1.1 數據庫技術概述

1946年第一臺計算機研制成功，標志著人類開始使用機器來存儲和管理數據。隨著計算機技術的發展和普及，計算機管理數據的方式也在不斷地發生變化，從手工處理方式到文件系統方式，再到數據庫系統方式?，F在，數據庫技術成為數據管理的最新技術，也成為計算機科學中的一個重要分支。數據庫技術作為信息技術的一個重要支撐部分，它的產生來源于社會的實際需要，同時又給社會生活的各個領域帶來了許多積極的影響。

1.1.1 數據庫的基本概念

1.數據

數據（Data）是客觀事物的反映和記錄，是用以載荷信息的物理符號。數據不等同于數字，數據包括兩大類，即數值型數據和非數值型數據。在計算機系統中，凡是能被計算機存儲并處理的數字、字符、圖形和聲音等統稱為數據。

在學習“數據”概念的同時，我們有必要區分一下數據和信息這兩個概念。信息是指有意義的數據，即在數據上定義的有意義的描述。比如對“101”而言，如果僅僅是3個代碼的組合，它表示的是數據（一種符號表示）；而“軟件技術專業的101 個學生”中的“101”就是信息，表示學生的數量。數據和信息是兩個相互聯系但又相互區別的概念；數據是信息的具體表現形式，信息是數據有意義的表現。

2.數據處理

數據處理就是將數據轉換為信息的過程。數據處理的內容主要包括：數據的收集、整理、存儲、加工、分類、維護、排序、檢索和傳輸等一系列活動的總和。數據處理的目的是從大量的數據中，根據數據自身的規律及其相互聯系，通過分析、歸納、推理等科學方法，利用計算機技術、數據庫技術等手段，提取有效的信息資源，為進一步分析、管理和決策提供依據。數據處理也稱信息處理。

例如，將信息工程系各專業學生人數相加，經過計算得出平均人數和總人數等信息，這種計算處理的過程就是數據處理。

3.數據庫

數據庫（DB）是數據庫系統（DBS）的核心，是被管理的對象。形象地說，數據庫即存放數據的倉庫，我們把它定義為存放在計算機存儲設備上的相關數據的集合。數據庫最終也是以文件的形式存儲的，但不同于普通文件的是，它指的是相互關聯的數據的集合，而一般文件是相關信息的集合，它的存放形式可以是雜亂無章的。

4.數據庫管理系統

數據庫管理系統（DBMS）負責對數據庫進行管理和維護，它是數據庫系統的主要軟件系統，是管理的部門。它借助于操作系統實現對數據的存儲管理。

一般來說，DBMS應包括如下幾個功能。

● 數據定義語言（DDL）：用來描述和定義數據庫中各種數據及數據之間的聯系。

● 數據管理語言（DML）：用來對數據庫中的數據進行插入、查找、修改和刪除等操作。

● 數據控制語言（DCL）：用來完成系統控制、數據完整性控制及并發控制等操作。

關系數據庫領域中典型的DBMS系統有：Oracle、Sybase、Informix、Foxpro、DB2和SQL Server等。

5.數據庫系統

數據庫系統實際上是一個應用系統，它由數據庫、數據庫管理系統、用戶和計算機系統組成。

（1）數據庫

數據庫是數據庫系統操作的對象。數據庫中的數據具有集中性和共享性。所謂集中性是指數據庫可以被看成性質不同的數據文件的集合，其中的數據冗余很小。所謂共享性是指多個不同用戶，使用不同的語言，為了不同的應用目的可同時存取數據庫中的數據。

