1.1 数据库技术的基本概念

1.1.1 数据库技术的产生

数据库技术是信息系统的一个核心技术，是一种计算机辅助管理数据的方法，是计算机科学的重要分支。它是研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论和方法来对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。数据库技术是研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据的一门软件科学。在当今信息高速发展的时代，数据库技术被广泛应用于各个行业和领域。

数据库好比人的大脑记忆系统，保存了大量的数据信息，随着计算机技术和信息化建设的发展，它已成为人们生活中必不可少的一部分，无论是我们网上购物、网上订票、网上挂号，甚至玩游戏，都在和数据库打交道。数据库技术作为信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。如何更好地管理和使用数据库成为企业和政府格外关注的话题。数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频率已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。

数据库技术产生于20世纪60年代末，是数据管理的最新技术。1964年，美国通用电气公司的查尔斯·贝克曼（Charles Bachman）成功开发了第一个网状数据库管理系统（Integrated Data Store, IDS）从而奠定了网状数据库的基础。

20世纪60年代末IBM公司推出了第一个商业化的层次数据库管理系统（Informa-tion Management System, IMS），标志着数据管理技术进入了数据库系统阶段。

1970年，美国IBM公司的库德（E. F. Codd）博士发表了名为《大型共享系统的关系数据库的关系模型》的论文，首次提出了关系数据库模型，开创了数据库关系方法和关系理论的研究，为关系数据库技术奠定了理论基础。

20世纪80年代以来，几乎所有新开发的系统均是关系数据库，这也使数据库技术广泛地应用于企业管理、情报检索、辅助决策等方面，成为实现和优化信息系统的基本技术。

当今数据库系统是一个大家族，数据模型丰富多样，新技术层出不穷，应用领域也日益广泛。数据库技术与其他相关技术的结合产生了许多新的数据库类型，如图1.1所示。

1.1.2 与数据库技术密切相关的几个基本概念

（1）信息。

信息是现实世界事物存在方式或运动状态的反映。例如，我们上课用的黑板是黑色的，形状是矩形，尺寸是长3m、高1.2m，材料是木材，这些都是关于黑板的信息，是黑板存在状态的反映。

信息有以下重要的特征：

①信息来源于物质和能量。

②信息是可以感知的。

③信息是可以存储的。

④信息是可以加工、传递和再生的。

这些特点，构成了信息最重要的自然属性。信息已成为各行各业不可缺少的重要资源之一。

（2）数据。

数据（Data）是描述事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的、可以鉴别的信息。数据有多种表现形式，可以是包括数字、字母、文字、特殊字符组成的文本数据，也可以是图形、图像、动画、影像、声音、语言等多媒体数据。例如，日常生活和工作中使用的客户档案记录、商品销售记录、学生的学籍记录等都是数据。各种形式的数据经过数字化处理后可存入计算机，便于进一步加工、处理、使用。

在现实世界中，人们可直接用中文、英文等自然语言描述客观事物、交流信息，但是这种信息表达方式过于繁琐，不便于形式化，也不利于使用计算机来表达。因此，为了能在计算机中有效地存储和处理客观事物，人们通常只抽取那些感兴趣的事物特征或属性来描述事物。例如，在客户档案中，人们关注客户的姓名、性别、年龄、籍贯、所在城市、联系电话等特征，那么由这些具体的特征值所构成的一组数据，就构成一条记录。

例如：（李明，男，30，北京，广东，133××××××××），表示客户李明的信息。

需要注意的是，仅有数据记录往往不能完全表达其内容的含义，有些数据记录还需要经过解释才能明确其表达的含义。例如，对于上面的客户记录，了解其含义的人会得到这样的信息：李明是男性，今年30岁，北京人，目前居住在广东，他的联系电话133××××××××；而不了解数据含义的人，则难以直接从北京、广东两个地名理解所表达的意思。由此可见，数据以及关于该数据的解释是密切相关的。数据的解释是对数据含义的说明，也称为数据的语义，即数据所蕴含的信息。数据与其语义密不可分，没有语义的数据是没有意义的、不完整的。

