数据库(Data Base,DB)是以一定的组织方式存储在一起的相关数据集合,能为多个用户或应用程序服务。数据的存储独立于使用它的程序,能够通过一种公用、可控的方法向数据库插入新数据、修改和检索原有数据。

数据库系统(Data Base System,DBS)是在文件系统基础上发展起来的更为先进的数据管理技术。它的应用使信息系统的水平提高到一个新的阶段,数据库是现代信息系统不可缺少的一部分。

1.数据库及其特征

文件系统虽然有许多优点,但它的数据是面向应用的,一个文件对应一个或几个应用程序,数据的冗余度大,而且文件不易扩充,不能反映客观事物之间的联系。同文件系统相比,数据库系统具有以下特点。

(1)数据的最小冗余性

数据库系统不仅提供描述数据本身,也提供数据之间的联系。因而,人们可以从系统的角度出发考虑一个企业或一个社会组织的各项管理工作,把能为尽可能多的应用服务的数据组织在一起,减少更新重复数据项的操作,消除冗余数据,提高存储空间利用率。

(2)数据的共享性

存储在数据库中的数据可以构成多种组合,以适应多个用户的需求。在保证数据安全性和一致性的前提下,允许多个用户同时访问数据库。

(3)数据的独立性

数据的独立性指应用程序对数据库系统的非依赖性。文件系统中,数据存储方式的微小变化都要求重编应用程序,而数据库系统中,数据具有物理独立性和逻辑独立性,当数据存储方式和逻辑结构改变时,并不需要改变用户应用程序。

(4)数据的统一管理与控制

为方便用户存储、检索、更新数据的手段,以及开发使用数据库时进行并发控制,保证数据完整性、安全性、保密性,数据库提供了统一的管理软件,即数据库管理系统(Data Base Management System,DBMS),进行管理和控制。

2.数据库系统的构成

数据库系统由计算机系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体,如图6-3所示。数据库系统主要组成部分如下。

(www.daowen.com)

图6-3　数据库系统示意

(1)计算机系统

计算机系统是用于数据库管理的计算机硬件和基本软件。数据库需要大容量的主存储器以存放操作系统、数据库管理系统、应用程序、数据库表、目录和系统缓冲区等。

(2)数据库的分级结构

数据库可分为用户级数据库、概念级数据库和物理级数据库,其相互关系的描述如图6-4所示。

图6-4　数据库的分级结构

用户级数据对应外模式,在许多文献中又称为子模式,是用户看到和使用的数据,也就是用户看到并获准使用的那部分数据的逻辑结构。用户根据系统给出的子模式,通过查询语言或应用程序去操作数据库中的数据。

概念级数据库对应概念模式,是数据库管理员看到的数据库,是对数据库整体逻辑进行描述,即用户视图有机结合成一个逻辑整体。

物理级数据库对应内模式,又称存储模式,它包含数据库的全部存储数据,是所有用户操作的对象。从系统程序员的角度看,这些数据是以一定的文件组织方法组织起来的一个个物理文件,所以物理数据库也称程序员视图。

由于存储模式和子模式被概念模式分隔,当存储模式需变化时,就可以通过修改模式与存储模式之间的映像实现,而不必修改用户程序,这就是程序和数据的物理独立性。当模式发生变化时,也可以通过修改模式和子模式之间的映像,而保持用户程序不变,这就是程序和数据的逻辑独立性。

3.数据库管理系统

数据库管理系统经过几十年的发展演变,已经取得巨大的成就,发展成一门内容丰富的学科,形成了总量达数百亿美元的软件产业。

目前,市场上具有代表性的数据库产品包括Oracle、DB2、SQL Server和Sybase等。这些产品的特征反映了当前数据库产业界的最高水平和发展趋势。因此,分析这些主流产品的发展现状,是了解数据库技术发展的重要途径。