第一章引言改

第一章引言当前，信息资源己成为各个部门的重要财富和资源。建立一个满足各级部门信息处理要求的行之有效的信息系统也成为一个企业或组织生存和发展的重要条件。因此，在信息系统构建中扮演着重要角色的数据库技术得到了越来越广泛的应用，众多的应用领域采用数据库来存储和处理他们的信息资源。对于一个国家来说，数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度己成为衡量这个国家信息化程度的重要标志。数据库已经成为我们每天生活中不可缺少的一部分，数据库课程成为了计算机专业、信息管理专业以及管理类专业的重要课程。1.1概述在系统地介绍数据库的基本概念之前，首先介绍一些数据库系统使用的实际例子。1.1.1数据库系统使用示例一、从超市购物当你从当地超市购买货物时，很可能就会对数据库进行访问。收银员使用条形码阅读器来扫描你的每种货物时，就链接了一个使用条形码从产品数据库中查询该项货物价格的应用程序，然后该程序产生了这些库存货物的数量，并在收银机上显示价格。在某些设计更为科学的系统中，如果你购买的货物库存数量低于超市管理者事先制定的最低极限值，数据库系统还会自动设置一个订单来获得更多的产品库存。二、使用信用卡购物当你使用信用卡购物时，商场服务人员要检查你是否有足够的剩余金额可以购买商品，这种检查可以用电话来进行，或着也可以用连接到计算机上系统的磁卡读卡器自动完成。无论是哪种情况，都在某个地方有一个数据库，此数据库中包含了你使用信用卡进行购物的信息和你的金融帐户信息。为了检查你的信用卡，存在一个数据库应用程序，该程序使用你的信用卡号码来检查你要支付的资金是否在信用额度之中，当购买生效后，本次的支付信息又会被加到数据库中。在确认生效前，该程序还可能会访问有关数据库，以确定你的信用卡是否在被盗或丢失列表当中。三、使用图书馆图书馆一般会有一个包含所有图书详细信息的数据库，其中的信息可能还包括读第一章引言—2—者信息、借阅信息等等。图书馆有关系统可能会允许读者基于书名、作者及其他信息查找图书，还会允许读者借阅书籍。该系统也可以给没有按时还书的借阅者发提醒通知。一般情况下，系统都有一个条形码阅读器，类似于超市中使用的那种，用来记录归还和借出图书馆的图书及前来访问的读者。四、使用InternetInternet上的很多站点都是由数据库应用程序驱动的。例如，你可能访问过在线书店，比如国内的China-Pub或是国外的亚马逊，这样的书店允许你按不同种方式查找书籍并购买。不管是那种情况，在这样的机构的Web服务器上一定有一个数据库，数据库中包含了图书的详细信息等，通过数据库的访问，你可以根据需要找到自己满意的图书并进行订购。1.1.2数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统在初步了解了数据库系统的应用之后，有必要对数据库有关基本概念进行掌握。数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统是与数据库技术密切相关的四个基本概念。一、数据(Data)数据是数据库中存储的基本对象。数据在大多数人头脑中的第一个反应就是数字。其实数字只是最简单的一种数据，是数据的一种传统和狭义的理解。广义的理解中，数据的种类很多，文字、图形、图像、声音、学生的档案记录、货物的运输情况等，都可以是数据。可以对数据做如下定义：描述事物的符号记录称为数据。描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等，数据有多种表现形式，它们都可以经过数字化后存入计算机。为了了解世界，交流信息，人们需要描述各种事物。在日常生活中直接用自然语言(如汉语)描述。在计算机中，为了存储和处理这些事物，就要抽出对这些事物感兴趣的特征组成一个记录来描述。例如：在学生档案中，如果人们最感兴趣的是学生的姓名、性别、年龄、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间，那么可以这样描述:(李明，男，21，1972，江苏，计算机系，1990)因此这里的学生记录就是数据。对于上面这条学生记录，了解其含义的人会得到如下信息:李明是个大学生，1972年出生，男，江苏人，1990年考入计算机系；而不了解其语义的人则无法理解其含义。可见，数据的形式还不能完全表达其内容，需要经过解释，所以数据和关于数据的解释是不可分的，数据的解释是指对数据含义的说数据库管理系统及应用—3—明，数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。二、数据库(DataBase，DB)数据库，顾名思义，是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。在科学技术飞速发展的今天，人们的视野越来越广，数据量急剧增加。过去人们把数据存放在文件柜里，现在人们借助计算机和数据库技术科学地保存和管理大量的复杂的数据，以便能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。所谓数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。三、数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，DBMS)了解了数据和数据库的概念，下一个问题就是如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和维护数据。完成这个任务的是一个系统软件——数据库管理系统。数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。它和操作系统一样是计算机的基础软件，也是一个大型复杂的软件系统。直观的讲，数据库管理系统是管理和控制对数据库进行访问的软件系统，它能够让用户定义、创建和维护数据库以及控制对数据的访问，它的主要功能包括以下几个方面:1.数据定义功能DBMS提供数据定义语言(DataDefinitionLanguage，DDL)，用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。2.数据操纵功能DBMS提供数据操纵语言(DataManipulationLanguage，DML)，用户可以使用DML操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。3.