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数据库基础知识

 

当今人类社会已进入信息化时代,计算机早已不仅仅是用于数值计算,而是更为广泛地应用于信息处理领域,因此,计算机在某种意义上已被人们称之为信息处理机。数据处理问题的特点是数据量大、类型多、结构复杂,同?#20445;?#23545;数据的贮存、检索、分类、统计等处理的要求较高。为了适应这一需求,把数据从过去附属于程序的做法改变为数据与程序相对独立;对数据加以组织与管理,使之能为更多不同的程序所共享。这就是“数据库系统“的基本特点之一。

由于数据库技术的出现,数据处理的成本大大降低,效率越来越高,可靠性不断增加,从而推动了计算机应用的普及。

数据库系统有四个重要的组成部分,即经过组织,可供多方面使用的数据集合——数据库;支持数据贮存和数据操作的计算机系统;介于数据库和应用程序之间的数据库管理系统;提供给用户使用的各种数据库应用程序。本书介绍的是一个能在Windows操作系统环境下运行的Visual FoxPro 6.0数据库管理系统,以及如何建立数据库与编制Visual FoxPro 6.0应用程序的方法与技巧。

1.1 计算机基础知识

硬件

数操

库存

图1-1 软、硬件的关系

    计算机系统包括两个部分,一部分是硬件系统,一部分是软件系统。硬件系统包括:存贮器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大部分。一台没有相应“软件”支持的计算机通常称为“裸机”。一台裸机在功能上往往很有局限,用户使用极不方便。所谓“软件”是指由计算机中完成一定功能的所有程序与数据的集合。软件能?#26434;?#20214;的功能加以扩充和完善。举例来讲,硬件本身只能识别由“0”和“1”组成的二进制代码,用户想要在裸机上输入一个数据,自己就得编写许多条指令组成的一段程序,而且,二进制代码难记难学,用户会感到十分不便。如果为裸机配上汇编程序、编译程序、操作系统、数据管理系统及应用程序等软件,那么输入一个数据,即使用户有更多更高的要求,也是非常容易实现的。图1-1?#20174;?#20102;硬件软件之间的这种关系。

数据库管理系统就是一种软件,用户通过它与计算机打交道,从而使得操纵数据变得极为方便与容易,大大减少了用户的工作量。

 

 

1.2 数据库的基本概念

数据库技术是在20世纪60年代末兴起的一种数据管理技术。数据库在英语中称为DataBase。

1.2.1 数据库的发展

数据管理指的是对数据的组织、编目、存贮、检索和维护等。它是数据处理的?#34892;?#38382;题。随着计算机技术的发展,数据管理也经历了由低级向高级的发展过程。大体上,可以分为三过阶段:

(1)?#26031;?#31649;理阶段(五十年代中期以前)

(2)文件管理阶段(五十年代后期至六十年代后期)

(3)数据库系统阶段(七十年代初以后)

早期的数据管理是以?#26031;?#22788;理,通过?#26031;?#23545;数据组织、编目、存贮、检索和维等工作,需要人对处理数据物理结构了解清楚,这个阶段耗时费力,工作量非常大。

文件管理阶段与?#26031;?#31649;理阶段相比,由于它通过文件系统来管理和使用各种设?#38468;?#36136;上的信息,把信息的逻辑结构映象成设?#38468;?#36136;上的物理结构。这样就要以使用户不必过多地考虑物理?#38468;冢?#32780;将精力集中于算法。

文件系统中的文件基本上是对应于一个或几个应用程序,或者说数据是面向应用的。它仍然是一个不具有弹性的无结构信息集合,存在以下几个方面的问题:

(1)       冗余度大

文件系统下的用户各自建立自己的文件,相互之间数据不能共享,造成数据大量重复存储。不仅浪费存储空间,更?#29616;?#30340;是容?#33258;?#25104;数据的不一致性。

(2)       数据独立性差

数据和程序相互之间的依赖仍较?#29616;亍?/p>

(3)       数据无集中管理

各个文件没有统一的管理机构,其安全性和完整性等无法得到保证。

所有这些问题,文件系统本身无法解决,这?#29616;?#22320;阻碍了数据处理技术的民展,同?#20445;?#20063;成为数据库技术产生的原动力和背景。于是数据库系统便应运而生,并在20世纪60年代末期诞生了第一个商品化的数据库系统——美国IBM公司的IMS系统(Information Management System)。

数据库系统的目标首先就是克服文件系统的这些弊病,用一个软件来集中管理所有的文件,以实现数据的共享,保证数据的完整性、安全性。

1.2.2数据库系统的特点

与文件系统比较,数据库系统有以下特点:

1.  数据的结构化

在文件系统中,各个文件不存在相互联系。?#25317;?#20010;文件来看,数据?#35805;?#26159;有结构的;但是从整个系统?#27492;擔?#25968;据在整体上又是没有结构的。数据库系统则不同,在同一数据库中的数据文件是有联系的,且在整体上服从一定的结构?#38382;健?/p>

