【正文】 意無意地泄露或篡改，控制數(shù)據(jù)的授權訪問等。這些用戶所使用的數(shù)據(jù)可以是交叉的，即數(shù)據(jù)可以共享。數(shù)據(jù)的獨立性，包括物理和邏輯的獨立性，都是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行維護的。用戶在編制應用程序時，則是根據(jù)數(shù)據(jù)的邏輯組織對數(shù)據(jù)進行操作的。為了說明這一點，首先我們介紹兩個概念，（1）數(shù)據(jù)在物理存儲設備上的組織結構被稱為數(shù)據(jù)的物理組織；（2）數(shù)據(jù)在用戶或應用程序面前所表現(xiàn)出的組織結構被稱為數(shù)據(jù)的邏輯組織；一種數(shù)據(jù)的邏輯組織，可以采用不同的物理組織來實現(xiàn)，物理組織的好壞影響著系統(tǒng)的性能和效率。目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)共提供了四種數(shù)據(jù)模型，它們是層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關系數(shù)據(jù)模型和對象數(shù)據(jù)模型，一種類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常只提供上述其中一種數(shù)據(jù)模型描述方法，即只支持其中一種數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)邏輯組織結構。(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：它一方面負責對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行管理和維護；一方面為用戶操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供一種公用的操作方法，接收用戶的操作命令，幫助完成有關的對數(shù)據(jù)庫的操作并保障數(shù)據(jù)庫的安全。(2)多種應用：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的控制與管理之下，可以同時為多種不同內(nèi)容的應用提供服務，即可以為多個不同目的用戶服務，各用戶所操作使用的數(shù)據(jù)可以是相互交叉的。（1)數(shù)據(jù)庫：相互關聯(lián)的且具有最小冗余的數(shù)據(jù)在其中按照一定物理組織結構存放，并且從用戶和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度來看，這些數(shù)據(jù)又是按一定邏輯結構組織的。但為了使讀者對它有一個總體的了解，首先這里我們試著給出一個關于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義，即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫是一個已被規(guī)格化和結構化且相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)中不存在有害的或無意義的冗余；數(shù)據(jù)的組織與存儲結構與使用這些數(shù)據(jù)的程序相互獨立；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可同時為多個應用服務；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)定義、輸入、修改和檢索等所有操作均是按一種公用的且可控的方式進行。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個由許多基本概念、技術方法和其應用對象所組成的復雜的有機整體。但其具體應用尚不多。它是數(shù)據(jù)庫技術與面向?qū)ο蟪绦蛟O計方法相結合的產(chǎn)物。目前幾乎所有分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是關系型的，而且?guī)缀跛兄饕P系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均已被擴充為分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。隨著微機和計算機網(wǎng)絡的廣泛普及和應用，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在八十年代后期，開始得到很大發(fā)展。進行八十年代以后，關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展的主流，幾乎所有新推出的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)品都是關系型的，它們中不僅有用于大型機和小型機數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，而且有可用于微機的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。1970年Codd提出了關系數(shù)據(jù)模型，由于其具有嚴格的數(shù)學基礎，抽象級別較高，且簡單清晰，便于理解應用。 （2）關系模型代:流行于七十至八十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型均是關系模型。世界上第一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是于1964年由美國通用電氣公司開發(fā)成功的IDS（Integrated Data Store），它就是基于網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 在數(shù)據(jù)庫管理階段，根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身所支持的數(shù)據(jù)模型的特點及所采用的相應數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術，可以認為數(shù)據(jù)庫管理到目前為止已發(fā)展經(jīng)歷了三代，即層次網(wǎng)狀模型代、關系模型代和面向?qū)ο竽Ｐ痛? 