數(shù)據(jù)庫原理

數(shù)據(jù)庫（Database）是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲和管理數(shù)據(jù)的倉庫，它產(chǎn)生于距今六十多年前，隨著信息技術(shù)和市場的發(fā)展，特別是二十世紀(jì)九十年代以后，數(shù)據(jù)管理不再僅僅是存儲和管理數(shù)據(jù)，而轉(zhuǎn)變成用戶所需要的各種數(shù)據(jù)管理的方式。數(shù)據(jù)庫有很多種類型，從最簡單的存儲有各種數(shù)據(jù)的表格到能夠進行海量數(shù)據(jù)存儲的大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都在各個方面得到了廣泛的應(yīng)用。

在信息化社會，充分有效地管理和利用各類信息資源，是進行科學(xué)研究和決策管理的前提條件。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是管理信息系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等各類信息系統(tǒng)的核心部分，是進行科學(xué)研究和決策管理的重要技術(shù)手段。

數(shù)據(jù)庫特點

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系，面向整個系統(tǒng)。

2、數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充。

3、數(shù)據(jù)獨立性高。

4、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制。

數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分三個層次，反映了觀察數(shù)據(jù)庫的三種不同角度。以內(nèi)模式為框架所組成的數(shù)據(jù)庫叫做物理數(shù)據(jù)庫；以概念模式為框架所組成的數(shù)據(jù)叫概念數(shù)據(jù)庫；以外模式為框架所組成的數(shù)據(jù)庫叫用戶數(shù)據(jù)庫。

⑴物理數(shù)據(jù)層。

它是數(shù)據(jù)庫的最內(nèi)層，是物理存貯設(shè)備上實際存儲的數(shù)據(jù)的集合。這些數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，是用戶加工的對象，由內(nèi)部模式描述的指令操作處理的位串、字符和字組成。

⑵概念數(shù)據(jù)層。

它是數(shù)據(jù)庫的中間一層，是數(shù)據(jù)庫的整體邏輯表示。指出了每個數(shù)據(jù)的邏輯定義及數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系，是存貯記錄的集合。它所涉及的是數(shù)據(jù)庫所有對象的邏輯關(guān)系，而不是它們的物理情況，是數(shù)據(jù)庫管理員概念下的數(shù)據(jù)庫。

⑶用戶數(shù)據(jù)層。

它是用戶所看到和使用的數(shù)據(jù)庫，表示了一個或一些特定用戶使用的數(shù)據(jù)集合，即邏輯記錄的集合。數(shù)據(jù)庫不同層次之間的聯(lián)系是通過映射進行轉(zhuǎn)換的。

數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)種類

數(shù)據(jù)庫通常分為層次式數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)庫和關(guān)系式數(shù)據(jù)庫三種。而不同的數(shù)據(jù)庫是按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來聯(lián)系和組織的。

1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

⑴數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的組織形式或數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

如果用D表示數(shù)據(jù)，用R表示數(shù)據(jù)對象之間存在的關(guān)系集合，則將DS=（D，R）稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

例如，設(shè)有一個電話號碼簿，它記錄了n個人的名字和相應(yīng)的電話號碼。為了方便地查找某人的電話號碼，將人名和號碼按字典順序排列，并在名字的后面跟隨著對應(yīng)的電話號碼。這樣，若要查找某人的電話號碼（假定他的名字的第一個字母是Y），那么只須查找以Y開頭的那些名字就可以了。該例中，數(shù)據(jù)的集合D就是人名和電話號碼，它們之間的聯(lián)系R就是按字典順序的排列，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是DS=（D，R），即一個數(shù)組。

⑵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又分為數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是從邏輯的角度（即數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和組織方式）來觀察數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)的存儲位置無關(guān)；數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在計算機中存放的結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機中的實現(xiàn)形式，所以物理結(jié)構(gòu)也被稱為存儲結(jié)構(gòu)。