2.  数据共享

共享是数据库系统的目的,也是它的重要特点。一个库中的数据不仅可为同一企业或机构之内的各个部门所共享,也可为不同单位、地域甚至不同国?#19994;?#29992;户所共享。而在文件系统中,数据?#35805;?#26159;由特定的用户专用的。

3.  数据的独立性

在文件系统中,数据结构和应用程序相互依赖,一方的改变总是要影响另一方的改变。数据库系统则力求减小这种相互依赖,实现数据的独立性。虽然目前还未能完全做到这一点,但较之文件系统已大有改善。

4.  可控冗余度

数据专用?#20445;?#27599;个用户拥有并使用自己的数据,难免?#34892;?#22810;数据相互重复,[这就是冗余。实现共享后,不必要的重复将全部消除,但为了提高查询效率,有时也保留少量重复数据,其冗余度可由设计人员控制。

表1.1以对照表的的?#38382;劍?#21015;出了数据库系统与?#35805;?#25991;件应用系统的主要性能差别。

表1.1数据库系统与?#35805;?#25991;件应用系统性能对照表

序号

文件应用系统

数据库系统

1

文件中的数据由特定的用户专用

库内数据由多个用户共享

2

每个用户拥有自己的数据,导致数

原则上?#19978;?#38500;重?#30784;?#20026;方便查询允许少量

 

据重复存储

数据重复存储,但冗余度可以控制

3

数据从属于程序,二者相互依赖

数据独立于程序,强调数据的独立性

4

各数据文件彼此独立,从整体看为“无结构”

各文件的数据相互联系,从总体看是“有结构

1.2.3数据库系统的分代

经过30多年的发展,数据库系统分为三代,第一代为非关系型数据库系统,第二代为关系型数据库系统,第三代为对象—关系型数据库系统。

1.  非关系型数据库系统

非关系型数据库系统是对第一代数据库系统的总称,其中又包括层次型数据库系统和网状型数据库系统两种类型。这一代数据库系统具有以下的共同特征:

(1) 采用“记录”为基本的数据结构。在不同的“记录型?#20445;╮ecord  type)之间,允许存在相互联系。图1.2显示了因联系方式不同而区分的两类数据模型。图(a)为?#23433;憒文?#22411;?#20445;?#20854;总体结构为“树型?#20445;?#22312;不同记录型之间只允许存在单线联系;图(b)为“网状模型?#20445;?#20854;总体结构呈网形,在两个记录之间允许存在两种或多于两种的联系。前者适用于管理具有家族形系统结构的数据库,后者则更适于管理在数据之间具有复杂联系的数据库。

(2) 论层?#25991;?#22411;或网状模型,一次查询只能访问数据库中的一个记录,存取效率不高。对于具有复杂联系的系统,还需用户详细描述对数据的访问路径(称为存取路径),增加使用的麻烦。所以自关系数据库兴起后,非关系数据库系统已逐渐被关系数据库系统所取代,目前仅在一些大?#34892;?#35745;算机系统中继续使用。

A

B

E

G

C

D

F

A

B

C

A

B

C

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(a)层?#25991;?#22411;                        (b)网状模型

图1-2

2.  关系型数据库系统(relational database systems,简称RDBS)

早在1970年,科德(E.F.Codd)就在一篇论文中提出了“关?#30340;?#22411;?#20445;╮elational model)的概念。70年代中期,国外已有商品华的RDBS问世,数据库系统进入了第二代。80年代后,RDBS在包括PC机在内的各型计算机上的纷纷实现,目前在PC机上使用的数据库系统主要是第二代数据库系统。

与第一代数据库系统相比,RDBS具有下列优点:

(1)       采用人们常使用的表格作为基本的数据结构,通过公共的关键字段来实现不同二维表之间(或“关系”之间)的数据联系。关?#30340;?#22411;?#35782;?#32500;表?#38382;劍?#31616;单明了,使用和学习都很方便,如图1-3所示。

图1-3学生情况表

(2)       一次查询仅用一条命令或语句,即可访问整个“关系?#20445;?#25110;二维表),因而查询效率较高,不像第一代数据库那样?#30475;?#20165;能访问一个记录。通过多表联合操作(也称为“多库”操作“,还能对有联系的若干二维表实现”关联?#23433;?#35810;。

3、  对象—关型数据库系统(object-relational  database systems, 简称ORDBS)

随着多媒体应用的扩大,对数库提出了新的需求,要求数据库系统能存储图形、声音等复杂的对象,并能实现复杂对象行为。将数据库技术与面向对象技术相结合,便顺理成章成为研究数据库技术的新方向,构成第三代数据库系统的基础。

