數據庫原理

數據庫（Database）是按照數據結構來組織、存儲和管理數據的倉庫，它產生于距今六十多年前，隨著信息技術和市場的發展，特別是二十世紀九十年代以后，數據管理不再僅僅是存儲和管理數據，而轉變成用戶所需要的各種數據管理的方式。數據庫有很多種類型，從最簡單的存儲有各種數據的表格到能夠進行海量數據存儲的大型數據庫系統都在各個方面得到了廣泛的應用。

在信息化社會，充分有效地管理和利用各類信息資源，是進行科學研究和決策管理的前提條件。數據庫技術是管理信息系統、辦公自動化系統、決策支持系統等各類信息系統的核心部分，是進行科學研究和決策管理的重要技術手段。

數據庫特點

1、數據結構化，數據之間具有聯系，面向整個系統。

2、數據的共享性高，冗余度低，易擴充。

3、數據獨立性高。

4、數據由DBMS統一管理和控制。

數據庫的基本結構

數據庫的基本結構分三個層次，反映了觀察數據庫的三種不同角度。以內模式為框架所組成的數據庫叫做物理數據庫；以概念模式為框架所組成的數據叫概念數據庫；以外模式為框架所組成的數據庫叫用戶數據庫。

⑴物理數據層。

它是數據庫的最內層，是物理存貯設備上實際存儲的數據的集合。這些數據是原始數據，是用戶加工的對象，由內部模式描述的指令操作處理的位串、字符和字組成。

⑵概念數據層。

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

⑶用戶數據層。

它是用戶所看到和使用的數據庫，表示了一個或一些特定用戶使用的數據集合，即邏輯記錄的集合。數據庫不同層次之間的聯系是通過映射進行轉換的。

數據庫的數據種類

數據庫通常分為層次式數據庫、網絡式數據庫和關系式數據庫三種。而不同的數據庫是按不同的數據結構來聯系和組織的。

1.數據結構模型

⑴數據結構

所謂數據結構是指數據的組織形式或數據之間的聯系。

如果用D表示數據，用R表示數據對象之間存在的關系集合，則將DS=（D，R）稱為數據結構。

例如，設有一個電話號碼簿，它記錄了n個人的名字和相應的電話號碼。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，數據的集合D就是人名和電話號碼，它們之間的聯系R就是按字典順序的排列，其相應的數據結構就是DS=（D，R），即一個數組。

⑵數據結構類型

數據結構又分為數據的邏輯結構和數據的物理結構。

數據的邏輯結構是從邏輯的角度（即數據間的聯系和組織方式）來觀察數據，分析數據，與數據的存儲位置無關；數據的物理結構是指數據在計算機中存放的結構，即數據的邏輯結構在計算機中的實現形式，所以物理結構也被稱為存儲結構。

這里只研究數據的邏輯結構，并將反映和實現數據聯系的方法稱為數據模型。

比較流行的數據模型有三種，即按圖論理論建立的層次結構模型和網狀結構模型以及按關系理論建立的關系結構模型。

2.層次、網狀和關系數據庫系

⑴層次結構模型

層次結構模型實質上是一種有根結點的定向有序樹（在數學中“樹”被定義為一個無回的連通圖）。下圖是一個高等學校的組織結構圖。這個組織結構圖像一棵樹，校部就是樹根（稱為根結點），各系、專業、教師、學生等為枝點（稱為結點），樹根與枝點之間的聯系稱為邊，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據庫系統稱為層次模型數據庫系統。IMS（InformationManagementSystem）是其典型代表。

