數據庫系統

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數據庫系統DBS（Data Base System，簡稱DBS）是一個實際可運行的存儲、維護和應用系統提供數據的軟件系統，是存儲介質、處理對象和管理系統的集合體。它通常由軟件、數據庫和數據管理員組成。其軟件主要包括作業系統、各種宿主語言、實用程序以及數據庫管理系統。數據庫由數據庫管理系統統一管理，數據的插入、修改和檢索均要通過數據庫管理系統進行。數據管理員負責創建、監控和維護整個數據庫，使數據能被任何有權使用的人有效使用。數據庫管理員一般是由業務水平較高、資歷較深的人員擔任。

數據庫系統的個體含義是指一個具體的數據庫管理系統軟件和用它建立起來的數據庫；它的學科含義是指研究、開發、建立、維護和應用數據庫系統所涉及的理論、方法、技術所構成的學科。在這一含義下，數據庫系統是軟件研究領域的一個重要分支，常稱為數據庫領域。

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處理的核心機構。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。

數據庫系統一般由4個部分組成： 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。 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）。 ④用戶和應用程式。

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冗餘數據少，數據共享程度高。 ③系統的用戶接口簡單，用戶容易掌握，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，以適應用戶操作特性的變化，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。

數據庫研究跨越於計算機應用、系統軟件和理論三個領域，其中應用促進新系統的研製開發，新系統帶來新的理論研究，而理論研究又對前兩個領域起着指導作用。數據庫系統的出現是計算機應用的一個里程牌，它使得計算機應用從以科學計算為主轉向以數據處理為主，並從而使計算機得以在各行各業乃至家庭普遍使用。在它之前的文件系統雖然也能處理持久數據，但是文件系統不提供對任意部分數據的快速訪問，而這對數據量不斷增大的應用來說是至關重要的。為了實現對任意部分數據的快速訪問，就要研究許多優化技術。這些優化技術往往很複雜，是普通用戶難以實現的，所以就由系統軟件（數據庫管理系統）來完成，而提供給用戶的是簡單易用的數據庫語言。由於對數據庫的操作都由數據庫管理系統完成，所以數據庫就可以獨立於具體的應用程式而存在，從而數據庫又可以為多個用戶所共享。因此，數據的獨立性和共享性是數據庫系統的重要特徵。數據共享節省了大量人力物力，為數據庫系統的廣泛應用奠定了基礎。數據庫系統的出現使得普通用戶能夠方便地將日常數據存入計算機並在需要的時候快速訪問它們，從而使計算機走出科研機構進入各行各業、進人家庭。

1.1 數據庫系統的產生

數據庫系統（Data Base System）是在文件系統的基礎上發展起來的。

文件??的冗餘度(redundancy)太大。 （2）數據和應用程式過分相互依賴。 （3）對數據缺乏統一的管理和控制。

數據庫系統正是為了解決文件系統的不足，為滿足日益發展的數據處理的需要，在文件系統的基礎上發展起來的一種理想的數據管理技術。

在數據庫技術中，還提供了對數據的安全性、完整性、保密性進行統一控制的數據庫管理系統（Data Base Management System, 簡稱DBMS）。

1.2 數據描述

數據是數據管理技術處理的對象，是對客觀事物及其相互聯繫的一種數據表示方法。

現實世界客觀事物客觀事物及聯繫特性特性定量的描述特性描述的範圍關於客觀事物特性的描述集合表徵某類客觀事物唯一標識客觀事物的特性非唯一標識客觀事物的特性選定的唯一標識客觀事物的特性

信息世界實體：客觀事物在信息世界中稱為實體實體模型：反映實體之間聯繫的稱為實體模型屬性：實體具有的各種各樣的屬性屬性值：區分屬性特徵的值域：屬性所取值的範圍實體型：由某些屬性組成的集合實體集：同型的實體的集合

數據世界記錄：相應於每一實體的數據數據模型：相應於信息世界中的實體模型數據項（字段）：屬性數據項的具體取值：數據項的取值範圍：記錄型：實體型文件：實體集關鍵字

1.3 數據庫系統的結構

數據庫系統是指計算機系統中引進了數據庫後的系統，其計算機硬件、軟件如下圖所示。

數據庫系統 管理信息系統

將數據庫機構分為三級模式，外模式：對應用戶級數據庫，是用戶看到和允許使用的那部分數據邏輯結構，也稱為用戶視圖。概念模式：對應概念級模式，是對數據庫的整體描述，數據庫管理員所看到的數據庫，也稱為數據庫管理員視圖。內模式：對應物理級數據庫，是系統程式設計師看到的數據庫，也稱系統程式設計師視圖。

數據

數據庫管理員的職責

負責數據庫系統的設計、建立、管理和維護工作。其具體職責：

（1）組織數據庫的職責：在設計和建立數據庫中，數據庫管理員參與系統分析和系統設計，決定數據庫的內容，與用戶一起決定子模式，與系統設計者一起確定概念模式，根據用戶的應用要求決定數據庫的存儲結構和存取策略，寫出數據庫的存儲模式，最後將數據庫各級源模式裝入數據庫數據。 （2）整理和重新構造數據庫的職責：數據庫在運行一段時間後，有新的信息需求或某些數據需要更改，數據庫管理員負責數據庫的整理和修改，負責模式的修改以及由此引起的數據庫的修改 （3）監控職責：在數據庫運行期間，為了保證有效地使用數據庫管理系統，對用戶的使用存取活動引起的破壞必須進行監督，對用戶對數據庫的使用必須進行統計和記錄， （4）恢複數據庫的職責：數據庫運行期間，由於硬件和軟件的故障會使數據庫遭到破壞，必須進行必要的恢復，確定恢復策略。

1.4 數據模型

數據模型是信息模型在數據世界中的表示形式。可將數據模型分為三類: 層次模型、網狀模型和關係模型。

(1) 層次模型

特點：

（2）網狀模型

特點：

（3）關係模型

特點：

（4）數據模型間的相互轉化

1.5 用戶對數據庫系統的訪問過程

數據庫管理系統是數據庫系統的核心，對數據庫的一切操作，如原始數據的裝入、檢索、更新、再組織等等，都是在DBMS的指揮、調度下進行的，它是用戶與物理數據庫之間的橋樑，根據用戶的命令對數據庫執行必要的操作。