【正文】 信息與數(shù)據(jù) 信息 是人們對某種事物的理解，通常可以是一件事情、一種狀況或者是基于研究和經(jīng)驗所獲得的知識。數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)。例如，在線書店必須記錄圖書的書名、作者、客戶、訂單、書籍評論、書籍版本、送貨等非常多的信息。不同的用戶所要保存和使用的數(shù)據(jù)各不相同，具體應(yīng)該保存哪些數(shù)據(jù)由業(yè)務(wù)需求決定，保存數(shù)據(jù)的目的是使業(yè)務(wù)的運(yùn)作更有效。 在任何數(shù)據(jù)庫中，一般都保存有兩種類型的數(shù)據(jù)： 靜態(tài)的，或者是歷史的數(shù)據(jù)。 動態(tài)的，或者是事務(wù)性的數(shù)據(jù)。 文件系 統(tǒng) 最早用計算機(jī)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理是使用文件方式進(jìn)行的，然而，文件的組織結(jié)構(gòu)往往與生成該文件的程序有關(guān)，其他人要共享該文件，就必須要熟悉文件的格式等信息。這為共享信息帶來了諸多不便。通過文件共享數(shù)據(jù)，還有一致性修改的問題，即如果文件結(jié)構(gòu)被修改了，則共享者的程序也要相應(yīng)地做修改，否則就會出錯。 數(shù)據(jù)以文件形式保存，不僅使讀文件的程序可以多次使用，而且其他程序只要知道數(shù)據(jù)格式和組織方式也可以使用，這就叫做數(shù)據(jù)資源共享。商業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)共享是必須的。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 信息共享和信息的易維護(hù)性是信息管理發(fā)展的必然要 求。為了解決這些問題，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫技術(shù)。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展主要是用來克服文件系統(tǒng)的缺陷，克服這些缺陷主要是在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間增加了一個功能強(qiáng)大的軟件 ——DBMS。下圖說明了在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫用戶、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的關(guān)系。 用戶與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序交互，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序與 DBMS交互，由 DBMS負(fù)責(zé)訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。也就是應(yīng)用程序不直接與數(shù)據(jù)庫打交道。而在文件處理系統(tǒng)中，應(yīng)用程序是直接訪問存儲數(shù)據(jù)的文件的。這個改變非常重要，它使得編程工作變得非常 簡單，因為應(yīng)用程序不再需要關(guān)心數(shù)據(jù)的記錄結(jié)構(gòu)和物理存儲方式。這樣，開發(fā)人員就可以將注意力集中在如何滿足 用戶的需要上，而不必集中在計算機(jī)系統(tǒng)如何組織數(shù)據(jù)的問題上。 從上述分析可以看到數(shù)據(jù)庫具有如下特點 ： ? 數(shù)據(jù)是集成的 ? 數(shù)據(jù)重復(fù)少 ? 程序與數(shù)據(jù)相對獨(dú)立 ? 容易提供符合用戶不同要求的信息提取方式 ? 易于提供安全保障 數(shù)據(jù)模型 模型 是指明事物本質(zhì)的方法，是對事物、現(xiàn)象、過程等客觀系統(tǒng)的簡化描述，是理解系統(tǒng)的思維工具?？蓪⒛Ｐ头譃閮蓪?，一層是面向用戶的，稱之為概念模型；另一層是面向計算機(jī)系統(tǒng)的，稱之為數(shù)據(jù)模型。 數(shù)據(jù)模型 是面向計算機(jī)的，因此它通常需要有嚴(yán)格的形式化定義并加上一些限制和約定。在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束三部分組成，也稱為數(shù)據(jù)模型三要素。這三者精確地描述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。 數(shù)據(jù)用于描述事物的屬性和狀態(tài)，若不善于設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)致使程序質(zhì)量低劣。 算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件技術(shù)中最基本技術(shù)。 面向?qū)ο蟪绦蚴浅绦驅(qū)ο笾g發(fā)消息完成計算。每個對象都有屬性和方法。屬性就是描述對象狀態(tài)的數(shù)據(jù)。方法是描述算法的動作指令集，它可以改變數(shù)據(jù)的狀態(tài)。發(fā)消息就是傳遞數(shù)據(jù)并啟動方法，執(zhí)行后，各對象從初始狀態(tài)變成終止?fàn)顟B(tài)完成計算。面向?qū)ο笳Z言提供了抽象層次更高的對象概念。 較常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有層次、網(wǎng)狀、關(guān)系和對象等模型。 層次模型 層次模型的體系結(jié)構(gòu)是基于父 /子關(guān)系的，層次模型就像一棵倒置的樹。其特性是每個上層 (父 )數(shù)據(jù)結(jié)點可以有多個子結(jié)點，而每個子結(jié)點只能有惟一的父結(jié)點 網(wǎng)狀模型 相對于層次數(shù)據(jù)庫模型 ，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型又有了一定的改善。