利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理工作，不僅可以保證數(shù)據(jù)的物理組織結構和存儲設備與數(shù)據(jù)庫應用程序之間保持相互獨立性；同時也可以保證數(shù)據(jù)的邏輯組織結構與數(shù)據(jù)庫應用程序之間保持最大可能的相互獨立性，即當數(shù)據(jù)的邏輯組織結構發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)庫應用程序的變動被限制在最小的范圍內(nèi)。除此之外，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還負責完成在對數(shù)據(jù)庫進行并發(fā)訪問時，保證數(shù)據(jù)一致性的并發(fā)控制工作；保證數(shù)據(jù)安全性的訪問控制工作；以及在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，提供保證數(shù)據(jù)一致性和完整性的恢復機制等諸多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身的各種管理控制工作。當然這只是相對而言，隨著數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的制作和維護的工作也在迅速增加。正是這一點，給數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為多個應用提供服務奠定了基礎。（2）數(shù)據(jù)可為多個應用服務 正因為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是從整體角度進行組織的，因此，數(shù)據(jù)庫中所存儲的數(shù)據(jù)往往就不僅局限于只為一二個應用提供服務，而是在更大范圍內(nèi)為僅可能多的應用提供服務，就至少可以為三個部門的應用提供服務。 學生信息數(shù)據(jù)組織結構 采用這種數(shù)據(jù)組織不僅可以有效地解決了文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織中所存在的數(shù)據(jù)冗余以及數(shù)據(jù)一致性維護的問題。因此在組織數(shù)據(jù)時是從一個相對較高的整體角度進行的，而不是僅僅局限于個別的數(shù)據(jù)管理應用場合。即在數(shù)據(jù)在統(tǒng)一控制之下，為盡可能多的應用和用戶服務，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織結構與數(shù)據(jù)庫的應用程序相互間有較大的相對獨立性等。除此之外，采用文件系統(tǒng)來幫助進行數(shù)據(jù)管理工作，在數(shù)據(jù)的安全和保密等方面，也難以采取有效的措施加以控制。這樣做同樣會導致數(shù)據(jù)的過多冗余和增加數(shù)據(jù)維護工作的復雜性。在這種情況下，數(shù)據(jù)管理中的維護工作量也是較大的。這樣就使得程序和數(shù)據(jù)之間具有了一定的相互獨立性。存在著大量重復數(shù)據(jù)，信息資源浪費嚴重。這樣就給數(shù)據(jù)管理的維護工作帶來許多困難。由于需要與計算機硬件以及各外部存儲設備和輸入輸出設備直接打交道，程序員們常常需要編制大量重復的數(shù)據(jù)管理基本程序。根據(jù)數(shù)據(jù)和應用程序相互依賴關系、數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)的操作方式，數(shù)據(jù)管理的發(fā)展可以分為三個具有代表性的階段，即人工管理階段、文件管理階段和數(shù)據(jù)庫管理階段。數(shù)據(jù)處理工作由來以久，早在1880年美國進行人口普查統(tǒng)計時，就已采用穿孔卡片來存儲人口普查數(shù)據(jù)，并采用機械設備來完成對這些普查數(shù)據(jù)所進行的處理工作。數(shù)據(jù)處理的目的就是使我們能夠從浩瀚的信息數(shù)據(jù)海洋中，提取出有用的數(shù)據(jù)信息，作為我們工作、生活等各方面的決策依據(jù)。數(shù)據(jù)作為表達信息的一種量化符號，正在成為人們處理信息時重要的操作對象。重點介紹關系數(shù)據(jù)庫的有關知識。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 本章目的在于使讀者對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本知識能有一個較為全面的了解，為今后的學習和工作打下基礎。本章重點介紹了有關數(shù)據(jù)庫結構和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組織的基本知識和基本概念，以及常見的三種類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點。 數(shù)據(jù)管理技術發(fā)展史 隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，社會的不斷進步，人類對信息的依賴程度也在不斷地增加。所謂數(shù)據(jù)處理就是對數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲、分類、排序、檢索、維護、加工、統(tǒng)計和傳輸?shù)纫幌盗泄ぷ魅窟^程的概述。數(shù)據(jù)管理則是指對數(shù)據(jù)的組織、編碼、分類、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的一個重要內(nèi)容中心。電子計算機的出現(xiàn)以及其后其硬件、軟件的迅速發(fā)展，加之數(shù)據(jù)庫理論和技術的發(fā)展，為數(shù)據(jù)管理進入一個革命性階段提供有力的支持。【1】人工管理階段 這一階段發(fā)生于六十年代以前，由于當時計算機硬件和軟件發(fā)展才剛剛起步，數(shù)據(jù)管理中全部工作，都必須要由應用程序員自己設計程序完成去完成。數(shù)據(jù)的邏輯組織與它的物理組織基本上是相同的，因此當數(shù)據(jù)的邏輯組織、物理組織或存儲設備發(fā)生變化時，進行數(shù)據(jù)管理工作的許多應用程序就必須要進行重新編制。并且由于一組數(shù)據(jù)常常只對應于一種應用程序，因此很難實現(xiàn)多個不同應用程序間的數(shù)據(jù)資源共享?！?】