1.1　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)庫（DataBase, DB）是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉庫，產(chǎn)生于距今60多年前。隨著信息技術(shù)和市場的發(fā)展，特別是20世紀(jì)90年代以后，數(shù)據(jù)管理不再僅僅用于存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了用戶所需要的各種數(shù)據(jù)管理的方式。從簡單的存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)的表格到能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都屬于數(shù)據(jù)庫的范疇，并在各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。

在信息化社會(huì)充分有效地管理和利用各類信息資源是進(jìn)行科學(xué)研究和決策管理的前提條件。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是管理信息系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等各類信息系統(tǒng)的核心部分，是進(jìn)行科學(xué)研究和決策管理的重要技術(shù)手段。

1.1.1　數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展

使用計(jì)算機(jī)后，隨著數(shù)據(jù)處理量的增長，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)硬件（主要是外部存儲(chǔ)器）、系統(tǒng)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的范圍有著密切的聯(lián)系。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段、數(shù)據(jù)庫階段和高級(jí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段。其中，數(shù)據(jù)庫階段和高級(jí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段可以統(tǒng)稱為系統(tǒng)階段，即由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理數(shù)據(jù)的階段。

1．人工管理

20世紀(jì)50年代中期之前，計(jì)算機(jī)的軟硬件均不完善。硬件存儲(chǔ)設(shè)備只有磁帶、卡片和紙帶，軟件方面還沒有操作系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。人工管理階段由于還沒有軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，程序員在程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要設(shè)計(jì)其物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出方式等。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理組織或存儲(chǔ)設(shè)備改變時(shí)，用戶程序就必須重新編制。由于數(shù)據(jù)的組織面向應(yīng)用，不同的計(jì)算程序之間不能共享數(shù)據(jù)，使得不同的應(yīng)用之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)，很難維護(hù)應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)的一致性。這一階段的主要特征可歸納為如下幾點(diǎn)：

●　計(jì)算機(jī)中沒有支持?jǐn)?shù)據(jù)管理的軟件。

●　數(shù)據(jù)組織面向應(yīng)用，數(shù)據(jù)不能共享，數(shù)據(jù)重復(fù)。

●　在程序中要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)與程序不獨(dú)立。

●　數(shù)據(jù)處理方式—批處理。

2．文件系統(tǒng)

這一階段處于20世紀(jì)50年代中期到60年代中期，其主要標(biāo)志是計(jì)算機(jī)中有了專門管理數(shù)據(jù)庫的軟件——操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)文件管理功能的出現(xiàn)標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理步入一個(gè)新的階段。

在文件系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)以文件為單位存儲(chǔ)在外存，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理，而操作系統(tǒng)為用戶使用文件提供友好界面。該階段中的文件邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)脫鉤，程序和數(shù)據(jù)分離，使數(shù)據(jù)與程序有了一定的獨(dú)立性。用戶的程序與數(shù)據(jù)可分別存放在外存儲(chǔ)器上，各個(gè)應(yīng)用程序可以共享一組數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了以文件為單位的數(shù)據(jù)共享。

由于數(shù)據(jù)的組織仍然是面向程序的，因此仍存在大量的數(shù)據(jù)冗余。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不能方便地修改和擴(kuò)充，因此數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的每一點(diǎn)微小改變都會(huì)影響應(yīng)用程序。此外，由于文件之間互相獨(dú)立，因此不能反映現(xiàn)實(shí)世界中事物之間的聯(lián)系，而操作系統(tǒng)不負(fù)責(zé)維護(hù)文件之間的聯(lián)系信息。如果文件之間有內(nèi)容上的聯(lián)系，那么只能由應(yīng)用程序去處理，這加大了程序設(shè)計(jì)人員的工作量。

3．系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后，隨著計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，人們對數(shù)據(jù)管理技術(shù)提出了更高的要求：希望面向企業(yè)或部門，以數(shù)據(jù)為中心組織數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的冗余，提供更高的數(shù)據(jù)共享能力，同時(shí)要求程序和數(shù)據(jù)具有較高的獨(dú)立性，當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，不涉及數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，也不影響應(yīng)用程序，以降低應(yīng)用程序研制與維護(hù)的費(fèi)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)正是在這樣的應(yīng)用需求基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理階段和文件階段后，獲得了大量的技術(shù)積累，這為數(shù)據(jù)庫的誕生奠定了基礎(chǔ)。具體來說，數(shù)據(jù)庫技術(shù)有如下特點(diǎn)：

