【正文】 據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過三個階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫階段。 人工管理階段和文件系統(tǒng)階段都有著相當(dāng)多的缺陷，諸如數(shù)據(jù)冗余性，數(shù)據(jù)不一致性以及數(shù)據(jù)聯(lián)系弱等等。也正是由于這些原因，促使人們研 究新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，從而產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫技術(shù)。 20 世紀(jì) 60 年代末發(fā)生的三件大事，層次模型 IMS 系統(tǒng)的推出、關(guān)于網(wǎng)狀模型 DBTG 報告的發(fā)表以及關(guān)于關(guān)系模型論文的連續(xù)發(fā)表標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫階段。進(jìn)入 70年代以后，數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到迅速發(fā)展，開發(fā)了許多有效的產(chǎn)品并投入運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)克服了文件系統(tǒng)的缺陷，提供了對數(shù)據(jù)更高級更有效的管理。 當(dāng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫階段后，隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模一再擴(kuò)大，數(shù)據(jù)量急劇增加，為了提高效率，開始時，人們只是對文件系統(tǒng)加以擴(kuò)充，在應(yīng)用文件中建立了許多輔助索引，形成倒排文件系統(tǒng)。但這并不能最 終解決問題。在 20世紀(jì) 60年代末，磁盤技術(shù)取得重要進(jìn)展，具有數(shù)百兆容量和快速存取的磁盤陸續(xù)進(jìn)入市場，成本也不高，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生提供了良好的物質(zhì)條件。 （ 1）減少數(shù)據(jù)的重復(fù)（ Redundancycanbereduced） 當(dāng)在一個非數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當(dāng)中，每一個應(yīng)用程序都有屬于他們自己的文件，由于無法有系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)，因此常常會造成存儲數(shù)據(jù)的重復(fù)與浪費(fèi)。例如：在一家公司當(dāng)中，人事管理程序與工資管理程序或許都會使用到職員與部門的信息或文件，而我們可以運(yùn)用數(shù)據(jù)庫的方法，把這兩個文件整理起來 ，以減少多余的數(shù)據(jù)，過度地占用存儲空間。 （ 2）避免數(shù)據(jù)的不一致（ Inconsistencycanavoid） 本項的特色，可以說是延伸前項的一個特點(diǎn)，要說明這樣的一個現(xiàn)象，我們可以從下面這個實(shí)例來看：若是在同一家公司當(dāng)中，職員甲在策劃部門工作，且職員甲的記錄同時被存放在數(shù)據(jù)庫的兩個地方，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)卻沒有對這樣重要的情況加以控制，當(dāng)其中一條數(shù)據(jù)庫被修改時，便會造成數(shù)據(jù)的不一致，但是，對于一個健全的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)而言，將會對這樣的情況加以控制，但有時并不需要刻意消除這種情形，應(yīng)當(dāng)視該數(shù)據(jù)庫的需求與效率來決定。 （ 3）數(shù)據(jù)共享（ Datashared） 對于數(shù)據(jù)共享的意義，并不是只有針對數(shù)據(jù)庫設(shè)計的應(yīng)用程序，可以使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對于其他撰寫好的應(yīng)用程序，同樣可以對相同數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。 （ 4）強(qiáng)化數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化（ Standardcanbeenforced） 由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)做出統(tǒng)籌性的管理，對于數(shù)據(jù)的格式與一些存儲上的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，如此一來，對于不同的環(huán)境的數(shù)據(jù)交換（ DataInterchange）上將有很大的幫助，也能提高數(shù)據(jù)處理的效率。 （ 5）實(shí)踐安全性的管理（ Securityrestrictioncanbeapplied） 通過對數(shù)據(jù)庫完整的權(quán)限控制，數(shù)據(jù)庫管理者可以確認(rèn)所有可供用戶存取數(shù)據(jù)的合法途徑渠道，并且可以事先對一些較重要或關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全檢查，以確保數(shù)據(jù)存取時，能夠?qū)⑷魏尾划?dāng)損毀的情形降至最低。 （ 6）完整性的維護(hù)（ Integritycanbemaintained） 所謂完整性的問題，就是要確認(rèn)某條數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，是正確無誤的。正如（ 2）所述，若是無法控制數(shù)據(jù)的不一致性，便會產(chǎn)生完整性不足的問題，所以，我們會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)重復(fù)性高的時候，數(shù)據(jù)不完整的 情形也會增加，當(dāng)然，若是數(shù)據(jù)庫的功能完整，將會大大地提高數(shù)據(jù)完整性，也會增加數(shù)據(jù)庫的維護(hù)能力與維護(hù)簡便性。 （ 7）需求沖突會獲得平衡（ Conflictingrequirementscanbebalance） 在一個較大型的企業(yè)當(dāng)中，用戶不同的需求，往往會造成系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫在設(shè)計上的困擾，但是一個合適的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以通過數(shù)據(jù)庫管理員的管理，將會有效地整理各方面的信息，對于一些較重要的應(yīng)用程序，可以適時地提供較快速的數(shù)據(jù)存取方法與格式，以平衡多個用戶在需求上的沖突。 上述七個方面構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征。這個 階段的程序和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系可用下圖表示： 從文件系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是信息處理領(lǐng)域的一個重大變化。在文件系統(tǒng)階段，人們關(guān)注的中心問題是系統(tǒng)功能的設(shè)計，因而程序設(shè)計處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)只起著服從程序需要的作用。在數(shù)據(jù)庫方式下，信息處理觀念已為新體系所取代，數(shù)據(jù)占據(jù)了中心位置。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問題，而利用這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序設(shè)計則退居到以既定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的外圍地位。 目前世界上已有數(shù)百萬個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運(yùn)行，其應(yīng)用已經(jīng)深入到人類社會生活的各個領(lǐng)域，從企業(yè)管理、銀行業(yè)務(wù)、資 源分配、經(jīng)濟(jì)預(yù)測一直到信息檢索、檔案管理、普查統(tǒng)計等。并在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，建立了許多國際性的聯(lián)機(jī)檢索系統(tǒng)。我國 20世紀(jì) 90年代初在全國范圍內(nèi)裝備了 12個以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)的大型計算機(jī)系統(tǒng)，這些系分布在郵電、計委、銀行、電力、鐵路、氣象、民航、情報、公安、軍事、航天和財稅等行業(yè)。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)還在不斷的發(fā)展，并且不斷地與其它計算機(jī)技術(shù)相互滲透。數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中有四個名詞，其概念應(yīng)該分清。 （ 1）數(shù)據(jù) 庫（ database， DB） :DB是統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。 DB 能為各種用戶共享，具有最小冗余度，數(shù)據(jù)間聯(lián)系密切，而又有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 （ 2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ DatabaseManagementSystem,DBMS）： DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，為用戶或應(yīng)用程序提供訪問 DB的方法，包括 DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。 DBMS總是基于某種數(shù)據(jù)模型，可以分為層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型和面向?qū)ο笮?DBMS。 （ 3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ DatabaseSystem,DBS） :DBS是實(shí)現(xiàn)有 組織地、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng)，即采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機(jī)系統(tǒng)。 （ 4）數(shù)據(jù)庫技術(shù)：這是一門研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、管理和使用的軟件學(xué)科。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。而 DBMS 本身要在操作系統(tǒng)的支持下才能工作。數(shù)據(jù)庫不僅用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識，而且豐富了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中要用到集合論、數(shù)理邏輯的理論。因此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科。 167。 數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)庫模型 從 20 世紀(jì) 50年代中期開始，計算機(jī)的應(yīng)用 由科學(xué)研究部門逐步擴(kuò)展到企業(yè)、行政部門。至60 年代，數(shù)據(jù)處理成為計算機(jī)的主要應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理技術(shù)，是計算機(jī)軟件領(lǐng)域的一個重要分支，產(chǎn)生于 60 年代末。現(xiàn)已形成相當(dāng)規(guī)模的理論體系和實(shí)用技術(shù)。 模型是對現(xiàn)實(shí)世界的抽象。