發生故障，可依下列順序復原：

1. 還原週日的完整備份。
2. 套用故障前最近一次差異備份，例如週四凌晨的差異備份。
3. 依時間順序套用週四凌晨差異備份之後、至故障時間前的交易日誌備份。
4. 若資料庫與日誌仍可讀取，並且系統支援，可套用尚未備份的尾端日誌（tail-log），進一步縮小資料損失範圍。

上述策略中，差異備份逐日累積自週日完整備份後的變更；交易日誌備份則銜接差異備份之後的變更。若沒有可用的交易日誌備份，通常只能復原到最新可還原的完整或差異備份時點。

三種備份的差異與搭配

核心觀念

資料庫發展生命週期（Database Life Cycle, DBLC）是資料庫從規劃、設計、建置到維護與調整的完整流程。題目考查常見的六個階段及其先後關係。各教材對階段名稱略有差異，作答時應掌握每階段的主要工作。

解題方法

依資料庫專案由「確認需求」到「持續運作與調整」的順序，說明每個階段的目的與工作：

1. 資料庫初始研究（Database Initial Study） 確認組織的問題、目標與資料需求，界定資料庫系統範圍；評估現行作業流程、可行性、資源需求與預期效益，作為是否啟動專案及後續規劃的依據。

2. 資料庫設計（Database Design） 將需求轉化為資料庫結構。先建立概念設計，例如實體關係模型，再進行邏輯設計，將模型轉為關聯式資料表並處理正規化，最後進行實體設計，決定檔案組織、索引、儲存與存取方式等。

3. 實作與載入（Implementation and Loading） 選定並設定資料庫管理系統（DBMS），依設計建立資料庫物件，例如資料表、限制條件、檢視表及索引；將既有資料轉換、清理後載入新資料庫，並設定使用者、權限及相關應用程式。