数据库及其数据库应用系统概述.docx

数据库及其数据库应用系统概述.docx

《数据库及其数据库应用系统概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库及其数据库应用系统概述.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数据库及其数据库应用系统概述

数据库及其数据库应用系统概述

正如本书前言所述，人类社会已经进入海量信息时代，在这样的时代，对于不断产生的庞大信息流数据流，数据的存储、搜索、加工利用总是需要一定的工具和手段，即数据库工具及数据库技术，因此可以说，当今时代也是数据库应用的时代。

本章将讨论数据库理论与应用的历史、现状与未来发展，讨论数据库的应用领域及其分类，分析数据、数据库和数据库应用系统的基本概念及其内涵、外延的扩张等。

1.1数据库理论与应用开发的历史过程

数据库是计算机科学技术领域发展最快、应用最广泛的重要分支之一，它已成为计算机信息系统和计算机应用系统的重要技术基础和人们工作与生活中不可缺少的一个应用科学分支。

数据库技术最早出现在20世纪60年代，经历过作为简单的数据存储工具的数据库（DataBase，DB）到数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）的历史过程；经历过从单一的数据库管理系统演变为与程序设计语言相联系的、高度智能化和人性化的数据库应用系统开发平台（如VisualBasic、VisualFoxPro、VisualC++、PowerBuilder、BorlandDelphi等）相结合的历史过程，人们可以通过这样的开发平台开发或创建所需要的任意数据库应用系统；经历过从单机版的数据库应用系统开发平台到网络化或分布式数据库应用系统开发工具形成的过程，如Dreamweaver、Java、JSP、ASP等开发工具的相继出现；经历过从层次数据模型、网状数据模型到关系数据模型的发展过程；经历过从简单的数据库应用系统到集群化的数据库应用系统的历史变革。

1.1.1数据库的发展阶段

近50年来，数据库从概念到内容再到形式都已经发生了深刻的变革。

可以大致将数据库的发展划分为如下几个历史阶段。

1．20世纪60年代以前的文件处理阶段

在20世纪60年代以前，数据库创建原理类似于传统的纸质介质的数表。

在进行商品交易时，人们可以通过手工在纸质介质中画一个表格来记录商品交易的内容，如记录商品交易中的商品编号、商品名称、交易价格、交易数量、交易日期、交易金额以及经手人等，但一个纸质的表格存在诸多问题，它的记录不规范，一经形成便不能随意编辑修改，不能自动统计，不能进行有效的数据传递和方便的携带等，而且容易损坏。

因此，能否在计算机上设计一个系统，该系统能够创建一个类似的纸质表格，并能够通过这样的表格记录数据，就成为当时人们对于计算机应用开发的一个基本问题。

随着数据库技术的出现，这个问题就迎刃而解了。

人们可以通过计算机创建一个数据表，包括表头与表体两个部分，表头用于描述数据表记录栏目的名称，表体用于记录的具体内容，如表1-1所示。

表1-1商品交易记录表

商品编号

商品名称

交易单价

交易数量

成交金额

交易时期

经手人

2006001

蓝宝石

325

2

650

2006-6-16

张新

2006002

红宝石

150

3

450

2006-6-17

李畅

2006003

绿宝石

450

1

450

2006-6-18

陈心

其中，表头中的每一个列标题称为字段名（fieldname），每一个列称为一个字段（field），如商品名称是一个字段名，交易单价是一个字段名等；在表体中，每一行称为一个记录行（record），每一行已经载有的记录称为一条记录，其中已经产生记录的行数称为记录数（recordnumber）。

在当时，这样的一个表是作为一个文件在计算机上进行访问、记录和存取的，这样的文件称为数据库文件（databasefile）。

目前一些数据库类型文件的扩展名为dbf就是这样得来的。

当然有的数据库类型的扩展名为db，意味着它是数据库文件，因此，这一阶段叫做文件处理阶段。

客观上，在这一阶段，人们还没有形成真正意义上的数据库概念，它仅相当于目前在一个Word文档中创建一个数据表。

2．20世纪70年代的数据库管理系统阶段

人们发现，对于一些事务的处理往往用一个数据文件还不能完全解决问题，需要多个数据表形成一个数据表的集合才能解决。

在这个数据表的集合中，表与表之间的数据或信息往往会存在一定的关系，因此作为独立的文件数据表系统不能满足数据处理的一般要求。

文件形式的数据表一次只能处理一个数据表，甚至一次操作只能处理表中的一条记录，缺少成批数据处理功能和数据表的关联功能，因此，一个广泛意义的数据库概念产生了，也就是说，数据库是数据表的集合，是进行数据存取、数据访问、数据搜索、数据关联的数据处理的工具。