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，我們用模型的概念描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)與語義，對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的模型稱為 “數(shù)據(jù)模型 ”。 目前廣泛作用的數(shù)據(jù)模型可分為兩種類型。 一種是獨(dú)立于計算機(jī)系統(tǒng)的模型，完全不涉及信息在系統(tǒng)中的表示，只是用來描述某個特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，這類模型稱為 “概念數(shù) 據(jù)模型 ”。要領(lǐng)模型用于建立信息世界的數(shù)據(jù)模型，強(qiáng)調(diào)其語義表達(dá)功能，應(yīng)該概念簡單、清晰，易于用戶理解，它是現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象，是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進(jìn)行交流的工具。這一其中著名的模型是 “實(shí)體聯(lián)系模型 ”。 另一種數(shù)據(jù)模型是直接面向數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，它是現(xiàn)實(shí)世界的第二層抽象。這類模型涉及到計算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，又稱為 “結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 ”。例如，層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο蟮饶Ｐ?。這類模型有嚴(yán)格的形式化定義，以便于在計算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 （ 1）層次模型。用樹型結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。樹的結(jié)點(diǎn)是記 錄類型，每個非根結(jié)點(diǎn)有且只有一個父結(jié)點(diǎn)。上一層記錄類型和下一層記錄類型間聯(lián)系是 1∶ N聯(lián)系。 層次模型的特點(diǎn)是記錄之間的聯(lián)系通過指針實(shí)現(xiàn)，查詢效率較高。但層次模型有兩個缺點(diǎn)：一是只能表示 1∶ N聯(lián)系，雖然有多種輔助手段實(shí)現(xiàn)了 M∶ N聯(lián)系，但都較復(fù)雜，用戶不易掌握，二是由于樹型結(jié)構(gòu)層次順序的嚴(yán)格和復(fù)雜，引起數(shù)據(jù)的查詢和更新操作也很復(fù)雜，因此，編寫應(yīng)用程序也很復(fù)雜。 （ 2）網(wǎng)狀模型。用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。 1969 年 DBTG 報告提出的數(shù)據(jù)模型是網(wǎng)狀模型的主要代表。有向圖中的結(jié)點(diǎn)是記錄類型，有 向邊表示從箭尾一端的記錄類型到箭頭一端的記錄類型間聯(lián)系是 1∶ N 聯(lián)系。 網(wǎng)狀模型的特點(diǎn)：記錄之間聯(lián)系通過指針實(shí)現(xiàn)， M∶ N聯(lián)系也容易實(shí)現(xiàn)（每個 M∶ N 聯(lián)系可拆成兩個 1∶ N 聯(lián)系），查詢效率較高。網(wǎng)狀模型的缺點(diǎn)是編寫應(yīng)用程序比較復(fù)雜，程序員必須熟悉數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。由于層次系統(tǒng)和網(wǎng)狀系統(tǒng)的應(yīng)用程序編制比較復(fù)雜，因此，從20 世紀(jì) 80 年代中期起，其市場已被關(guān)系系統(tǒng)所取代。但是使用這兩種模型建立起的許多數(shù)據(jù)庫仍然在正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只是在外層加了個關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的接口。網(wǎng)狀模型有許多成功的產(chǎn)品 ,20 世紀(jì) 70 年代的產(chǎn)品大部分網(wǎng)狀系統(tǒng) ,例如 ,Honeywell 公司的 IDS/Ⅱ 、 HP 公司的IMAGE/3000、 Burroughs 公司的 DMSⅡ 、 Umivac 公司的 DMS1100、 Culli 公司的 IDMS、Cim 公司的 TOTAL 等 （ 3）關(guān)系模型。關(guān)系模型的主要是用二維表格結(jié)構(gòu)表達(dá)實(shí)體集，用外鍵表示實(shí)體間聯(lián)系。關(guān)系模型是由若干個關(guān)系模式組成的集合。關(guān)系模式相當(dāng)于前面提到的記錄類型，它的實(shí)例稱為關(guān)系，每個關(guān)系實(shí)際上是一張二維表格。 關(guān)系模型和層次、網(wǎng)狀模型的最大判別是用關(guān)鍵碼而不是用指針導(dǎo)航數(shù)據(jù)，表格簡單用戶易懂，編程時并不涉及存儲 結(jié)構(gòu)，訪問技術(shù)等細(xì)節(jié)。關(guān)系模型是數(shù)學(xué)化模型。 SQL 語言是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化語言，已得到了廣泛的應(yīng)用。 20世紀(jì) 70年代對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的研究主要集中在理論和實(shí)驗系統(tǒng)的開發(fā)方面。 80 年代初才形成產(chǎn)品，但很快得到廣泛的應(yīng)用和普及，并最終取代了層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品?，F(xiàn)在市場上典型的關(guān)系 DBMS 產(chǎn)品有 DB ORACLE、SYBASE、 INFORMIX 和微機(jī)型產(chǎn)品 Foxpro、 Access 等。 關(guān)系模型和網(wǎng)狀、層次模型的最大區(qū)別是：關(guān)系模型用表格數(shù)據(jù)而不是通過指針鏈來表示和實(shí)現(xiàn)實(shí)體間聯(lián)系。