⑵網狀結構模型

按照網狀數據結構建立的數據庫系統稱為網狀數據庫系統，其典型代表是DBTG（DatabaseTaskGroup）。用數學方法可將網狀數據結構轉化為層次數據結構。

⑶關系結構模型

關系式數據結構把一些復雜的數據結構歸結為簡單的二元關系（即二維表格形式）。

數據庫的應用領域

1．多媒體數據庫

這類數據庫主要存儲與多媒體相關的數據，如聲音、圖像和視頻等數據。多媒體數據最大的特點是數據連續，而且數據量比較大，存儲需要的空間較大。

2．移動數據庫

該類數據庫是在移動計算機系統上發展起來的，如筆記本電腦、掌上計算機等。該數據庫最大的特點是通過無線數字通信網絡傳輸的。移動數據庫可以隨時隨地地獲取和訪問數據，為一些商務應用和一些緊急情況帶來了很大的便利。

3．空間數據庫

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

4．信息檢索系統

信息檢索就是根據用戶輸入的信息，從數據庫中查找相關的文檔或信息，并把查找的信息反饋給用戶。信息檢索領域和數據庫是同步發展的，它是一種典型的聯機文檔管理系統或者聯機圖書目錄。

5．分布式信息檢索

這類數據庫是隨著Internet的發展而產生的數據庫。它一般用于因特網及遠距離計算機網絡系統中。特別是隨著電子商務的發展，這類數據庫發展更加迅猛。許多網絡用戶（如個人、公司或企業等）在自己的計算機中存儲信息，同時希望通過網絡使用發送電子郵件、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

專家決策系統也是數據庫應用的一部分。由于越來越多的數據可以聯機獲取，特別是企業通過這些數據可以對企業的發展作出更好的決策，以使企業更好地運行。由于人工智能的發展，使得專家決策系統的應用更加廣泛。

幾種常見數據庫

1、BⅡ

DB2是內嵌于IBM的AS/400系統上的數據庫管理系統，直接由硬件支持。它支持標準的SQL語言，具有與異種數據庫相連的GATEWAY。因此它具有速度快、可靠性好的優點。但是，只有硬件平臺選擇了IBM的AS/400，才能選擇使用DB2數據庫管理系統。

DB2數據庫的優勢及特點：（1）開放性

DB2能在所有主流平臺上運行（包括Windows），最適于海量數據。DB2在企業級的應用最為廣泛，在全球的500家最大的企業中，幾乎85%以上都用DB2數據庫服務器，而國內到1997年約占5%。

（2）可伸縮性、并行性

DB2具有很好的并行性，把數據庫管理擴充到了并行的、多節點的環境。（3）性能

DB2性能較高適用于數據倉庫和在線事務處理（4）風險小

DB2在巨型企業得到廣泛的應用，向下兼容性好，風險小。

2、racle

提起數據庫，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數據庫的公司。Oracle在數據庫領域一直處于領先地位。1984年，首先將關系數據庫轉到了桌面計算機上。然后，Oracle5率先推出了分布式數據庫、客戶/服務器結構等嶄新的概念。Oracle6首創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，成為關系—對象數據庫系統。目前，Oracle產品覆蓋了大、中、小型機等幾十種機型，Oracle數據庫成為世界上使用最廣泛的關系數據系統之一。

Oracle數據庫產品具有以下優良特性：

（1）兼容性

Oracle產品采用標準SQL，并經過美國國家標準技術所（NIST）測試。與IBMSQL/DS、DB2、INGRES、IDMS/R等兼容。

（2）可移植性

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

（3）可聯結性

Oracle能與多種通訊網絡相連，支持各種協議（TCP/IP、DECnet、LU6.2等）。

（4）高生產率

Oracle產品提供了多種開發工具，能極大地方便用戶進行進一步的開發。

（5）開放性

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

3、Sybase

1984年，MarkB.Hiffman和RobertEpstern創建了Sybase公司，并在1987年推出了Sybase數據庫產品。Sybase主要有三種版本：一是UNIX操作系統下運行的版本；二是NovellNetware環境下運行的版本；三是WindowsNT環境下運行的版本。對UNIX操作系統，目前應用最廣泛的是SYBASE10及SYABSE11forSCOUNIX。

Sybase數據庫的特點：

（1）它是基于客戶/服務器體系結構的數據庫。

（2）它是真正開放的數據庫。

（3）它是一種高性能的數據庫。