数据处理应该是一个系统的范畴，由此数据库系统、尤其是数据库管理系统（DBMS）的概念就被提出来了。

在20世纪60年代末，世界上第一个商品化的数据库系统在美国应运而生。

对于数据库及其数据库的结构形式的研究也广泛兴起，其中包括层次结构和网状结构数据库的研究、关系数据库的研究、数据建模工具的研究、数据查询语言的研究、查询优化、索引技术的研究、事务管理的研究、并发控制和恢复的研究等，各种各样的数据库管理系统得到了开发与应用。

目前，最典型的具有代表性的数据库管理系统就是大型后台数据库管理系统Oracle，它已经在全世界得到广泛的认可和应用。

MicrosoftOffice各个版本中集成的Access应用程序，也是一个广泛应用的数据库管理系统，这是人人皆知的。

此外，许多的应用系统开发平台均带有自身的数据库管理系统，如VisualBasic6.0的开发平台中，它自身带有一个可视化的数据库管理系统，用于创建数据库及其数据库中的数据表；在BorlandDelphi应用系统开发平台中，它带有一个数据库桌面应用程序DatabaseDesktop，可以快速创建数据表并采用适当的方法建立一个数据库。

对于数据库中的每一个数据表，可以通过该数据库管理系统对数据表进行编辑、浏览、查询等操作，从而实现对数据的管理，如图1-1所示。

图1-1BorlandDelphi的数据库管理系统

3．20世纪80年代中期——先进数据库系统阶段

我们已经知道，20世纪60年代作为文件系统的数据表是一个孤立的计算机文件，存在许多缺陷，因此，数据库管理系统（DBMS）得到了发展。

作为数据库管理系统，它是一种集数据库创建、数据表创建、数据收集、整理与加工于一体的工具，在此基础上，人们可以对已经存储的数据进行编辑、添加、删除、排序等操作。

但它是模式化的，也就是说，这样的数据库管理系统往往在处理数据时，其数据处理的格式是相对简单的、固定的、机械的，操作和应用会比较繁琐。

而在信息爆炸的今天，各个企业、事业或各类应用系统使用的单位信息往往是复杂的，不同单位的信息结构和类型往往存在很大的不同，因此对于数据的处理用一些数据库管理系统来进行是远远不能满足要求的。

因此，一种与应用程序相结合的方案便应运而生，这就是各种应用系统开发平台，在这些平台下，数据库管理系统仅仅是作为应用系统开发的基本工具，仅用于数据库或数据表的创建（注意：

在20世纪90年代后期，数据库和数据表是两个不同的概念，数据库是数据表的集合，数据库中存在至少一个以上的数据表，而数据表则成为数据库的元素，每一个数据表用于存储各种类型的信息）。

而对于数据表的信息或数据的添加、删除、成批数据处理、数据报表的产生等，则通过应用程序的开发来完成，形成各种数据处理的窗口。

在这些窗口中，采用所谓的对象来对这些操作即事务进行处理，这就是面向对象编程技术的产生。

由于采用面向对象编程产生的数据库信息系统是针对具体企业的具体管理事务进行开发的，因此这样的数据库应用系统比基本的数据库管理系统在功能、灵活性、针对性和各种功能方面强大得多。

此外，数据库在支持数据信息类型方面也强大得多，它不仅可以存储、加工常规意义下的数据，即数字、数值或文本信息，还支持如图形、图像、声音、视频、消息与各种压缩格式的数据，因此，数据库在应用上越来越广泛。

由于信息的复杂度越来越高，分散度越来越大，各种信息的关联与耦合成为必要，因此，在这一阶段，虽然人们使用过层次型数据库和网状型数据库，但关系数据库成为数据库应用中的主流数据库，几乎在一切的数据库应用系统的开发中，均采用关系数据库进行数据库的设计，从而可以通过开发的应用系统对各种复杂的相互关联的信息进行数据处理。