20世纪80年代中期以来,对“面向对象的数据库系统(OODBS)”和“对象—关系数据库系统(ORDBS)”的研究都十分活跃。1989年和平部队90年先后发表了《面向对象数据库系统宣言》和《第三代数据库系统宣言》,后者主要介绍ORDBS。一批代表新一代数据库系统的商品也陆续推出。由于ORDBS是建立在RDBS技术之上的,可以直接利用RDBS的原有技术和用户基础,所以发展比OODBS更顺利,正在成为第三代数据库系统的主流。

根据《第三代数据库系统宣言》提出的原则,第三代数据库系统除应包含第二代数据库系统的功能外,还应支持正文、图象、声音等新的数据库类型,支持类、继?#23567;?#20989;数/方法等丰富的对象机制,并能提供高度集成的、可支持客主客户机/服务器应用的用户接口。虽然ORDBS目前还处在发展的过程中,在技术和应用上都还?#34892;?#22810;工作要做,但已经显示出光明的发展前景,一些数据库厂商已经推出了可供实用的ORDBS产品。

1.2.4 数据库系统的分类

1987年,著名的美国数据库专家厄尔曼(J.D.Ullman)教授在一篇题为《数据库理论的过去和未?#30784;?#30340;论文中,把数据库理论概括为4个?#31181;В?#20851;系数据库理论,分布式数据库理论,演绎数据库和面向对象数据库。今天,关系数据库理论已愈趋成熟,在微机数据库系统中获得普遍的应用;ORDBS已发展为第三代数据库系统的主流。其余两个?#31181;А?#20998;布式数据库和智能数据库也在近几年取得了不小的进展,扩大了应用?#27573;А?#29616;将部分变化简述如下:

1、单用户数据库和多用户数据库

早期的微机数据库都是单用户系统,只能供一人使用。随着局域网应用的扩大,供网络用户共享的多用户数据库开始流行。VFP就是一种多用户数据库系统。在它以前,已有Dbase , Foxbase+, FoxPro等多用户数据库供微机用户选用。

多用户数据库的关键是保证?#23433;?#21457;存取”的正?#20998;?#34892;。例如飞机订票系统充许乘客在多个售票点订票。当两们乘客在不同的售票点同时向某一航班订票?#20445;?#33509;缺乏相应的措施,在数据库中可能仅?#20174;?#19968;个乘客的订?#20445;?#20174;而发生两人同订一票的错误。

2.、集中式数据库?#22836;?#24067;式数据库

集中?#22836;?#24067;,是对数据存放地点而言的。分布式数据库分散存储在网络的多个节点上,彼此用通信线路连接。例如,一个银行有众多储户。如果他们的数据存放在一个集中式数据库中,所有的储户在存、取款时?#23478;?#35775;问这个数据库,通信量必然很大。若改用分布式数据库,将众储户的数据分散存储在离各自住所最近的储蓄所,则大多数时候数据可就近存取,仅有少数据需远程调用,从而大大减少网上的数据传输量。对一个设计?#24049;?#30340;数据库,用户在存取数据时不须指明怕存放地点。换句话说,它能使用户像对集中式数据库访问时一样方便。

分布式数据库和多用户数据库都是在网络上使用的。但多用户数据库并非都是分布存储的。例如上述的飞机订票系统,其售票数据通常集中存放,并不分散存放在各个售票点上。

3、传统数据库和智能数据库

传统数据库存储的数据都代表已知的事实,智能数据库则除存储事实外还能存储用于逻辑推理的规则。所以后者也称为“基于规则的数据库”

例如,某智能数据库存储有“科长领导科员”的规则。如果它同时存有“甲是科长”、“乙是科员”等数据,它就能推理得出“甲领?#23478;搖?#30340;?#29575;?#23454;。随着?#26031;?#26234;能不断走向实用化,对智能数据库的研究日趋活跃,演绎数据库、专家数据库和知识库系统,都属于智能数据库的范畴。它们的共同关键是逻辑推理,如果推理模式出了问题,就可能导致荒诞的结果。

1.3 关系型数据库中表的关系

根据两个表格连接方式的不同,关系数据库表之间的关系可分为3种:一对一关系,一对多关系,多对多关系。下面分别介绍这3种关系:

1)一对一的关系

在一对一的关系中,两个数据表有一相同的字段数据,此字段是一个记录对应一个记录的关系。也就是说,数据表A的一条记录在数据表B中只能有一条记录与之对应,而数据表B的一条记录在数据表A中也只能不一条记录与之对应。

例如:一个人对应一个唯一的身份证号,即为一对一的关系。

2)一对多关系

在一对多关系中,数据表A的一条记录可以对应数据表B的多条记录,但数据表B的一条记录在数据表A中只能有一条记录与之对应。

例如:一个班级对应多名学生,即为一对多关系。

3)多对多关系

在多对多关系中,数据表A的一条记录可以对应数据表B的多条记录,反之,数据表B的一条记?#23478;?#21487;以对应数据表A的多条记录。

例如:一个学生可以选多门课程,而同一门课程可以被多个学生选修,彼此的对应关系即是多对多关系。

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