因此，数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理的数据才能成为有用的信息。

信息和数据之间的联系：

①数据表示了信息，数据是信息的一种特定符号的表示形式。

②数据是信息的载体，而信息只有通过数据的形式表示出来才能被人们理解和接受。尽管两者在概念上不尽相同，但通常人们并不严格去区分它们。

（3）数据库。

数据库（Database, DB）通俗地被称为存储数据的仓库，只是这个仓库是存储在计算机存储设备上的，并且其所存储的数据是按一定的格式进行存储的。若从严格意义上讲，数据库是指长期储存在计算机中的有组织的、可共享的数据集合，且数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性，系统易于扩展，并可以被多个用户共享。数据是数据库中存储的基本对象。

以前，人们在收集并抽取一个应用所需的数据之后，往往是将这些数据以文件的形式存放在文件柜里，以供下一步加工和处理，而此方式随着数据量的剧增、应用需求的扩展，显现出许多弊端。如今，人们可以借助飞速发展的计算机和数据库技术科学地保存和管理大量复杂的数据，方便、快捷、高效地利用数据资源。例如，把客户的档案、客户订购的商品信息、商品库存等数据有序地组织并存储在计算机内，构造客户订单的数据库，能够为企业的经营活动提供高效、准确的业务数据支持。

数据库具有如下特点：

①按一定的数据模型组织、描述和存储。

②能够为各类用户共享。

③具有最小的冗余度。

④具有较高的数据独立性。

⑤具有较强的扩展性。

（4）数据库管理系统。

数据库管理系统（Database Management System, DBMS）是专门用于建立和管理数据库的一套软件，介于应用程序和操作系统之间。它负责科学有效地组织和存储数据，并帮助数据库的使用者从大量的数据中快速地获取所需数据，以及提供必要的安全性和完整性等统一控制机制，实现对数据的有效管理与维护。

与操作系统一样，数据库管理系统也是计算机的基础软件，即一类系统软件，其主要功能包括如下几个方面：

①数据定义功能。

用户可通过数据库管理系统提供的数据定义语言（Data Definition Language, DDL）定义数据库中的数据对象，包括表、视图、存储过程、触发器等。例如：创建数据库、修改数据库、删除数据库、创建表、修改表、删除表等。

②数据操纵功能。

用户可通过数据库管理系统提供的数据操作语言（Data Manipulation Language, DML）操作数据库中的数据，实现对数据库的基本操作。基本的数据操作有四种：插入、修改、删除和查询，也简称为：增、改、删、查。

③数据库的运行管理功能。

数据库中的数据是可供多个用户同时使用的共享数据，为保证数据的安全性、可靠性，数据库管理系统提供了统一的控制和管理机制，使数据在不被相互干扰的情况下能够并发使用，并且在发生故障时能够对数据库进行完整的恢复。

④数据库的建立和维护功能。

数据库的建立和维护功能主要包括创建数据库及对数据库空间的维护、数据库的备份与恢复功能、数据库的重组织功能和性能监视、分析等。这些功能一般是通过数据库管理系统中提供的一些实用工具来实现的。

⑤数据组织、存储和管理功能。

为提高数据的存储效率，数据库管理系统需要对数据进行分类存储和管理。一般的数据库管理系统都会根据具体组织和存储方式提供多种数据存储方法，例如索引查找、顺序查找等。

⑥其他功能。

其他功能主要包括与其他软件的网络通信功能、不同数据库管理系统之间的数据传输以及相互访问功能等。例如，数据库管理员可通过相应的软件工具对数据库进行管理，编程人员可通过程序开发工具与数据库接口编写数据库应用程序等。

数据库管理系统的本质：它是一个专门用于存储数据和管理数据的软件系统。

DBMS是数据库系统的核心组成部分，如图1.2所示。

（5）数据库系统。

数据库系统（Database System, DBS）是指在计算机中引入数据库技术之后的系统。通常，一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统及相关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户，如图1.3所示。

其中，数据库管理员（Database Administrator, DBA）不同于普通数据库用户，他们是专门负责对数据库进行维护，并保证数据库正常、高效运行的人员；用户则是数据库系统的服务对象，其通常包括程序员和数据库终端用户两类，程序员通过高级程序设计语言（如PHP、Java等）和数据库语言（如SQL）编写数据库应用程序，应用程序会根据需要向数据库管理系统发出适当的请求，再由数据库管理系统对数据库执行相应的操作，而终端用户则是从客户机或联机终端上以交互方式向数据库系统提出各种操作请求，并由数据库管理系统响应执行，而后访问数据库中的数据。

此外，一般在不引起混淆的情况下，我们常常将数据库系统简称为数据库。

概括地讲，数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的由计算机软件、硬件、数据和人员组成的系统。