網(wǎng)狀模型的一個最主要的優(yōu)點就是允許父表和子表之間共享關(guān)聯(lián)關(guān)系，即子表可以有多個父表。此外，用戶可以從網(wǎng)狀模型的任何結(jié)點開始訪問數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)狀模型的查找算法比層次模型要復(fù)雜，它是按結(jié)點內(nèi)保存的導(dǎo)航信息來實現(xiàn)的 。 關(guān)系模型 當(dāng)用多個簡單的數(shù)據(jù)描述一個復(fù)雜事物時，這些簡單的數(shù)據(jù)之間是有聯(lián)系的。人們把類型相同的記錄集合稱為一個關(guān)系。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲的主要載體是二維表，表由行和列組成，一行表示一條數(shù)據(jù)記錄，一列表示所有數(shù)據(jù)記錄在特定域的值。一條數(shù)據(jù)記錄描述了一個應(yīng)用對象的實例 狀態(tài)，表中的數(shù)據(jù)要滿足完整性約束條件。比如日常見到的課程表、花名冊表等都可看成是關(guān)系表。 對象模型 20世紀(jì) 80年代面向?qū)ο蠹夹g(shù)興起后，人們開始探索用對象模型來組織數(shù)據(jù)庫。以對象模型組織的數(shù)據(jù)庫叫面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。如前所述，對象封裝了數(shù)據(jù)和操作，封裝的對象繼承父對象的數(shù)據(jù)和操作。如何封裝、如何繼承由類對象定義。每個實例對象在存儲時只有各屬性的數(shù)據(jù)，等向該實例對象發(fā)消息時，按實例對象查出它的類對象，從中找出方法檢查無誤后以該實例對象的數(shù)據(jù)運(yùn)算該消息。在這個意義上，類 實例和關(guān)系模型中的型 元組相似，只是類 中有私有方法。從類繼承上看，面向?qū)ο竽Ｐ秃蛯哟?(單繼承 )、網(wǎng)狀 (多繼承 )模型相似。對象模型檢索時也需要導(dǎo)航。 對象關(guān)系模型 由于面向?qū)ο竽Ｐ秃完P(guān)系模型都還存在需要改進(jìn)的地方，這導(dǎo)致了對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型的出現(xiàn)。對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫集中了兩者的優(yōu)點：關(guān)系模型的概念和面向?qū)ο蟮木幊田L(fēng)格。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)也在最新的 SQL標(biāo)準(zhǔn)中定義了對象關(guān)系概念。相關(guān)信息請參閱 SQL2020標(biāo)準(zhǔn)。 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點包括： 關(guān)系對象數(shù)據(jù)庫具有三維結(jié)構(gòu)。 支持用戶自定義類型。 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫的缺點是：用戶必須同時掌握 面向?qū)ο蠛完P(guān)系的概念。 數(shù)據(jù)完整性 數(shù)據(jù)完整性用來確保數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確和有效。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫范疇，數(shù)據(jù)完整性大多數(shù)是由列的約束條件來控制的。約束條件可以檢驗進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)值，在表一級和列一級上都可以定義約束條件。完整性約束條件可以防止不符合語義的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。通常，約束條件是用來確保新建或修改后的數(shù)據(jù)遵循所定義的業(yè)務(wù)規(guī)則。 數(shù)據(jù)完整性包含三個方面： 實體完整性。確保表中所有的數(shù)據(jù)行不重復(fù)。 ? 引用完整性。 ? 應(yīng)用語義完整性。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點 數(shù)據(jù) 庫是自描述的 數(shù)據(jù)庫中除了包含用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)外，還包含關(guān)于它自身結(jié)構(gòu)的描述。這些描述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容稱為元數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫使用數(shù)據(jù)字典來存放元數(shù)據(jù)以及其他非業(yè)務(wù)性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)字典是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動產(chǎn)生并維護(hù)的，通常以系統(tǒng)表的形式存儲。 數(shù)據(jù)庫是集成記錄的集合 數(shù)據(jù)庫除了包含存放數(shù)據(jù)的文件和數(shù)據(jù)字典外，還包含用來提高數(shù)據(jù)查詢性能的索引信息，索引類似于圖書的目錄。這樣，一個數(shù)據(jù)庫至少包含了三種數(shù)據(jù)（有些數(shù)據(jù)庫還包含其他數(shù)據(jù)，比如安全控制數(shù)據(jù)）：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典和索引信息。 