数据库的事务管理和运行管理数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。4.数据库的建立和维护功能它包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等，这些功能通常是由一些实用程序或管理工具完成的。第一章引言—4—四、数据库应用系统数据库应用系统是由通过向DBMS发出合适的操作请求（如查询、更改）与数据库交互的计算机应用程序构成的系统。如现实生活中的图书管理系统、工资管理系统、航空订票系统等，都可以看作是数据库应用系统。数据库的最终用户一般都是通过那些用于创建和维护数据库并产生信息的数据库应用系统与数据库进行交互，以达到维护和使用数据库中数据的目的，这些系统可以用相关开发工具及程序设计语言设计编写。五、数据库系统(DataBaseSystem，DBS)数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。应当指出的是，数据库的建立、使用和维护等工作只靠一个DBMS远远不够，还要有专门的人员来完成，这些人被称为数据库管理员(DataBaseAdministrator，DBA)。在一般不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统可以用图1.1表示。数据库系统在整个计算机系统中的地位如图1.2所示。1.1.3数据管理技术的产生和发展数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题。而数据处理则是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。用户用户用户应用系统（程序）应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库数据库管理员图1.1数据库系统应用系统应用开发工具DBMS及编译系统操作系统硬件图1.2数据库在计算机系统中的地位数据库管理系统及应用—5—在应用需求的推动下，在计算机硬件、软件发展的基础上，数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。这三个阶段的特点及其比较如表1.1所示。一、人工管理阶段20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。当时的硬件状况是，外存只有纸带、卡片、磁带，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。人工管理数据具有如下特点:(1)数据不保存由于当时计算机主要用于科学计算，一般不需要将数据长期保存，只是在计算某一课题时将数据输入，用完就撤走。不仅对用户数据如此处置，对系统软件有时也是这样。(2)应用程序管理数据表1.1数据管理三个阶段的比较人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件背景没有操作系统有文件系统有数据库管理系统处理方式批处理联机实时处理、批处理联机实时处理、分布处理、批处理特点数据的管理者用户（程序员）文件系统数据库管理系统数据面向的对象某一应用程序某一应用现实世界数据的共享程度无共享，冗余度极大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小数据的独立性不独立，完全依赖于程序独立性差具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化无结构记录内有结构、整体无结构整体结构化，用数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力第一章引言—6—数据需要由应用程序自己管理，没有相应的软件系统负责数据的管理工作。应用程序中不仅要规定数据的逻辑结构，而且要设计物理结构，包括存储结构、存取方法、输入方式等。因此程序员负担很重。(3)数据不共享数据是面向应用的，一组数据只能对应一个程序。当多个应用程序涉及某些相同的数据时，由于必须各自定义，无法互相利用、互相参照，因此程序与程序之间有大量的冗余数据。(4)数据不具有独立性数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，必须对应用程序做相应的修改，这就进一步加重了程序员的负担。在人工管理阶段，程序与数据之间的一一对应关系可用图1.3表示。二、文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期，这时硬件方面已有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备；软件方面，操作系统中已经有了专门的数据管理软件，一般称为文件系统；处理方式上不仅有了批处理，而且还能够联机实时处理。用文件系统管理数据具有如下特点:(1)数据可以长期保存由于计算机大量用于数据处理，数据需要长期保留在外存上反复进行查询、修改、插入和删除等操作。(2)由文件系统管理数据由专门的软件即文件系统进行数据管理，文件系统把数据组织成相互独立的数据文件，利用“按文件名访问，按记录进行存取”的管理技术，可以对文件进行修改、应用程序1应用程序2应用程序n数据集1数据集2数据集n┆┆图1.3人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系数据库管理系统及应用—7—插入和删除的操作。文件系统实现了记录内的结构性，但整体无结构。程序和数据之间由文件系统提供存取方法进行转换，使应用程序与数据之间有了一定的独立性，程序员可以不必过多地考虑物理细节，将精力集中于算法。而且数据在存储上的改变不一定反映在程序上，大大节省了维护程序的工作量。但是，文件系统仍存在以下缺点：(1)数据共享性差，冗余度大在文件系统中，一个文件基本上对应于一个应用程序，即文件仍然是面向应用的。当不同的应用程序具有部分相同的数据时，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的数据，因此数据的冗余度大，浪费存储空间。同时由于相同数据的重复存储、各自管理，容易造成数据的不一致性，给数据的修改和维护带来了困难。(2)数据独立性差文件系统中的文件是为某一特定应用服务的，文件的逻辑结构对该应用程序来说是优化的，因此要想对现有的数据再增加一些新的应用会很困难，系统不容易扩充。一旦数据的逻辑结构改变，必须修改应用程序，修改文件结构的定义。应用程序的改变，例如应用程序改用不同的高级语言