文件管理階段 這一階段發(fā)生于六十年代，由于當時計算機硬件的發(fā)展，以及系統(tǒng)軟件尤其是文件系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，人們開始利用文件系統(tǒng)來幫助完成數(shù)據(jù)管理工作，具體講就是：數(shù)據(jù)以多種組織結構（如順序文件組織、索引文件文件組織和直接存取文件組織等）的文件形式保存在外部存儲設備上，用戶通過文件系統(tǒng)而無需直接與外部設備打交道，以此來完成數(shù)據(jù)的修改、插入、刪除、檢索等管理操作；使用這種管理方式，不僅減輕進行數(shù)據(jù)管理的應用程序工作量，更重要地是，當數(shù)據(jù)的物理組織或存儲設備發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)的邏輯組織可以不受任何影響，從而保證了基于數(shù)據(jù)邏輯組織所編制的應用程序也可以不受硬件設備變化的影響。 但由于數(shù)據(jù)文件的邏輯結構完全是根據(jù)應用程序的具體要求而設計，它的管理與維護完全是由應用程序本身來完成，因此數(shù)據(jù)文件的邏輯結構與應用程序密切相關，當數(shù)據(jù)的邏輯結構需要修改時，應用程序也就不可避免地需要進行修改；同樣當應用程序需要進行變動時，常常又會要求數(shù)據(jù)的邏輯結構進行相應的變動。更主要的是由于采用文件的形式來進行數(shù)據(jù)管理工作，常常需要將一個完整的、相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，人為地分割成若干相互獨立的文件，以便通過基于文件系統(tǒng)的編程來實現(xiàn)來對它們的管理操作。例如人事部門、教務部門和醫(yī)務部門對學生數(shù)據(jù)信息的管理，這三個部門中有許多數(shù)據(jù)是相同的，如姓名、年齡、性別等，由于是各部門均是根據(jù)自己的要求，建立各自的數(shù)據(jù)文件和應用程序，這樣不僅造成了大量的相同數(shù)據(jù)重復存儲，而且在修改時，常常需要同時修改三個文件中的數(shù)據(jù)項，如修改學生年齡，此外若需要增加一個描述學生的數(shù)據(jù)項，如通訊地址，那么所有的應用程序就必須都要進行相應的修改?！?】數(shù)據(jù)庫管理階段 1在不斷改進和完善文件系統(tǒng)的過程中，從六十年代后期開始，人們逐步研究和發(fā)展了以數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)共享為主要特征的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。與以往前數(shù)據(jù)管理方法和技術相比，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)管理工作具有以下三個顯著特點：（1）從整體角度組織數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的最大差別就在于前者在描述數(shù)據(jù)時，不僅僅是對數(shù)據(jù)本身進行描述，而且對數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系也進行了描述。如前面提到的人事部門、教務部門和醫(yī)務部門對學生數(shù)據(jù)的管理工作，在利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行管理時，若從整體考慮。更主要的是它可以使人們從更高的全局角度出發(fā)，合理地組織數(shù)據(jù)，從而有利于更大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)資源的共享，提高信息的使用效率。與此同時由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是以多級（層）組織模式對數(shù)據(jù)進行組織的，各級（層）模式之間的映射是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自己完成的，這就使得數(shù)據(jù)與程序之間可以具有較高的物理和邏輯相對獨立性。事實上數(shù)據(jù)庫的規(guī)模越大，所能夠提供的應用服務就可以越多，也就越能體現(xiàn)出數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)管理中的優(yōu)勢。（3）有一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理軟件 任何數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都包含一個管理軟件，即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理軟件，通常又稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它負責統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)資源，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與用戶應用之間的接口，通過它，用戶可以不必要了解過多的計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫本身許多專業(yè)知識，更不用去了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是如何完成數(shù)據(jù)管理工作的具體細節(jié)，如文件如何打開、關閉、讀、寫等等，就可以通過編寫一些較為簡單數(shù)據(jù)庫應用程序，很方便地完成在較高級別邏輯組織基礎上的數(shù)據(jù)管理工作。因此這里也可以看出，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能的強弱及其各項性能指標的好壞，是衡量數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)質(zhì)量的一個極其重要的因素。由此可大大地減少數(shù)據(jù)庫應用程序的開發(fā)與維護的工作量。 （1）層次網(wǎng)狀模型代:流行于六十至七十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型均是層次模型或網(wǎng)狀模型。IBM公司于六十年代末推出了第一個商品化的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS（Information Management Sytem）,它們的出現(xiàn)與應用為數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展奠定了基礎。