第四章
一、數(shù)據(jù)庫基本概念（一）信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理
1.信息（information）
信息是現(xiàn)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)的反映。
2.數(shù)據(jù)（data）
數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實世界的符號記錄，是指用物理符號記錄下來的可以鑒別的信息。
3.信息與數(shù)據(jù)的關聯(lián)
數(shù)據(jù)是信息的符號表示，或稱載體;信息是數(shù)據(jù)的內涵，是數(shù)據(jù)的語義解釋。
4.信息處理
人們將原始信息表示成數(shù)據(jù)稱為源數(shù)據(jù)，然后對這些源數(shù)據(jù)進行匯集、存儲、綜合、推導，從這些原始的、雜亂的、難以理解的數(shù)據(jù)中抽取或推導出新的數(shù)據(jù)，這些新的數(shù)據(jù)稱為結果，結果數(shù)據(jù)對某些特定的人們來說是有價值的、有意義的，表示了新的信息，可以作為某種決策的依據(jù)或用于新的推導。這一過程通常稱為數(shù)據(jù)處理或信息處理。
（二）數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展與數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生
數(shù)據(jù)管理技術是指對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護的技術。數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展經(jīng)歷了如下3個階段:
1.人工管理階段
人工管理數(shù)據(jù)的特點是:
（1）數(shù)據(jù)不保存。
（2）數(shù)據(jù)無專門軟件進行管理。
（3）數(shù)據(jù)不共享。
（4）數(shù)據(jù)不具有獨立性。
2.文件系統(tǒng)階段
該階段的數(shù)據(jù)管理具有如下特點:
（1）數(shù)據(jù)可以長期保存。
（2）由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)存在如下缺點:
（1）數(shù)據(jù)共享性差，數(shù)據(jù)冗余度大。
（2）數(shù)據(jù)獨立性差。
3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段
與人工管理和文件系統(tǒng)階段相比較，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段具有如下的特點:
（1）數(shù)據(jù)結構化
（2）數(shù)據(jù)共享性高、冗余度小、易擴充
（3）數(shù)據(jù)獨立性高
（4）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須提供以下幾個方面的數(shù)據(jù)控制和保護功能:
（1）數(shù)據(jù)的安全性（security）保護。
（2）數(shù)據(jù)的完整性（integrity）控制。
（3）數(shù)據(jù)庫恢復（recovery）。
（4）并發(fā)（concurrency）控制。
（5）事務（transaction）支持。
（三）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術密切相關的3個基本概念。
1.數(shù)據(jù)庫（DB，DataBase）
數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度，較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為一定范圍內的各種用戶共享。
2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，DataBase Management System）
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一個數(shù)據(jù)管理軟件，它的基本功能包括以下幾個方面:
（1）數(shù)據(jù)定義功能
（2）數(shù)據(jù)操縱功能
（3）數(shù)據(jù)庫的運行管理
（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS，DataBase System）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成，一般由數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其工具）、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構成。
（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的計算機硬件平臺:①要有足夠大的內存，存放操作系統(tǒng)、DBMS的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應用程序。②有足夠大的磁盤等直接存取設備存放數(shù)據(jù)庫，有足夠的磁帶（或微機軟盤）做數(shù)據(jù)備份。③要求系統(tǒng)有較高的通信能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。
（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的計算機軟件:①DBMS為數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護配置的軟件。②支持DBMS運行的操作系統(tǒng)（OS）。③具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應用程序。④以DBMS為核心的應用開發(fā)工具。⑤為特定應用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。
（3）人員:數(shù)據(jù)庫管理員、系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設計人員、應用程序員和最終用戶。①數(shù)據(jù)庫管理員具體的職責包括:（a）決定數(shù)據(jù)庫中的信息內容和結構。（b）決定數(shù)據(jù)庫的存儲結構和存取策略。（c）定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件。（d）監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行。（e）數(shù)據(jù)庫的性能改進。（f）定期對數(shù)據(jù)庫進行重組和重構，以提高系統(tǒng)的性能。②系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫分析人員:系統(tǒng)分析員負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明。數(shù)據(jù)庫設計人員負責數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定、數(shù)據(jù)庫各級模式的設計。③應用程序員:應用程序員負責設計和編寫應用系統(tǒng)的程序模塊，并進行調試和安裝。④用戶:這里用戶是指最終用戶（End User）他們通過應用系統(tǒng)的用戶接口使用數(shù)據(jù)庫。
（四）數(shù)據(jù)庫技術的研究領域1.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研制
研制的目標是提高系統(tǒng)的可用性、可靠性、可伸縮性，提高系統(tǒng)性能和提高用戶的生產(chǎn)率。
2.數(shù)據(jù)庫設計
主要任務是在DBMS的支持下，按照應用的要求，為某一部門或組織設計一個結構合理、使用方便、效率較高的數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)。
3.數(shù)據(jù)庫理論
數(shù)據(jù)庫理論的研究主要集中于關系的規(guī)范化理論、關系數(shù)據(jù)理論等。
二、數(shù)據(jù)模型（一）數(shù)據(jù)模型的概念
數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)學形式框架，是用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，包括描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)定義以及數(shù)據(jù)一致性概念的工具，即:①數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，它包括對數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的描述。②數(shù)據(jù)的動態(tài)特征，一組定義在數(shù)據(jù)上的操作包括操作的含義、操作符、運算規(guī)則及其語言等。③數(shù)據(jù)的完整性約束，這是一組規(guī)則，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須滿足這組規(guī)則。根據(jù)模型應用的不同目的，可以將這些模型劃分為兩類。第一類模型是概念模型，也稱信息模型，它是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模。另一類模型是結構模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型和面向對象模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模。