4．20世纪90年代至今——基于Web的数据库系统

由于信息业务的复杂性，信息不仅从数量上剧增，而分散化的程度也正在加剧，信息收集、服务，加工和利用总是存在信息处理与信息发布分离的现象，人们已经不能完全采用在固定的地点或时间进行信息处理了，企业或事业单位的业务往往分布在全国各地甚至世界各地，因此，一种基于Internet、服务器与浏览器（Browse/Server，这种结构的应用系统称为B/S结构的应用系统）的应用系统开发成为必然，这种系统也就是基于网络技术的Web数据库应用系统，而且具有分布式的特点。

因此，一般情况下，B/S结构的应用系统、Web数据库系统和分布式数据库系统是三个等价的概念。

分布式数据库系统是计算机网络技术与数据库技术相互渗透和有机结合的产物，主要研究在计算机网络上对于不同时间、不同地域的数据如何进行发布和处理的问题。

因此，在这一阶段，分布式数据库系统的基本原理和实现技术包括结构特点、功能方法、相关算法及系统的实现技术等得到广泛的研究。

在分布式的数据库应用系统中，关系模型是数据库系统中主流的数据模型，而分布式数据库管理系统在并发控制、数据丢失与恢复等方面兼容了集中式数据库管理系统（单机版本的数据库应用系统）的所有内容，因此这一阶段，分布式应用系统的开发就成为数据库应用系统开发的主流。

1.1.2数据库及其数据库应用系统未来的发展方向

从20世纪60年代以前最早使用文件系统存储数据的数据库算起，数据库已经有五十多年的发展历程，其间经历了20世纪60年代层次结构数据库和网状结构数据库的并存，20世纪70～80年代关系数据库的异军突起，20世纪90年代面向对象程序设计的出现与日益完善，到至今分布式应用程序的广泛应用，数据库的理论与研究已经发生了深刻的变革。

当今，信息的存储、组织、管理和访问依然是计算机技术研究最重要的领域之一。

近年来，随着科学技术、互联网络的飞速发展，电子商务及电子政务兴起，企业、政府、卫生体育、文化教育信息的来源、数量、形式和使用方式都发生了很大变化。

归结起来，数据库的理论研究和应用系统开发总的发展趋势如下。

1．关系数据库及其应用系统开发将在长时期内占据主导地位

关系数据库的这种主导地位是由各类信息相互关联的特点所决定的。

目前，人类社会已经处于所谓的海量信息时代，信息很少以独立的形式出现，否则这样的信息往往仅作为一个消息，如一个单位的通告或通知，一个小型企业的零配件记录等，而这些信息的处理往往不需要采用数据库或数据库应用系统来解决。

信息处理系统往往针对复杂的信息流进行存储、加工与管理，信息流中的信息往往存在相对独立而又相互关联的关系。

比如，一个大中型企业的原材料采购、产品产生和产品销售、成本核算与销售利润等，涉及整个企业的各个部门、各个车间、各个职能机构乃至其他多个外部相关企业或事业单位，因此，孤立的数据处理已经不能完全满足生产管理的要求。

事业单位、机关、学校、体育卫生信息的管理也是如此。

因此，关系数据库将在数据库理论研究和应用开发中长期占据主导地位。

这样，本教材的主要任务是介绍关系数据库相关原理、应用机制与系统分析。

2．分布式应用系统开发是数据库应用程序编制的主要方面

由于信息流量日益增大，信息分布越来越广泛，导致信息管理和复杂程度也随之加大，企业的信息管理需要从传统的固定地点的管理模式转化为随时间、空间或地域的转移而变化的管理模式，比如，一个大型企业的业务往往是分布在全国各地乃至世界各地，因此，对于各类业务的处理需要在不同地点和不同时间加以进行。

这样一种基于网络的分布式数据库管理系统成为企业管理的必要工具，这就是通常所说的异地办公或远程办公模式。

这种模式是世界经济大融合的必然要求，世界经济的发展已经超出了传统的封闭模式，许多企业尤其是大中型企业的生产、销售已经成为世界经济的一个部分，企业生产已经由传统的封闭型转化为开放型的模式。

