1.1.1　数据库的基本概念

数据库（Database）是计算机应用系统中按照数据结构来组织、存储和管理数据资源的仓库。随着信息技术和市场的发展，特别是20世纪90年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而是转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛应用。例如，某学校记录了每位教师和学生的姓名、地址、电话、学号、出生日期等相关信息，所有教师档案就是一个简单的数据库。每位教师的姓名、教师编号、性别、工作时间、政治面貌、学历、职称、系别、联系电话等信息就是这个数据库中的“数据”，既可以在这个“数据库”中添加新教师的信息，也可以由于某位教师的工作关系调动或联系方式改动而删除或修改该条数据。图1-1所示为数据库、数据表与数据的关系。

1.信息、数据与数据处理

信息、数据和数据处理是数据库管理的3个基本内容和对象。

（1）信息是现实世界在人脑中的抽象反映。

（2）数据是指存储在某种介质上的能够识别的物理符号。它是一切文字、数码、符号、图形、图像以及声音等有意义的组合，是描述现实世界中各种信息的手段，是信息的载体。数据的概念在数据处理领域已经得到了拓宽，主要包括以下两方面：

①描述事物特性的数据内容。

②存储在某一种介质上的数据形式。

（3）数据处理是指数据的收集、存储、管理、加工、计算、维护、检索和传输等处理，并转化成新的有价值的信息的全过程。数据处理的中心任务是进行数据的管理，如向“教师档案”表追加一条记录，或者查找某位老师的工作时间等都是数据处理。

2.数据库技术的发展

数据库技术的发展，已经成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。数据库技术最初产生于20世纪60年代中期，根据数据模型的发展，可以划分为3个阶段：第一代的网状、层次数据库系统；第二代的关系数据库系统；第三代的以面向对象模型为主要特征的数据库系统。

（1）第一代数据库（网状、层次模型）。第一代数据库的代表是1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管理系统IMS和20世纪70年代美国数据库系统语言会议（CODASYL）下属数据库任务组（DBTG）提议的网状模型。层次数据库的数据模型是有根的定向有序树，网状模型对应的是有向图。这两种数据库奠定了现代数据库发展的基础，具有以下共同点：

①支持三级模式（外模式、模式、内模式）。保证数据库系统具有数据与程序的物理独立性和一定的逻辑独立性。

②用存取路径来表示数据之间的联系。

③有独立的数据定义语言。

④导航式的数据操纵语言。

（2）第二代数据库（关系数据模型）。第二代数据库的主要特征是支持关系数据模型（数据结构、关系操作、数据完整性）。关系数据模型具有以下特点：

①模型的概念单一，实体和实体之间的联系用关系来表示。

②以关系数学为基础。

③数据的物理存储和存取路径对用户不透明。

④数据库语言是非过程化的。

（3）第三代数据库（面向对象模型）。随着科学技术的不断进步，各个行业领域对数据库技术提出了更多的需求，关系型数据库已经不能完全满足需求，于是在20世纪80年代产生了第三代数据库。面向对象模型主要具有以下特点：

①支持数据管理、对象管理和知识管理。

②保持和继承了第二代数据库系统的技术。

③对其他系统开放，支持数据库语言标准，支持标准网络协议，有良好的可移植性、可连接性、可扩展性和可操作性等。

④支持多种数据模型（如关系模型和面向对象的模型），并与更多新技术相结合（如分布处理技术、并行计算技术、人工智能技术、多媒体技术、模糊技术），广泛应用于多个领域（如商业管理、GIS、计划统计等），由此也衍生出多种新的数据库技术。

分布式数据库允许用户开发的应用程序把多个物理分开的、通过网络互联的数据库当作一个完整的数据库看待。并行数据库通过cluster技术把一个大的事务分散到cluster中的多个结点去执行，提高了数据库的吞吐性和容错性。多媒体数据库提供了一系列用来存储图像、音频和视频的对象类型，更好地对多媒体数据进行存储、管理、查询等操作。模糊数据库是存储、组织、管理和操纵模糊数据的数据库，可以用于模糊知识处理。

3.数据库系统

狭义地讲，数据库系统是由数据库、数据库管理系统和用户构成。广义地讲，数据库管理系统是指采用了数据库技术的计算机系统，它是由计算机硬件、操作系统、数据库、数据库管理系统、应用程序和用户所构成的综合系统，如图1-2所示。

（1）数据库系统的分类。在信息高速发展的时代，数据信息同样是宝贵的资产，应该妥善地使用、管理并加以保护。根据数据库存放位置的不同，数据库系统可以分为集中式数据库和分布式数据库。

（2）数据库系统的特点。与传统的文件管理系统相比，数据库系统具有以下优点：

①数据结构化。

②数据存储灵活。

③数据共享性强。

④数据冗余度低。

⑤数据独立性高。

4.数据库管理系统

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是从图书馆的管理方法改进而来的。人们将越来越多的资料存入计算机中，并通过一些编制好的计算机程序对这些资料进行管理，这些程序后来就被称为数据库管理系统，它们就像图书馆的管理员可以帮人们管理输入到计算机中的大量数据。

（1）数据库管理系统的概念。数据库管理系统由一个互相关联的数据集合和一组访问这些数据的程序组成，负责对数据库的存储数据进行管理、维护和使用。因此，DBMS是一种复杂的、综合性的、在数据库系统中对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。

（2）数据库管理系统的组成。DBMS大多是由许多系统程序所组成的一个集合。每个程序都有各自的功能，一个或几个程序一起协调完成DBMS的一件或几件任务。各种DBMS的组成因系统而异，一般来说，它由语言编译处理程序、系统运行控制程序、系统建立程序、维护程序、数据字典五部分组成。

（3）数据库管理系统的基本功能：

①数据定义功能。DBMS提供相应数据定义语言DDL来数据库结构，它们刻画数据库框架，并被保存在数据字典中。

②数据存取功能。DBMS提供数据操纵语言（DML），实现对数据库数据的基本存取操作：检索、插入、修改和删除。

③数据库运行管理功能。DBMS提供数据控制功能，即通过数据的安全性、完整性和并发控制等对数据库运行进行有效的控制和管理，以确保数据正确有效。

④数据库的建立和维护功能。包括数据库初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。

⑤数据库的传输。DBMS提供处理数据的传输，实现用户程序与DBMS之间的通信，通常与操作系统协调完成。