什么是數據庫

數據庫是被長期存放在計算機內、有組織的、可以表現為多種形式的可共享的數據集合。這里“共享”是指數據庫中的數據，可為多個不同的用戶、使用多種不同的語言、為了不同的目的而同時存取數據庫，甚至同一塊數據也可以同時存取；“集合”是指某特定應用環境中的各種應用的數據及其數據之間的聯系（聯系也是一種數據）全部集中地按照一定的結構形式進行存儲。數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數據獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。

數據庫研究的范圍

當前，數據庫研究的范圍有以下三個領域。

1.數據庫管理系統軟件的研制

數據庫管理系統（DBMS）是數據庫系統的基礎。DBMS的研制包括研制DBMS本身及以DBMS為核心的一組相互聯系的軟件系統。研制的目標是擴大功能、提高性能和提高用戶的生產率。

2.數據庫設計

數據庫設計的主要任務是在DBMS的支持下，按照應用的要求，為某一部門或組織設計一個結構合理、使用方便、效率較高的數據庫及其應用系統。其中主要的研究方向包括數據庫設計方法、設計工具和設計理論的研究，數據模型和數據建模的研究，計算機輔助數據庫設計方法及其軟件系統的研究，數據庫設計規范和標準的研究等。

3.數據庫理論

數據庫理論的研究主要集中于關系的規范化理論、關系數據理論等。近年來，隨著人工智能與數據庫理論的結合及并行計算機的發展，數據庫邏輯演繹和知識推理、并行算法等理論研究，以及演繹數據庫系統、知識庫系統和數據倉庫的研制都已成為新的研究方向。

數據庫的優點

與數據文件管理方式相比較，數據庫管理有許多優越性。這些優越性來自數據庫特有的數據結構和數據存儲方式。歸納起來，數據庫有如下優點。

（1）查詢迅速、準確，且有多種表達與傳輸方式。以一個大型倉庫管理為例：用手工操作，如要查找“某地區生產的商品的名稱、規格、數量”，就可能要先翻閱賬本，弄清分類目錄和分類形式，然后按地區或商品分類、商品名稱找到其他附帶的屬性，再抄寫下來。如果要查找的內容較多，則查找與抄寫既費時又費力。數據庫系統能根據給定的條件自動地按一定途徑以毫秒級速度進行掃描查找，可以在瞬間將符合要求的數據一一用表格或其他方式顯示出來，還可以自動地打印出來或通過網絡傳輸到指定地址，而且不會出現錯誤。

（2）數據結構化且統一管理。在數據庫中，數據按邏輯結構組織起來，而按物理結構存放在磁介質中，并且由數據庫管理系統統一管理，既考慮了數據本身的特點，也考慮了數據之間以及文件之間的聯系，數據的查詢、檢索和處理很方便。在傳統的文件系統中，盡管記錄內部存在某種結構，但記錄之間沒有聯系，數據的查詢、檢索和處理十分煩瑣、困難。實現數據的整體結構化管理，是數據庫的主要特征之一，也是數據庫系統與文件系統的本質區別。

（3）數據冗余度小。在文件系統中，為了滿足一個應用程序對數據的需要，常常在不同地方重復存放同一個或同一組數據。這樣一來，如果一個多處存放的數據出現錯誤，就必須同時修改幾個地方，否則將造成數據之間的不一致性。在數據庫系統中，數據不僅可以面向某個局部應用而且可以面向整體應用，從而大大減少數據冗余，節約了存儲空間，有效地避免了數據之間的不一致性。

（4）具有較高的數據獨立性。數據獨立性是指用戶應用程序與存儲在數據庫中數據的相互獨立性。當人們利用應用程序調用數據庫進行數據處理時，只涉及數據的邏輯結構，而不涉及其存儲方式和物理結構。而當數據的物理存儲方式和結構改變時，數據庫管理系統將自動處理這種改變，而應用程序不必改變。近期甚至發展到數據庫的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。用戶程序不隨數據邏輯結構改變而改變的特性，可稱為數據的“邏輯獨立性”。數據獨立性（物理的和邏輯的）是數據庫的重要特征和優點，它有利于在數據庫結構修改時保持應用程序的穩定性，可以大大減少應用程序員的軟件開發工作量。

（5）數據的共享性好。存放于數據庫中的數據的共享性包括系統內部共享性和外部共享性兩種，這是數據庫管理方式區別于手工管理和文件管理方式的最本質的特征和優點。

系統內部的共享性是指同一個（組）數據在一次處理中可以多次被調用的性能，而系統外部的共享性是指同一個（組）數據可以同時供多個用戶調用。這兩種共享性的原理是一致的，它使得多種作業、多種語言、多種用戶可以相互覆蓋地使用數據集合。

內部共享性有效地降低了數據的冗余度，系統很容易進行維護和擴充，而且能夠使應用程序的編寫更加方便。系統外部共享性能夠促進并實現信息社會化服務，可以充分發揮信息的價值。舉一個簡單的事例，在沒有使用數據庫技術時，火車票和飛機票發售的數據很難共享，常常出現有的售票處某線路車票或機票已售完，而另一售票處還有很多同一線路的車票或機票無人購買的情況。為了避免上述現象的出現，火車客運站和航空公司往往采取讓不同售票處出售不同路線車票和機票的做法，結果給乘客帶來許多不便。如今采用數據庫來管理車票和機票發售工作，各個售票處可以互通有無，乘客不但可以在一個城市的任何售票處方便地查詢并購買當地出發的某路線車票和機票，而且隨著網絡技術的發展，人們甚至可以在全國任一城市查詢并購買異地出發的任一路線車票和機票。

數據庫的組成

一個數據庫有4個主要成分：數據（data）、關系（relationship）、約束（constraint）和模式（schema）（見下圖）。數據是所存儲的邏輯實體在計算機中的二進制表示；關系表示數據項之間的某種對應；約束是定義正確數據狀態的語言；模式描述數據庫中數據的組織和聯系。