在这种模式下，企业内部和外部的一种协同化办公理念日益被接受和采用、协同设计，协同研究，协同生产的无间歇过程以及准时制的需要也是对人们进行分布式系统开发提出的必然要求。

具体地说，分布式系统可以满足如下几方面要求。

∙协同工作：

以生产、销售、设计或业务流程为纽带，消息互动为核心，建立分散式与集中式信息处理双重机制，用户在同一平台下可以在不同的时间和地域完成各类协同工作任务的拟立、分配、审核、办理与审批，如请假报销、各类公文办理、行政审批、人事管理、财务审核等，使各项工作在高效、透明、可控的环境下有序进行。

∙任务督办：

依据不同机构工作流程制度，分布式系统可以通过消息机制、对话框、远程视频等多种方式，督促相关人员，在规定的任务权限范围内完成自己的协同任务，确保协同任务的制度性，规范化，这种功能在机械设计，企业销售方面特别有效，它是实现准时制，零库存的很好的商务机制。

∙事务监控：

分布式系统的另外一个优点是，它可以实现事务的监控，不同协同事务由不同权责范围的领导负责，对权限范围内的一切管理事务，具体管理者可进行实时查控，从微观到宏观上监控事务状态的进展情况，进而确保协同效率。

∙报表统计：

分布式系统还有一个优点，可以采用报表方式实时地对不同工作事务流程的状态进行分析。

在不同部门之间、不同工作任务之间、相关部门之间、跨区域工作机构之间提供大批量的数据报表。

报表是对分散任务管理的一种集中处理与分析的手段，实现分布与集中的统一。

所以，目前无论是称为B/S结构或Web结构还是分布式结构的数据库应用系统都已经成为一种不可逆转的潮流。

3．由关系数据库向集群化数据库方向发展

关系数据库能够很好地解决数据库中的多个数据表之间存在相互关联的数据处理与管理问题，但作为一个庞大的系统，各类信息之间并不一定存在必然的联系，这样建立一个数据库并由该数据库中的多个相互关联的数据表来解决全部问题似乎不太可能，因此一种集群化的数据库理念在系统设计中被提出来了。

什么是集群化的数据库呢？

在庞大的信息流中，人们可以将各类信息进行归类，对于那些相关的或存在关联关系的信息，可以放在一个数据库中，如果其中一些信息与别的信息存在另外的关联关系，可以存放在另外一个数据库之中，这样可以建立一个数据库的集群，形成一个完整的数据库体系，通过这个体系建立数据库应用系统，可以解决企业的全部信息处理问题。

图1-2是金融数据库集群的示例。

图1-2金融数据库集群

4．由传统的数值数字数据库向多数据类型数据库发展

传统的数据库概念将人们的思维局限于数值、数字或文字的狭隘范畴，事实上，现代的数据库能够存储的信息类型远不止传统意义上的数值、数字或文字。

由于人们的工作方式、生活方式和娱乐方式方面出现了根本性的变化，信息的外延和内涵也得到了极大的扩展，如电视节目可以制作成数据库，电影、动画可以存储在数据库中，电信服务系统中的短消息、语音、视频和多媒体制式的各类信息均可以采用数据库的方式加以存储，因此，数据库信息存储的内容和信息系统的开发已经发生了深刻的变化。

1.2数据、数据库、信息与数据库管理信息系统简介

自从人类发明了文字和计数的方法以来，文字和数字就成为人们记录生产活动和历史过程的主要手段，但如上所述，数据已经不再局限于数字、数值或文字，数据的内容和形式已经发生了根本改变，其外延已经得到了极大的扩展。

1.2.1数据概念的延伸

什么是数据呢？

概括起来，可以对广义的数据进行如下的定义：

数据是指人们在生产过程、消费过程、社会管理过程中广泛使用的，进行信息传递、信息存储、数据记录、数值计算、数据统计或作为信息传播，并产生一定的听觉、视觉等集数字、数值、表、图形、图像、声音、动画、视频、电影等的统称。