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、易懂。只 需用簡單的查詢語句就可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。 關(guān)系模型是數(shù)學(xué)化的模型，可把表格看成一個集合，因此集合論、數(shù)理邏輯等知識可引入到關(guān)系模型中來。關(guān)系模型已是一個成熟的有前途的模型，已得到廣泛應(yīng)用。 （ 4）面向?qū)ο竽Ｐ?。目前，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的使用已相當(dāng)普遍，但是，現(xiàn)實(shí)世界中仍然存在著許多含有復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域，例如， CAD 數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)等，而關(guān)系模型在這方面的處理能力就顯得力不從心。因此，人們需要更高級的數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表達(dá)這類信息。面向?qū)ο蟮母拍钭钤绯霈F(xiàn)在程序設(shè)計語言中，隨后迅速滲透到計算機(jī)領(lǐng)域的每一個分支。面向?qū)ο髷?shù) 據(jù)庫是面向?qū)ο蟾拍钆c數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 面向?qū)ο竽Ｐ湍芡暾孛枋霈F(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的表達(dá)能力，但模型相對較復(fù)雜，涉及的知識面也廣，因此面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫尚未達(dá)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫那樣的普及程度。 數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)分三級：內(nèi)部級（ internal） ,概念級（ conceptual）和外部級（ external）。這個三級結(jié)構(gòu)有時也稱為 “三級模式結(jié)構(gòu) ”，或 “數(shù)據(jù)抽象的三個級別 ”，最早是在 1971 年通過的 DBTG 報告中提出，后來收入在 1975年的美國 ANSI/SPARC報告中。雖然現(xiàn)在 DBMS的產(chǎn)品多種多樣，在不同的操作系統(tǒng)支持下工作，但是大多數(shù)系統(tǒng)在總的體系結(jié)構(gòu)上都具有三級模式的結(jié)構(gòu)特征。從某個角度看到的數(shù)據(jù)特性稱為 “數(shù)據(jù)視圖 ”（ dataview）。 外部級最接近用戶，是單個用戶所能看到的數(shù)據(jù)特性。單個用戶使用的數(shù)據(jù)視圖的描述稱為“外模式 ”。 概念級涉及到所有用戶的數(shù)據(jù)定義，是全局的數(shù)據(jù)視圖。全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖的描述稱為 “概念模式 ”。 內(nèi)部級最接近于物理存儲設(shè)備，涉及到實(shí)際數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)。物理存儲數(shù)據(jù)視圖的描述稱為“內(nèi)模式 ”。 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)的三個抽象級別。它把數(shù)據(jù)的具體組織留給 DBMS 去做，用戶只要抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示和存儲，這樣就減輕了用戶使用系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。 三級結(jié)構(gòu)之間往往差別很大，為了實(shí)現(xiàn)這三個抽象級別的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換， DBMS 在三級結(jié)構(gòu)之間提供兩個層次的映象（ mappings） :外模式 /模式映象，模式 /內(nèi)模式映象。此處模式是概念模式的簡稱。 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用三級模式結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性的特點(diǎn)。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間相互獨(dú)立，不受影響。數(shù)據(jù)獨(dú)立性分成物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性和邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性兩級。 （ 1）物 理數(shù)據(jù)獨(dú)立性 如果數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式要進(jìn)行修改，即數(shù)據(jù)庫的存儲設(shè)備和存儲方法有所變化，那么模式 /內(nèi)模式映象也要進(jìn)行相當(dāng)?shù)男薷?，使概念模式盡可能保持不變。也就是對內(nèi)模式的修改盡量不影響概念模式，當(dāng)然，對于外模式和應(yīng)用程序的影響更小，這樣，我們稱數(shù)據(jù)庫達(dá)到了物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 （ 2）邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性 如果數(shù)據(jù)庫的概念模式要進(jìn)行修改，譬如增加記錄類型或增加數(shù)據(jù)項，那么外模式 /模式映象也要進(jìn)行相應(yīng)的修改，使外模式盡可能保持不變。也就是對概念模式的修改盡量不影響外模式和應(yīng)用程序，這樣，我們稱數(shù)據(jù)庫達(dá)到了邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 現(xiàn)有 關(guān)系系