軟件按技術(shù)特 點分類 數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)實業(yè)務(wù)的寫實 數(shù)據(jù)庫是業(yè)務(wù)系統(tǒng)模型的寫實，數(shù)據(jù)庫所涉及的規(guī)則 必須符合現(xiàn)實世界的實際情況。 存入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)程度取決于人們對信息的期望情況。需要的信息越多，數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)也就越多。確定合適的數(shù)據(jù)詳細(xì)程度是數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的一個重要部分，但確定數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的數(shù)量的主要依據(jù)之一是來自于用戶對信息的需求程度 。 數(shù)據(jù)庫保護(hù) 由于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是一種共享的資源，因此，為了保證所存儲的數(shù)據(jù)不被別人有意或無 意地刪除和修改，以及當(dāng)出現(xiàn)意外情況時，能夠?qū)?shù)據(jù)庫中已存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，必須提供數(shù)據(jù)庫保護(hù)功能。數(shù)據(jù)庫保護(hù)包括如下幾個方面：安全控制、完整性控制、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)恢復(fù)。已經(jīng)在前邊介紹了完整性控制，這里介紹安全控制和數(shù)據(jù)恢復(fù)。 安全管理 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是共享的資源，但這并不意味著所有的人都可以隨便使用或操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。具體的用戶對具體的數(shù)據(jù)庫對象 (庫、表、列、過程等 )都有具體的操作權(quán) 。 一個用戶必須首先是數(shù)據(jù)庫的合法用戶，然后才能對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。允許或者禁止某些人訪問數(shù)據(jù)庫是通過對用戶身份 的驗證來實現(xiàn)的，用戶身份包括兩部分內(nèi)容：用戶標(biāo)識 (ID或叫用戶名 )和口令 (Password)。如果一個用戶是合法的數(shù)據(jù)庫使用者，并不意味著他就可以對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何操作，還需要對他授予數(shù)據(jù)的操作權(quán)。 數(shù)據(jù)恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是有價值的。一般一個數(shù)據(jù)庫建好之后它要保存若干年甚至更長時間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可想而知，這些數(shù)據(jù)一旦由于某種故障或意外事件而被毀壞，后果是不堪設(shè)想的。因此，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)是 DBMS的一個重要任務(wù)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)的技術(shù)主要有兩種：一種是利用數(shù)據(jù)庫備份技術(shù)，也就是定期地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備 份，包括對數(shù)據(jù)庫中的對象、數(shù)據(jù)和事務(wù)日志的備份。事務(wù)日志是一個操作系統(tǒng)可管理的文件，它記錄了數(shù)據(jù)庫中的所有操作。當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以利用數(shù)據(jù)庫備份文件將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到備份時刻點；另一種是利用鏡像技術(shù)，也就是創(chuàng)建一個與數(shù)據(jù)庫主設(shè)備對應(yīng)的鏡像設(shè)備，使鏡像設(shè)備與主設(shè)備的數(shù)據(jù)同步更新或先后更新。這實際上是指一個數(shù)據(jù)庫同時有兩份備份。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式 在程序設(shè)計語言中，數(shù)據(jù)有型 (Type)和值 (Value)之分。型是數(shù)據(jù)所屬數(shù)據(jù)類型的說明，而值是型的一個具體賦值，即一個具體的實例 (Instance)。如整型是型， 93是值。用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)時也有型、值之分。對某類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、類型和約束的描述是型的描述。型的描述在此稱為數(shù)據(jù)模式 (Data Schema)。在同一數(shù)據(jù)模式下，可以有很多的值，即實例。 模式（ schema） 是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及型的描述，不涉及到具體的值。模式的一個具體值稱為模式的一個實例。一個模式可有多個實例，模式是相對穩(wěn)定的，而實例是相對變動的。