這里只研究數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并將反映和實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)系的方法稱為數(shù)據(jù)模型。

比較流行的數(shù)據(jù)模型有三種，即按圖論理論建立的層次結(jié)構(gòu)模型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型以及按關(guān)系理論建立的關(guān)系結(jié)構(gòu)模型。

2.層次、網(wǎng)狀和關(guān)系數(shù)據(jù)庫系

⑴層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)模型實質(zhì)上是一種有根結(jié)點的定向有序樹（在數(shù)學(xué)中“樹”被定義為一個無回的連通圖）。下圖是一個高等學(xué)校的組織結(jié)構(gòu)圖。這個組織結(jié)構(gòu)圖像一棵樹，校部就是樹根（稱為根結(jié)點），各系、專業(yè)、教師、學(xué)生等為枝點（稱為結(jié)點），樹根與枝點之間的聯(lián)系稱為邊，樹根與邊之比為1:N，即樹根只有一個，樹枝有N個。

按照層次模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為層次模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。IMS（InformationManagementSystem）是其典型代表。

⑵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型

按照網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其典型代表是DBTG（DatabaseTaskGroup）。用數(shù)學(xué)方法可將網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

⑶關(guān)系結(jié)構(gòu)模型

關(guān)系式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)歸結(jié)為簡單的二元關(guān)系（即二維表格形式）。

數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用領(lǐng)域

1．多媒體數(shù)據(jù)庫

這類數(shù)據(jù)庫主要存儲與多媒體相關(guān)的數(shù)據(jù)，如聲音、圖像和視頻等數(shù)據(jù)。多媒體數(shù)據(jù)最大的特點是數(shù)據(jù)連續(xù)，而且數(shù)據(jù)量比較大，存儲需要的空間較大。

2．移動數(shù)據(jù)庫

該類數(shù)據(jù)庫是在移動計算機系統(tǒng)上發(fā)展起來的，如筆記本電腦、掌上計算機等。該數(shù)據(jù)庫最大的特點是通過無線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹Ｒ苿訑?shù)據(jù)庫可以隨時隨地地獲取和訪問數(shù)據(jù)，為一些商務(wù)應(yīng)用和一些緊急情況帶來了很大的便利。

3．空間數(shù)據(jù)庫

這類數(shù)據(jù)庫目前發(fā)展比較迅速。它主要包括地理信息數(shù)據(jù)庫（又稱為地理信息系統(tǒng)，即GIS）和計算機輔助設(shè)計（CAD）數(shù)據(jù)庫。其中地理信息數(shù)據(jù)庫一般存儲與地圖相關(guān)的信息數(shù)據(jù)；計算機輔助設(shè)計數(shù)據(jù)庫一般存儲設(shè)計信息的空間數(shù)據(jù)庫，如機械、集成電路以及電子設(shè)備設(shè)計圖等。

4．信息檢索系統(tǒng)

信息檢索就是根據(jù)用戶輸入的信息，從數(shù)據(jù)庫中查找相關(guān)的文檔或信息，并把查找的信息反饋給用戶。信息檢索領(lǐng)域和數(shù)據(jù)庫是同步發(fā)展的，它是一種典型的聯(lián)機文檔管理系統(tǒng)或者聯(lián)機圖書目錄。

5．分布式信息檢索

這類數(shù)據(jù)庫是隨著Internet的發(fā)展而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫。它一般用于因特網(wǎng)及遠距離計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。特別是隨著電子商務(wù)的發(fā)展，這類數(shù)據(jù)庫發(fā)展更加迅猛。許多網(wǎng)絡(luò)用戶（如個人、公司或企業(yè)等）在自己的計算機中存儲信息，同時希望通過網(wǎng)絡(luò)使用發(fā)送電子郵件、文件傳輸、遠程登錄方式和別人共享這些信息。分布式信息檢索滿足了這一要求。

6．專家決策系統(tǒng)

