1.1 數據庫的基本概念

數據庫技術是現代信息科學與技術的重要組成部分，是計算機數據處理與信息管理系統的核心，是一種計算機輔助管理數據的方法，研究如何組織和存儲數據，如何高效地獲取和處理數據。

在系統地學習數據庫技術之前，需要先了解數據庫技術中涉及的基本概念，主要包括：信息、數據、數據處理、數據庫、數據庫管理系統以及數據庫系統。

1. 信息（Information）

信息是現實世界事物的存在方式或運動狀態的反映，它通過符號（如文字、圖像等）和信號（如有某種含義的動作、光電信號等）等具體形式表現出來。信息具有可感知、可存儲、可加工、可再生等自然屬性，是各行各業不可或缺的資源。

2. 數據（Data）

數據是描述事物的符號記錄，可以是數字、文字、圖形和聲音等。數據是數據庫中存儲的基本對象，是信息的載體。人們在日常生活中為了交流信息，需要描述各種各樣的事物，這時采用的通常是自然語言。例如，在學校內要描述一個學生通常會說：“張三豐是一名2017年入學的信息工程系的男學生，1999年9月出生，河南人”。但是計算機是不能直接識別以上自然語言的。在計算機中，為了存儲和處理這些事物，就需要抽取出這些事物的部分特征，組成一條記錄來描述。例如，我們對學生最感興趣的是姓名、性別、出生日期、籍貫、系別、入學時間，可以這樣來描述一個學生：

（張三豐，男，1999.9，河南，信息工程系，2017）

以上這條記錄就是數據。對于這條記錄，了解其含義的人會得到如下信息：張三豐是一名學生，男，2017年入學，在信息工程系學習，1999年9月出生，河南人。而不了解其含義的人，就不能得出以上信息。可見，數據的形式還不能完全表達其內容，需要經過數據解釋。所謂數據解釋就是對數據含義的說明，數據的含義稱為數據的語義，也就是數據承載的信息，數據與其語義是不可分的。因此，數據是信息的載體，是符號表示；信息是數據的內容，是數據解釋。

3. 數據庫（Database，簡稱DB）

數據庫，簡單來說，就是存放數據的倉庫。只不過這個倉庫是長期存儲在計算機中的，是有組織的、可共享的相關數據集合。數據庫具有如下特性。

（1）數據庫是具有邏輯關系和確定意義的數據集合。

（2）數據庫是針對明確的應用目標而設計、建立和加載的。每個數據庫都具有一組用戶，并為這些用戶的應用需求服務。

（3）一個數據庫反映了客觀事物的某些方面，而且需要與客觀事物的狀態始終保持一致。

（4）數據庫中存放的數據獨立于應用程序。數據的存取操作由數據庫管理系統（DataBase Management System，簡稱DBMS）負責，極大減少了應用程序維護的成本。而且數據庫中的數據可以被新的應用程序所使用，增強了數據庫的共享性和易擴充性。

（5）數據庫集中了各種應用程序的數據，這些數據可以長期存儲在計算機的輔助存儲器中，用戶只有向數據庫管理系統提出某些明確請求時，才能到數據庫中對數據進行各種操作。

（6）數據庫將多個應用程序的數據統一存儲并集中使用，將數據庫中的多個文件組織起來，相互之間建立密切的聯系，盡可能避免同一數據的重復存儲，減少和控制了數據冗余，保證了整個系統數據的一致性。

4. 數據庫管理系統（DataBase Management System，簡稱DBMS）

數據庫管理系統是一種操縱和管理數據庫的大型軟件，用于建立、使用和維護數據庫。它對數據庫進行統一的管理和控制，以保證數據庫的安全性和完整性。用戶通過數據庫管理系統訪問數據庫中的數據，數據庫管理員也通過數據庫管理系統進行數據庫的維護工作。數據庫管理系統使多個應用程序和用戶可以用不同的方法在同一時刻或不同時刻去建立、修改和詢問數據庫。數據庫管理系統是數據庫系統的核心，是管理數據的軟件，是數據庫系統的一個重要組成部分。數據庫管理系統幫助用戶把抽象的邏輯數據處理轉換為計算機中具體的物理數據處理。這樣，用戶可以對數據進行抽象的邏輯處理，而不必理會這些數據在計算機中的布局和物理位置。

數據庫管理系統功能強大，主要包括以下幾個方面。

（1）數據定義功能：數據庫管理系統提供數據定義語言（Data Definition Language，DDL）用于描述數據的結構、約束性條件和訪問控制條件，為數據庫構建數據框架，以便操作和控制數據。

（2）數據操縱功能：數據庫管理系統提供數據操縱語言（Data Manipulation Language， DML）用于操縱數據，實現對數據庫的基本操作，如：追加、刪除、更新、查詢等。數據庫管理系統對相應的操作過程進行確定和優化。

（3）數據庫的運行管理功能：包括多用戶環境下的并發控制、安全性檢查和存取限制控制，完整性檢查和執行，運行日志的組織管理，事務的管理和自動恢復。這些功能保證了數據庫系統的正常運行。

（4）數據組織、存儲與管理功能：數據庫管理系統要分類組織、存儲和管理各種數據，包括數據字典、用戶數據、存取路徑等，需確定以何種文件結構和存取方式在存儲級別上組織這些數據，以及如何實現數據之間的聯系。數據組織和存儲的基本目標是提高存儲空間利用率，選擇合適的存取方法以提高存取效率。

（5）數據庫的保護功能：數據庫管理系統對數據庫的保護通過4個方面來實現：數據庫的恢復、數據庫的并發控制、數據庫的完整性控制、數據庫的安全性控制。數據庫管理系統的其他保護功能還有系統緩沖區的管理以及數據存儲的某些自適應調節機制等。

（6）數據庫的維護功能：包括數據庫的數據載入、轉換、轉儲，數據庫的重組織以及性能監控等功能，這些功能由各個實用程序來完成。

（7）數據庫接口功能：數據庫管理系統提供數據庫的用戶接口，以適應各類不同用戶的不同需要。

5. 數據庫系統（Database System，簡稱DBS）

數據庫系統是計算機系統的重要組成部分，是指引入了數據庫后的計算機系統。DBS通常由硬件、軟件、數據庫、人員組成。

（1）硬件：構成計算機系統的各種物理設備，包括存儲所需的外部設備。硬件的配置應能滿足整個數據庫系統的需要。

（2）軟件：包括操作系統、數據庫管理系統及應用程序。

（3）數據庫：長期存儲在計算機內的，有組織，可共享的數據的集合。

（4）人員：主要有4類。

第一類為系統分析員和數據庫設計人員。系統分析員負責應用系統的需求分析和規范說明，他們和最終用戶及數據庫管理員一起確定系統的硬件配置，并參與數據庫系統的概要設計。數據庫設計人員負責數據庫中數據的確定，數據庫各級模式的設計。

第二類為應用程序員。他們負責編寫使用數據庫的應用程序。這些應用程序可對數據進行檢索、建立、刪除或修改。

第三類為最終用戶。他們利用系統的接口或查詢語言訪問數據庫。

第四類為數據庫管理員（DataBase Administrator，簡稱DBA）。他們負責數據庫的總體信息控制。DBA的具體職責包括：決定數據庫中的信息內容和結構，決定數據庫的存儲結構和存取策略，定義數據庫的安全性要求和完整性約束條件，監控數據庫的使用和運行，改進數據庫的性能，對數據庫進行重組和重構，以提高系統的性能。

數據庫系統的結構如圖1-1所示。