一、數(shù)據(jù)庫基本概念（一）信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理
1.信息（information）
信息是現(xiàn)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)的反映。
2.數(shù)據(jù)（data）
數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實世界的符號記錄，是指用物理符號記錄下來的可以鑒別的信息。
3.信息與數(shù)據(jù)的關聯(lián)
數(shù)據(jù)是信息的符號表示，或稱載體;信息是數(shù)據(jù)的內涵，是數(shù)據(jù)的語義解釋。
4.信息處理
人們將原始信息表示成數(shù)據(jù)稱為源數(shù)據(jù)，然后對這些源數(shù)據(jù)進行匯集、存儲、綜合、推導，從這些原始的、雜亂的、難以理解的數(shù)據(jù)中抽取或推導出新的數(shù)據(jù)，這些新的數(shù)據(jù)稱為結果，結果數(shù)據(jù)對某些特定的人們來說是有價值的、有意義的，表示了新的信息，可以作為某種決策的依據(jù)或用于新的推導。這一過程通常稱為數(shù)據(jù)處理或信息處理。
（二）數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展與數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生
數(shù)據(jù)管理技術是指對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護的技術。數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展經(jīng)歷了如下3個階段:
1.人工管理階段
人工管理數(shù)據(jù)的特點是:
（1）數(shù)據(jù)不保存。
（2）數(shù)據(jù)無專門軟件進行管理。
（3）數(shù)據(jù)不共享。
（4）數(shù)據(jù)不具有獨立性。
2.文件系統(tǒng)階段
該階段的數(shù)據(jù)管理具有如下特點:
（1）數(shù)據(jù)可以長期保存。
（2）由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)存在如下缺點:
（1）數(shù)據(jù)共享性差，數(shù)據(jù)冗余度大。
（2）數(shù)據(jù)獨立性差。
3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段
與人工管理和文件系統(tǒng)階段相比較，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段具有如下的特點:
（1）數(shù)據(jù)結構化
（2）數(shù)據(jù)共享性高、冗余度小、易擴充
（3）數(shù)據(jù)獨立性高
（4）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須提供以下幾個方面的數(shù)據(jù)控制和保護功能:
（1）數(shù)據(jù)的安全性（security）保護。
（2）數(shù)據(jù)的完整性（integrity）控制。
（3）數(shù)據(jù)庫恢復（recovery）。
（4）并發(fā)（concurrency）控制。
（5）事務（transaction）支持。
（三）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術密切相關的3個基本概念。
1.數(shù)據(jù)庫（DB，DataBase）
數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度，較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為一定范圍內的各種用戶共享。
2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，DataBase Management System）
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一個數(shù)據(jù)管理軟件，它的基本功能包括以下幾個方面:
（1）數(shù)據(jù)定義功能
（2）數(shù)據(jù)操縱功能
（3）數(shù)據(jù)庫的運行管理
（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS，DataBase System）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成，一般由數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其工具）、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構成。
（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的計算機硬件平臺:①要有足夠大的內存，存放操作系統(tǒng)、DBMS的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應用程序。②有足夠大的磁盤等直接存取設備存放數(shù)據(jù)庫，有足夠的磁帶（或微機軟盤）做數(shù)據(jù)備份。③要求系統(tǒng)有較高的通信能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。
（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的計算機軟件:①DBMS為數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護配置的軟件。②支持DBMS運行的操作系統(tǒng)（OS）。③具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應用程序。④以DBMS為核心的應用開發(fā)工具。⑤為特定應用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。
（3）人員:數(shù)據(jù)庫管理員、系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設計人員、應用程序員和最終用戶。①數(shù)據(jù)庫管理員具體的職責包括:（a）決定數(shù)據(jù)庫中的信息內容和結構。（b）決定數(shù)據(jù)庫的存儲結構和存取策略。（c）定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件。（d）監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行。（e）數(shù)據(jù)庫的性能改進。（f）定期對數(shù)據(jù)庫進行重組和重構，以提高系統(tǒng)的性能。②系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫分析人員:系統(tǒng)分析員負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明。數(shù)據(jù)庫設計人員負責數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定、數(shù)據(jù)庫各級模式的設計。③應用程序員:應用程序員負責設計和編寫應用系統(tǒng)的程序模塊，并進行調試和安裝。④用戶:這里用戶是指最終用戶（End User）他們通過應用系統(tǒng)的用戶接口使用數(shù)據(jù)庫。
（四）數(shù)據(jù)庫技術的研究領域1.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研制
研制的目標是提高系統(tǒng)的可用性、可靠性、可伸縮性，提高系統(tǒng)性能和提高用戶的生產(chǎn)率。
2.數(shù)據(jù)庫設計
主要任務是在DBMS的支持下，按照應用的要求，為某一部門或組織設計一個結構合理、使用方便、效率較高的數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)。
3.數(shù)據(jù)庫理論
數(shù)據(jù)庫理論的研究主要集中于關系的規(guī)范化理論、關系數(shù)據(jù)理論等。
二、數(shù)據(jù)模型（一）數(shù)據(jù)模型的概念
數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)學形式框架，是用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，包括描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)定義以及數(shù)據(jù)一致性概念的工具，即:①數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，它包括對數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的描述。②數(shù)據(jù)的動態(tài)特征，一組定義在數(shù)據(jù)上的操作包括操作的含義、操作符、運算規(guī)則及其語言等。③數(shù)據(jù)的完整性約束，這是一組規(guī)則，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須滿足這組規(guī)則。根據(jù)模型應用的不同目的，可以將這些模型劃分為兩類。第一類模型是概念模型，也稱信息模型，它是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模。另一類模型是結構模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型和面向對象模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模。