以關系（表）形式組織數(shù)據(jù)。到了七十年代末，出現(xiàn)了不少關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中具有代表性應首推IBM公司推出的SQL/DS和DB2兩個商品化關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。市場上開始出現(xiàn)關系數(shù)據(jù)庫的系列產(chǎn)品，這其中發(fā)行量較大且在我國用得較多的有Oracle、Sybase、Sysbase、Informix、FoxPro等。其理論和技術日趨成熟。 （3）面向?qū)ο蟠?開始九十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。作為新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，現(xiàn)在已有了一些商品化系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 本節(jié)主要介紹有關數(shù)據(jù)庫結構和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組織的一些基本知識和概念，使讀者對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)涵有一個較為清楚的認識。很難用一兩句話將其描述清楚。根據(jù)這一數(shù)據(jù)庫定義以及實際應用的具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的情況，我們可以認為一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際上是由三部分內(nèi)容組成，它們是數(shù)據(jù)庫、多種應用和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。這種物理組織結構和邏輯組織結構在最大程度上與用戶所編制的應用程序相互獨立。用戶的操作方式既可以按以數(shù)據(jù)輸入/輸出和數(shù)據(jù)維護為主的數(shù)據(jù)流量較大的批處理方式進行；也可以按以查詢?yōu)橹鞯臄?shù)據(jù)流量較小的聯(lián)機處理方式進行，必要時還可以通過編程來完成對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的各種操作。 根據(jù)對數(shù)據(jù)庫的定義以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本組成及作用的描述，我們認為一個的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應該具有的以下五個基本特點：【1】由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是從整體角度考慮數(shù)據(jù)的組織，因此它必須有能力描述能夠反映客觀事物及其相互聯(lián)系的復雜數(shù)據(jù)模型，使用它能夠?qū)?shù)據(jù)本身及相互間的各種關系進行充分描述，這也是人們?yōu)槭裁匆捎脭?shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)管理的主要原因之一。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成【2】數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的獨立性。在運行階段中，由于性能的要求或存儲設備的改變，從而引起數(shù)據(jù)物理組織的改變，這種改變稱為數(shù)據(jù)的再組織。因此數(shù)據(jù)物理組織的變化，不會影響數(shù)據(jù)的邏輯組織，因而也就不會影響已有的應用程序，這種情況就被稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性；而數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指當數(shù)據(jù)的邏輯組織發(fā)生變化時，如數(shù)據(jù)模型中增加了新的記錄類型，某一記錄類型中增加了新的數(shù)據(jù)項等，原有應用程序的執(zhí)行不受影響或影響最小?！?】數(shù)據(jù)共享，由于數(shù)據(jù)庫是從整體的角度對數(shù)據(jù)進行組織的，并在保證數(shù)據(jù)一致性的情形之下，使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為盡可能多的用戶提供應用服務。如果數(shù)據(jù)不能共享，數(shù)據(jù)庫中則必然會出現(xiàn)大量的冗余數(shù)據(jù)，這樣不僅造成存儲空間的浪費，更主要的是由此可能帶來數(shù)據(jù)不一致的隱患。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整性則是指在多用戶操作數(shù)據(jù)情況下，數(shù)據(jù)能夠保持一致性。并不是每個用戶都能夠存取數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的，負責人和全體工作人員允許掌握的數(shù)據(jù)范圍顯然是有區(qū)別的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把各用戶存取數(shù)據(jù)的權利分成若干等級，如教學人員作為一個用戶可以登錄學生的成績，而學生作為一個用戶則僅可以查閱成績而無法對它進行修改或刪除。〈2〉完整性控制 所謂完整性包括數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。如若用兩位阿拉伯數(shù)字來表示月份，在輸入14來代表月份時顯然是無效的?！?〉并發(fā)控制 在多用戶操作使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的情況下，不同用戶并行地操作數(shù)據(jù)庫就可能引起對數(shù)據(jù)庫的干擾，從而使得數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生不一致的問題。〈4〉故障的發(fā)現(xiàn)與恢復 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運行過程中很難保證不產(chǎn)生故障、出現(xiàn)意義或受到破壞，而且往往這些情況的發(fā)生的時間都是隨