4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念
1、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
（1）數(shù)據(jù)：實際上就是描述事物的符號記錄。
數(shù)據(jù)的特點：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。數(shù)據(jù)的型給出了數(shù)據(jù)表示的類型，如整型、實型、字符型等。而數(shù)據(jù)的值給出了符合給定型的值，如整型（INT）值15。
（2）數(shù)據(jù)庫（DB）：是數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個應(yīng)用程序所共享。
數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放的，具有集成與共享的特點，亦即是數(shù)據(jù)庫集中了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲，而使它們可被不同應(yīng)用程序所使用。
（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫的核心。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能：
1）數(shù)據(jù)模式定義。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模式，也就是為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建其數(shù)據(jù)框架。
2）數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)模式的物理存取與構(gòu)建提供有效的存取方法與手段。
3）數(shù)據(jù)操縱。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為用戶使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供方便，它一般提供如查詢、插入、修改以及刪除數(shù)據(jù)的功能。此外，它自身還具有做簡單的算術(shù)運算及統(tǒng)計的能力，而且還可以與某些過程性語言結(jié)合，使其具有強大的過程性操作能力。
4）數(shù)據(jù)的完整性、安生性定義與檢查。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有內(nèi)在語義上的關(guān)聯(lián)性與一致性，它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)的完整性是保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)正確的必要條件，因此必須經(jīng)常檢查以維護(hù)數(shù)據(jù)正確。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有共享性，而數(shù)據(jù)共享可能會引發(fā)數(shù)據(jù)的非法使用，因此必須要對數(shù)據(jù)正確使用做出必要的規(guī)定，并在使用時做檢查，這就是數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)完整性與安全性的維護(hù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本功能。
5）數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫是一個集成、共享的數(shù)據(jù)集合體，它能為多個應(yīng)用程序服務(wù)，所以就存在著多個應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的并發(fā)操作。在并發(fā)操作中如果不加控制和管理，多個應(yīng)用程序間就會相互干擾，從而對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)造成破壞。因此，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須對多個應(yīng)用程序的并發(fā)操作做必要的控制以保證數(shù)據(jù)不受破壞，這就是數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)一旦遭到破壞，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須有能力及時進(jìn)行恢復(fù)，這就是數(shù)據(jù)庫的故障恢復(fù)。
6）數(shù)據(jù)的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的多種服務(wù)功能，如數(shù)據(jù)拷貝、轉(zhuǎn)存、重組、性能監(jiān)測、分析等。
（4）數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）：對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、維護(hù)、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。
（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）：由數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、硬件平臺（硬件）、軟件平臺（軟件）五個部分構(gòu)成的運行實體。
（6）數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面三者組成。
*：數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)的共享問題。
2、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展
數(shù)據(jù)庫管理發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。
下表是數(shù)據(jù)管理三個階段的比較：
3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點
（1）數(shù)據(jù)的高集成性。
（2）數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性。
*：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余（注釋1），但無法避免一切冗余。
（3）數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)獨立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會影響應(yīng)用程序。
數(shù)據(jù)獨立性一般分為物理獨立性與邏輯獨立性兩級。
1）物理獨立性：物理獨立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)，存取方式等）的改變，如存儲設(shè)備的更換、物理存儲的更換、存取方式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化。
2）邏輯獨立性：數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這就是數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。
（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。
數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制主要包含以下三個方面：
1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)的正確。
2）數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)：檢查數(shù)據(jù)庫訪問者以防止非法訪問。
3）并發(fā)控制：控制多個應(yīng)用的并發(fā)訪問所產(chǎn)生的相互干擾以保證其正確性。
4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系
（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式：
1）概念模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖（注釋2）。
2）外模式：也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)據(jù)視圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推導(dǎo)而出。
3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)及文件級上，它還未深入到設(shè)備級上（如磁盤及磁盤操作）。內(nèi)模式對一般用戶是透明的，但它的設(shè)計直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。
（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射：
1）概念模式/內(nèi)模式的映射：實現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的概念模式/內(nèi)模式的映射，使得數(shù)據(jù)庫的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的物理獨立性。
2）外模式/概念模式的映射：實現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)邏輯模式發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的外模式/邏輯模式映射，使得用戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性。
注釋1：在一個集合中的重復(fù)數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)冗余。
注釋2：視圖是從一個或幾個基本表（或視圖）導(dǎo)出的表，它與基本表不同，是一個虛表。數(shù)據(jù)庫中只存放視圖的定義，而不存放視圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)仍然存放在原來的基本表中。