什麼是數據庫系統

由數據庫及其管理軟件組成的系統。數據庫系統是為適應數據處理的需要而發展起來的一種較為理想的數據管理方法。

發展概況

人類社會離不開信息和數據。新技術的不斷出現,生產力的高速發展,引起社會信息量急劇增加,數據管理成了人類社會活動面臨的一個主要問題。計算機出現之前,人們通過各種報表、檔案來管理數據,分門別類地建立各種檢索工具。電子計算機的高速處理能力和大容量存儲器提供了實現數據管理自動化的條件。大量的數據按一定結構形式組織起來,存放於計算機的存儲設備中。需要時能夠快速而有效地找出所需的數據。早期,數據管理任務由文件系統執行。但是,文件系統中的數據是面向應用的,每項應用各自建立自己的一組文件,造成數據大量宂餘,浪費了存儲空間。文件本身是無結構的、不易擴充的信息集合,用户程序和數據相互依賴,難於實現數據的共享,文件系統還難於保證數據的安全和完整。60年代以來在傳統的文件系統的基礎上發展了數據庫技術。1968年美國數據系統語言協會數據庫任務組(DBTG)提出關於數據庫技術的報告,並於1971年通過文件,正式確定了數據庫設計的網絡方法(DBTG方法),為數據庫技術奠定了基礎。1968年美國IBM公司研製的信息管理系統(IMS),是著名的層次模型數據庫系統的典型代表。1970年,E.F.科德提出數據庫的關係模型,開創了數據庫的關係方法和數據庫規範化理論的研究。關係方法的出現促進了數據庫理論的研究,把數據庫的理論與技術推向了一個高級階段。數據庫系統的應用已深入到人類生活的各個領域,數據庫系統已成為數據處理的核心機構。

基本組成

數據庫系統一般由四個部分組成(圖1)。

(1)數據庫:即存儲在磁帶、磁盤、光盤或其他外存介質上、按一定結構組織在一起的相關數據的集合。一般説,數據庫的容量是很大的,數據按一定的組織結構存放,以便查詢利用。數據庫中的數據沒有不必要的宂餘,能為多種應用服務,且數據的存儲方式和位置相對地獨立於使用它們的程序。

(2)數據庫管理系統(DBMS):它是一組能完成描述、管理、維護數據庫的程序系統。它按照一種公用的和可控制的方法完成插入新數據、修改和檢索原有數據的操作。

(3)數據庫管理員 (DBA):負責設計、建立、維護、管理數據庫。

(4)用户和應用程序:它們的操作是以數據庫中的數據為基礎進行的。每個用户只用到數據庫中的一部分數據,不同用户使用的數據常以多種方式重疊。

什麼是數據庫系統
什麼是數據庫系統 第2張

根據美國國家標準化協會關於數據庫系統的總結構的建議,整個數據庫系統分為三級(圖2):面向用户或應用程序員的外級;面向建立和維護數據庫人員的概念級;面向具體實現在計算機中存儲數據人員的內級。各級有各自的描述語言和內容,數據在各級之間進行轉換或映射。描述信息和數據的格式及方法稱為模式。在外級的稱為外模式,在概念級的稱為概念模式,在內級的稱為內模式。這樣一種結構使得數據庫系統的概念更加清楚,各級目的、功能、作用彼此界限分明。這種結構的思想已被國際上廣泛接受。

基本要求

對數據庫系統的基本要求是:

(1)能夠保證數據的獨立性。數據庫的用户程序、數據邏輯結構與數據存儲結構之間應相對獨立,其中之一發生變化對其他二者不發生影響或影響很小。在數據處理系統中軟件費用佔很大比重,而且越來越大。對於軟件來説,數據和程序是同樣重要的因素,而且數據具有更大的穩定性。數據和程序相互獨立,有利於加快軟件開發速度,節省開發費用。

(2)宂餘數據少,數據共享程度高。

(3)系統的用户接口簡單,用户容易掌握,使用方便。

(4)能夠確保系統運行可靠,出現故障時能迅速排除;能夠保護數據不受非受權者訪問或破壞;能夠防止錯誤數據的產生,一旦產生也能及時發現。

(5)有重新組織數據的能力,能改變數據的存儲結構或數據存儲位置,以適應用户操作特性的變化,改善由於頻繁插入、刪除操作造成的數據組織零亂和時空性能變壞的狀況。

(6)具有可修改性和可擴充性。

(7)能夠充分描述數據間的內在聯繫,不僅能夠描述簡單的數據邏輯結構,也能夠描述複雜的數據邏輯結構。

發展趨勢

數據庫系統的研究主要集中在以下幾個方面:

(1)實現數據庫標準化,建立通用的、標準化的數據庫,使用户接口儘量簡單通用。一方面研究現有主要數據模型之間的相互轉換,另一方面對現行數據庫系統進行簡化和統一。

(2)研製數據庫計算機,設計專用的計算機硬件來實現部分或大部分數據庫管理系統的功能,從而減少數據庫的詢問執行時間,提高數據庫系統的執行效率。

(3)改善數據庫設計方法,制定完善的工程規範,逐步提高數據庫設計的自動化程度。

(4)建立分佈式數據庫系統,這是數據庫技術和計算機網絡技術相結合的產物。數據不是全部存儲在一台計算機內,而是分散存儲在計算機網絡中的各台計算機中,以供分散在各地的用户共享。

(5)創建智能數據庫,將人工智能方面的研究成果與數據庫技術結合起來,使數據庫包含更加豐富的語義信息和邏輯功能。

參考書目

,An Introduction to Database Systems, 、3rd ed., Addison-Wesley, Reading, Mass.,1981.

an, Principles of Database Systems,、2nd ed.,Computer Science Press, Rockville, 1983.