數(shù)據(jù)模式描述某一類事物的結(jié)構(gòu)、屬性、類型和約束，實質(zhì)上是用數(shù)據(jù)模型對一類事物的模擬，而實例是反映某類事物的某一時刻 的當(dāng)前狀態(tài) 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外模式、模式和內(nèi)模式。下圖說明了各級模式之間的關(guān)系。 模式 模式也稱為邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間層，既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用程序，與所使用的應(yīng)用開發(fā)工具和環(huán)境無關(guān)。 模式實際上數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在邏輯級上的視圖。一個數(shù)據(jù)庫只有一種模式。數(shù)據(jù)庫模式以某種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮了所有用戶的需求，并 將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個邏輯整體。定義數(shù)據(jù)庫模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都提供了模式定義語言 (DDL)來定義數(shù)據(jù)庫的模式 。 外模式 外模式也稱為用戶模式或子模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是滿足不同數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一具體應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。 外模式通常是模式的子集。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。由于它是各個用戶的數(shù)據(jù)視圖，如果不同的用戶在應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求等方面存在差異，則其外模式描述就是不同的。即使對模式 中的同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度等都可以不同。另一方面，同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用。 外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全的一個措施。 內(nèi)模式 內(nèi)模式也稱為存儲模式。一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式，它是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。如記錄的存儲地址以及是存儲方式（按順序還是非順序存儲）、索引按什么方式組織、是否加密等。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系數(shù)據(jù)庫是在層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫之后發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)庫。 1970年， ―大型共享數(shù) 據(jù)庫集的關(guān)系模型 ‖的論文，提出了關(guān)系模型的概念。之后， ，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。關(guān)系模型是運(yùn)用數(shù)學(xué)的知識來研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和定義對數(shù)據(jù)的操作，因此，基于關(guān)系模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有模型簡單、數(shù)據(jù)獨(dú)立性高、有較為堅實的理論基礎(chǔ)等特點。進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代后，關(guān)系數(shù)據(jù)庫逐漸成為主流，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的組成 表 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，表是數(shù)據(jù)存儲的最主要、最基本的單位。用戶訪問數(shù)據(jù)庫時，通常是從表中查找所需的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫可以由多張表組成，這 些表之間可能存在一定的關(guān)系。 表是用來存儲用戶數(shù)據(jù)的，表自身也可以定義約束條件，用來控制進(jìn)入表的數(shù)據(jù)。 表對應(yīng)數(shù)據(jù)庫三級模式中的模式。表的組成部分有： (1) 列 列，也叫域，在表中用于存儲特定的信息。對表來說，列和它的關(guān)系就像實體與屬性的關(guān)系。 (2) 行 在表中，一行數(shù)據(jù)表示在該行所有的列數(shù)據(jù)組合而成的一條數(shù)據(jù)記錄。例如，如果學(xué)校有 2 500個學(xué)生，那么在學(xué)生表中就會有 2 500條記錄。隨著學(xué)生的增加和減少，表中行的數(shù)目也會相應(yīng)發(fā)生變化。 (3) 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型決定了表 中一個數(shù)據(jù)列所能保存的數(shù)據(jù)的種類。 大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都定義了多種數(shù)據(jù)類型，下面三種數(shù)據(jù)類型是最常用的： ? 字符型。用來保存字符、數(shù)字、