專家決策系統(tǒng)也是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的一部分。由于越來越多的數(shù)據(jù)可以聯(lián)機獲取，特別是企業(yè)通過這些數(shù)據(jù)可以對企業(yè)的發(fā)展作出更好的決策，以使企業(yè)更好地運行。由于人工智能的發(fā)展，使得專家決策系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。

幾種常見數(shù)據(jù)庫

1、BⅡ

DB2是內(nèi)嵌于IBM的AS/400系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，直接由硬件支持。它支持標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言，具有與異種數(shù)據(jù)庫相連的GATEWAY。因此它具有速度快、可靠性好的優(yōu)點。但是，只有硬件平臺選擇了IBM的AS/400，才能選擇使用DB2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

DB2數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢及特點：（1）開放性

DB2能在所有主流平臺上運行（包括Windows），最適于海量數(shù)據(jù)。DB2在企業(yè)級的應(yīng)用最為廣泛，在全球的500家最大的企業(yè)中，幾乎85%以上都用DB2數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，而國內(nèi)到1997年約占5%。

（2）可伸縮性、并行性

DB2具有很好的并行性，把數(shù)據(jù)庫管理擴充到了并行的、多節(jié)點的環(huán)境。（3）性能

DB2性能較高適用于數(shù)據(jù)倉庫和在線事務(wù)處理（4）風(fēng)險小

DB2在巨型企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，向下兼容性好，風(fēng)險小。

2、racle

提起數(shù)據(jù)庫，第一個想到的公司，一般都會是Oracle（甲骨文）。該公司成立于1977年，最初是一家專門開發(fā)數(shù)據(jù)庫的公司。Oracle在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。1984年，首先將關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)到了桌面計算機上。然后，Oracle5率先推出了分布式數(shù)據(jù)庫、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等嶄新的概念。Oracle6首創(chuàng)行鎖定模式以及對稱多處理計算機的支持……最新的Oracle8主要增加了對象技術(shù)，成為關(guān)系—對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前，Oracle產(chǎn)品覆蓋了大、中、小型機等幾十種機型，Oracle數(shù)據(jù)庫成為世界上使用最廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)系統(tǒng)之一。

Oracle數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品具有以下優(yōu)良特性：

（1）兼容性

Oracle產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)SQL，并經(jīng)過美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)所（NIST）測試。與IBMSQL/DS、DB2、INGRES、IDMS/R等兼容。

（2）可移植性

Oracle的產(chǎn)品可運行于很寬范圍的硬件與操作系統(tǒng)平臺上。可以安裝在70種以上不同的大、中、小型機上；可在VMS、DOS、UNIX、Windows等多種操作系統(tǒng)下工作。

（3）可聯(lián)結(jié)性

Oracle能與多種通訊網(wǎng)絡(luò)相連，支持各種協(xié)議（TCP/IP、DECnet、LU6.2等）。

（4）高生產(chǎn)率

Oracle產(chǎn)品提供了多種開發(fā)工具，能極大地方便用戶進行進一步的開發(fā)。

（5）開放性

Oracle良好的兼容性、可移植性、可連接性和高生產(chǎn)率使OracleRDBMS具有良好的開放性。

3、Sybase

1984年，MarkB.Hiffman和RobertEpstern創(chuàng)建了Sybase公司，并在1987年推出了Sybase數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。Sybase主要有三種版本：一是UNIX操作系統(tǒng)下運行的版本；二是NovellNetware環(huán)境下運行的版本；三是WindowsNT環(huán)境下運行的版本。對UNIX操作系統(tǒng)，目前應(yīng)用最廣泛的是SYBASE10及SYABSE11forSCOUNIX。

Sybase數(shù)據(jù)庫的特點：

（1）它是基于客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫。

（2）它是真正開放的數(shù)據(jù)庫。

（3）它是一種高性能的數(shù)據(jù)庫。