（2）數據庫管理系統

數據庫管理系統是數據庫系統負責對數據庫進行管理的軟件系統。它對數據庫中的數據資源進行統一管理和控制，把用戶程序和數據庫數據進行隔離。

如圖1-1所示是數據庫管理系統與計算機硬件及其他軟件的層次關系，外層應用依賴于內層資源的支持。

（3）用戶

用戶是指使用數據庫的人員。數據庫系統中的用戶有終端用戶、應用程序員和數據庫管理員3類用戶。

● 終端用戶是指數據庫系統的最終使用人員，他們通過數據庫系統提供的界面友好的交互式對話手段使用數據庫中的數據。

● 應用程序員是為終端用戶編寫應用程序的軟件人員，他們設計的應用程序主要目的是使用和維護數據庫。

● 數據庫管理員（DBA）是全面負責數據庫系統正常運轉的高級人員，他們負責對數據庫系統的深入研究。

例如：一個電子商務網站中，通過瀏覽器進行信息查詢和購物的用戶即為最終用戶；編寫網頁程序和相關管理程序的人員即為應用程序員；負責后臺網絡數據庫的維護人員即為數據庫管理員（DBA）。

（4）計算機系統

計算機系統是指存儲數據庫及運行DBMS的軟、硬件資源，如操作系統和磁盤、I/O通道等。

1.1.2 數據處理發展簡史

自計算機產生以來，數據處理經歷了手工處理、文件系統和數據庫系統階段，現在已經發展到數據倉庫技術階段。

1.手工處理

20世紀50年代以前，計算機應用于科學計算。這個階段的數據處理是通過手工進行的，計算機上沒有專門管理數據的軟件，也沒有磁盤之類的存儲設備來存儲數據，那時應用程序和數據之間存在一對一的關系，即一個程序對應于一組數據，這樣就造成了手工處理數據的兩個缺點：一是應用程序和數據之間的依賴性太強，獨立性差；二是數據和數據之間存在許多重復數據，造成大量數據冗余，如圖1-2所示。

2.文件系統

20世紀50年代中期以后，隨著計算機的硬件和軟件的飛速發展，出現了專門管理數據的軟件，即文件系統。在文件系統數據管理階段，數據按一定的規則組織成一個文件，應用程序通過文件系統對文件中的數據進行存取和加工。文件系統對數據的管理，實際上是通過應用程序和數據之間的一種接口實現的。

文件系統解決了應用程序和數據之間的一個公共接口問題，使得應用程序可以采用統一的存取方法來操作數據。但是，不同的應用程序很難共享同一數據文件，也就是說，數據獨立性仍然較差，數據冗余度較大，如圖1-3所示。

3.數據庫系統

20世紀60年代以后，為了滿足巨大的信息流和數據流的需要，數據庫系統出現了。數據庫系統也是以文件方式存儲數據的，但它是數據的一種高級組織形式。在應用程序和數據庫之間有一個新的數據管理軟件DBMS，即數據庫管理系統。數據庫管理系統把所有應用程序中使用的數據匯集在一起，并以記錄為單位存儲起來，以便于應用程序查詢和使用，如圖1-4所示。

數據庫系統中數據庫對數據的存儲和管理是按照同一結構進行的，不同的應用程序都可以直接操作這些數據，也就是說，應用程序具有高度的獨立性。同時，數據庫系統對數據的完整性、唯一性和安全性都提供了一套有效的管理手段。數據庫系統還提供管理和控制數據的各種簡單操作命令，使用戶編寫程序時更容易掌握。相對文件而言，數據庫系統有如下幾個特點。

● 數據結構化：數據庫系統中包含的多個單獨的文件之間是相互聯系的，在整體上有一個統一的結構形式。

● 數據共享：數據庫系統中的數據可以為不同的用戶使用。

● 數據獨立性：應用程序和數據庫間的依賴性較小。

● 最小冗余度：數據庫系統中的數據集中存儲，共同使用，避免了大量重復。

自20世紀60年代中期以來，數據庫技術與其他領域的技術相結合，出現了數據庫的許多新分支，如：與網絡技術相結合的網絡數據庫；與分布式處理技術相結合的分布式數據庫；與面向對象技術相結合的面向對象數據庫；與人工智能技術相結合出現了知識庫、主動數據庫；與并行處理技術相結合的并行數據庫；與多媒體技術相結合的多媒體數據庫。此外，針對不同應用領域還出現了工程數據庫、實時數據庫、空間數據庫、地理數據庫、統計數據庫、時態數據庫和數據倉庫等多種數據庫及相關技術。