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数据库技术产生于20世纪60年代末70年代初,其主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源。目前,随着信息技术的高速发展,数据库技术已被广泛地应用于政府机构、科学研究、企业管理和社会服务等各个领域。

计算机数据管理的发展

1.数据和信息

在数据处理中,最常用到的基本概念就是数据和信息。

数据是指描述事物的符号记录。是用物理符号记录的可以鉴别的信息。包括文字、图形、声音等,他们都是用来描述事物特性的。

信息是指以数据为载体的对客观世界实际存在的事物、事件和概念的抽象反映。具体说是一种被加工为特定形式的数据,是通过人的感官或各种仪器仪表等感知出来并经过加工而形成的反映现实世界中事物的数据。

例如,某校学生档案中记录了学生的姓名、性别、年龄、出生日期、籍贯、所在系别、入学时间,下面的描述:

(张三平,男,19,1994,河南,计算机系,2013)就是数据。

这条学生记录,所表述的是:

张三平是个大学生,1994年出生,男,河南人,2013年考入计算机系,就是信息。

2.数据管理技术

数据管理技术具体就是指人们对数据进行收集、组织、存储、加工、传播和利用的一系列活动的总和,经历了人工管理、文件管理、数据库管理三个阶段。每一阶段的发展以数据存储冗余不断减小、数据独立性不断增强、数据操作更加方便和简单为标志,各有各的特点。

(1)人工管理阶段

这一阶段是指20世纪50年代中期以前,计算机主要用于科学计算,当时的计算机硬件状况是:外存只有磁带、卡片、纸带,没有磁盘等直接存取的存储设备;软件状况是:没有操作系统,没有管理数据的软件,数据处理方式是批处理。人工管理阶段的特点是:数据不保存、数据无专门软件进行管理、数据不共享、数据不具有独立性、数据无结构。这时期数据与程序关系的特点如图所示:

                        

(2)文件系统阶段

这一阶段从20世纪50年代后期到60年代中期,计算机硬件和软件都有了一定的发展。计算机不仅用于科学计算,还大量用于管理。这时硬件方面已经有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。在软件方面,操作系统中已经有了数据管理软件,一般称为文件系统。处理方式上不仅有了文件批处理方式,而且能够联机实时处理数据。这时期数据与程序的关系如图所示:

(3)数据库系统阶段

20世纪60年代末数据管理进入新时代——数据库系统阶段。数据库系统阶段出现了统一管理数据的专门软件系统,即数据库管理系统。数据库系统是一种较完善的高级数据管理方式,也是当今数据管理的主要方式,获得了广泛的应用。这时期数据与程序之间的关系如图所示:

                   

随着网络和信息技术的发展,以及应用领域的不同,又出现了分布式数据库系统、并行数据库系统和面向对象的数据库系统。

数据库系统

数据库系统DBS(DataBase System)是指引进数据库技术后的计算机系统,主要包括相应的数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、计算机硬件系统、软件系统和用户。

1.数据库

数据库(DataBase)是具有统一结构形式、可共享的、长期储存在计算机内的数据的集合。数据库中的数据以一定的数据模式储存、描述,具有很小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,可为不同的用户共享。

2.数据库管理系统

数据库管理系统(DBMS)位于用户与操作系统之间,是可借助操作系统完成对硬件的访问,并负责数据库存取、维护和管理的系统软件。它是数据库系统的核心组成部分,用户在数据库中的一切操作,包括定义、查询、更新以及各种控制都是通过DBMS进行的。

DBMS的基本功能如下:

(1)数据定义功能  在关系数据库管理系统(RDBMS)中就是创建数据库、创建表、创建视图和创建索引,定义数据的安全性和数据的完整性约束等;

(2)数据操纵功能  实现对数据库的基本操作,包括数据的查询处理,数据的更新(增加、删除、修改)等;

(3)数据库的运行管理  主要完成对数据库的控制,包括数据的安全性控制、数据的完整性控制、多用户环境下的并发控制和数据库的恢复,以确保数据正确有效和数据库系统的正常运行;

(4)数据组织、存储和管理  对数据资源、用户数据、存取路径等数据进行分门别类地组织、存储和管理,确定以何种文件结构和存取方式物理地组织这些数据,如何实现数据之间的联系,以便提高存储空间利用率以及提高随机查找、顺序查找、增、删、改等操作的时间效率;

(5)数据库的建立和维护功能  包括数据库的初始数据的装入,数据库的转储、恢复、重组织,系统性能监视、分析等功能;

(6)数据通信  DBMS提供与其他软件系统进行通信的功能。它实现用户程序与DBMS之间的通信,通常与操作系统协调完成。

目前,市场上有许多优秀的数据库管理软件,如Oracle、SQLServer、Informix、Sybase Visual Foxpro、Access等。MicrosoftAccess是在Windows环境下非常流行的小型数据库,使用Microsoft Access无需编写任何代码,只需通过简单的可视化操作就可以完成大部分数据库管理功能,本章以Microsoft Access 2010为例讲解数据库的概念。

3.数据库应用系统

数据库应用系统(DBAS)是指利用数据库系统资源开发的面向实际应用的软件系统。一个数据库应用系统通常由数据库和应用程序组成。它们都是在数据库管理系统支持下设计和开发出来的。

4.数据库管理员

数据库管理员(DBA)是指对数据库进行设计、维护和管理的专门人员。

数据库系统的组成结构如图所示:

                        

数据库系统的特点

(1)数据共享性高、冗余度低  这是数据库系统阶段的最大改进,数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统,当前所有用户可同时访问数据库中的数据。这样就减少了不必要的数据冗余,节约了存储空间,同时也避免了数据之间的不相容性与不一致性。

(2)数据结构化  即按照某种数据模型,将应用的各种数据组织到一个结构化的数据库中。在数据库中数据的结构化,不仅要考虑某个应用的数据结构,还要考虑整个系统的数据结构,并且还要能够表示出数据之间的有机关联。

(3)数据独立性高  数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。数据的逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改变时,数据的局部逻辑结构不变。由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的,所以应用程序不必修改,从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。数据的物理独立性是指当数据的存储结构改变时,数据的逻辑结构不变,从而应用程序也不必改变。

(4)有统一的数据控制功能  数据库为多个用户和应用程序所共享,对数据的存取往往是并发的,即多个用户可以同时存取数据库中的数据,甚至可以同时存取数据库中的同一个数据。为确保数据库数据的正确有效和数据库系统的有效运行,数据库管理系统提供了4个方面的数据控制功能:安全性、完整性、并发性数据恢复。

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