（1）面向企業(yè)或部門。數(shù)據(jù)庫以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織，形成綜合性的數(shù)據(jù)庫，從而為各應(yīng)用共享。

（2）采用一定的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型不僅描述了數(shù)據(jù)本身的特點(diǎn)，而且描述了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

（3）數(shù)據(jù)冗余小，易修改、易擴(kuò)充。數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段中，不同的應(yīng)用程序根據(jù)處理要求從數(shù)據(jù)庫中獲取需要的數(shù)據(jù)，這樣就減少了數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)，也便于增加新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。

（4）程序和數(shù)據(jù)有較高的獨(dú)立性。

（5）具有良好的用戶接口，用戶可方便地開發(fā)和使用數(shù)據(jù)庫。

（6）對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，提供了數(shù)據(jù)的安全性、完整性以及并發(fā)控制。

數(shù)據(jù)管理技術(shù)從文件系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這在信息領(lǐng)域中具有里程碑的意義。在文件系統(tǒng)階段，人們在信息處理中關(guān)注的中心問題是系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)，因此程序設(shè)計(jì)占主導(dǎo)地位；而在數(shù)據(jù)庫階段，數(shù)據(jù)開始占據(jù)了中心位置，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問題，而應(yīng)用程序則以既定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4．發(fā)展趨勢

隨著信息管理內(nèi)容的不斷擴(kuò)展，出現(xiàn)了豐富多樣的數(shù)據(jù)模型（層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀虢Y(jié)構(gòu)化模型等），新技術(shù)也層出不窮（數(shù)據(jù)流、Web數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)挖掘等）。每隔幾年，國際上一些資深的數(shù)據(jù)庫專家就會(huì)聚集一堂，探討數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀、研究存在的問題和未來需要關(guān)注的新技術(shù)焦點(diǎn)。

數(shù)據(jù)庫與學(xué)科技術(shù)的結(jié)合將會(huì)建立一系列新數(shù)據(jù)庫，如分布式數(shù)據(jù)庫、并行數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫等，這將是數(shù)據(jù)庫技術(shù)重要的發(fā)展方向。未來數(shù)據(jù)庫技術(shù)及市場發(fā)展的兩大方向是數(shù)據(jù)倉庫和電子商務(wù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)將在數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)以及與之相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展。

1.1.2　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System, DBS）是指一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件和用它建立起來的數(shù)據(jù)庫，通常由系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理員組成。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、各種宿主語言、實(shí)用程序以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）；數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)的插入、修改和檢索均要通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行；數(shù)據(jù)管理員（DBA）負(fù)責(zé)創(chuàng)建、監(jiān)控和維護(hù)整個(gè)數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)能被任何有權(quán)使用的人有效使用，數(shù)據(jù)庫管理員一般由業(yè)務(wù)水平較高、資歷較深的人員擔(dān)任。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是軟件研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，常稱為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是為適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理的核心機(jī)構(gòu)，具體來說由如下部分組成。

（1）數(shù)據(jù)庫：長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，有組織、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)學(xué)模型組織、描述和存儲(chǔ)，具有較小的冗余、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享。

（2）硬件：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備，包括存儲(chǔ)所需的外部設(shè)備，如物理硬盤、光盤等媒介。

（3）系統(tǒng)軟件：包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase Management System, DBMS）是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件，在操作系統(tǒng)的支持下工作，是科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、高效獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)軟件。其主要功能包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)。

（4）人員：主要包括如下4類。

●　第一類為系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員。系統(tǒng)分析員負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明，他們和用戶及數(shù)據(jù)庫管理員一起確定系統(tǒng)的硬件配置，并參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定、數(shù)據(jù)庫各級(jí)模式的設(shè)計(jì)。

●　第二類為應(yīng)用程序員，負(fù)責(zé)編寫使用數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用程序可對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、建立、刪除或修改。

●　第三類為最終用戶，他們利用系統(tǒng)的接口或查詢語言訪問數(shù)據(jù)庫。

●　第四類是數(shù)據(jù)庫管理員（Data Base Administrator, DBA），負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的總體信息控制。DBA的具體職責(zé)包括確定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，決定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略，定義數(shù)據(jù)庫的安全性要求和完整性約束條件，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的性能改進(jìn)、數(shù)據(jù)庫的重組和重構(gòu)，以提高系統(tǒng)的性能。