这些数据类型在本教材后面的内容中将有所涉及。

1.2.2数据库的概念

数据需要一定的介质来对数据进行存储、加工和整理，最后进行开发和利用，这个介质就是数据库。

传统的数据承载体主要是纸质介质，而现代的数据承载体则是数据库系统。

从数据的记录与传递方式看，数据在使用上也发生了极大的变化，传统的数据记录与传递方式主要是通过纸和笔，而现代的数据记录则主要是通过光、电、声、波作为介质。

如扫描（视频）、电信号、语音、声波作为数据传递的手段时刻应用于人们的生活和工作中。

1.2.3数据库与数据表概念的延伸

早期的数据库是在电磁介质中创建并存放在电磁介质中的（如磁盘、磁鼓）中的一个计算机文件，如20世纪60年代以前文件时代的数据库，人们使用的数据库主要就是计算机系统中的数据库文件，通过创建数据库文件、记录数据、保存数据（需要时保存或打开）的过程来进行。

人们可以在数据库中进行记录的添加、修改、删除和查询等。

但后来人们发现这种数据库文件存在极大的缺点，主要表现在以下几个方面。

（1）这种数据库仅起到存放数据的作用，对数据的开发利用价值甚小。

（2）数据共享程度低。

计算机系统中的每一个文件是相对独立的，在本地计算机系统中，文件中的数值或文本只能通过复制和粘贴方式加以利用，在分布式的计算机系统中，文件也只能通过发送等方式加以利用（注：

当时分布式系统和Internet尚未出现），因此文件系统阶段数据库的共享程度很低。

（3）无关联功能。

事实上，传统的文件系统的数据库不具有关联功能，这是由当时的数据库结构导致的，也受其发展历史的制约，人们当时开发数据库的目的是模仿人们使用纸质记录数据，因此，每一个数据库之间无法实现关联。

（4）智能化程度低。

在当时，数据库无法与计算机程序相结合，也无法通过计算机高级语言来控制指挥数据库中的数据并进行自动化、智能化和人性化的数据处理，只有简单的指令用来完成对数据库的操作，如数据库的创建、保存以及数据记录的添加、删除等。

因此，早期的数据库远不能满足人们生产与生活的实际需要。

早期的数据库并不是真正意义上的数据库，它只是一个数据库（本质上是一个数据表）文件。

人们在该文件中只能进行孤立的、简单的数据处理。

美国微软公司在开发MicrosoftVisualFoxPro的第3个版本也就是VisualFoxPro3.0时，将数据表与数据库概念真正地区别开来，形成了真正的数据库概念。

程序设计人员发现，一个事务的处理过程往往需要多个数据表文件形成的一个数据表集合来完成，并需要将这些分散的数据表用一个工具集中起来，这个工具就是数据库。

数据库中的数据表往往具有一定的关系（当然也可以是无关联关系的数据表的集合）。

这样，真正意义上的数据库概念就产生了，关系数据库的概念得到了巩固和具体的应用。

现在可以回答什么是数据库了：

数据库是一系列相关的或无关的数据表的集合，在一个数据库中存在至少一个以上的数据表。

图1-3是数据库与数据表关系的演示图。

图1-3数据库与数据表

图1-3说明，在一个数据库应用系统中，一个数据库往往是由多个数据表形成的集合，说明数据表与数据库已经是两个不同的概念。

数据库是一个集数据收集、加工制作、开发利用的强大工具，在数据库中，可以分门别类地存储各种信息，即通过不同的数据表存储各种不同的信息。

数据库中的信息可以是孤立的，也可以存在一定的关系，从而可以形成相互关联的数据表，实现信息的关联查询，形成关系数据库。

数据库中的每一个数据表具有规范的格式，分类分栏进行信息存取，因此数据库无疑是数据信息管理的最好工具。

值得注意的是，目前一些数据库仍可以作为一个单独的计算机文件加以创建、打开和保存，并进行相应的数据处理，如MicrosoftAccess就可以创建相应的数据库文件并保存在计算机系统中。

而在一些数据库应用系统开发平台中，有的数据库仅作为开发平台集成的一个部分，用户不能将数据库作为计算机文件加以保存，而是存放在开发平台中，直接供系统开发人员通过程序来调用（连接或绑定）、控制和操作数据库，应用系统开发完成后，形成一个完整的数据库应用系统交付给用户使用，然后用户通过应用系统界面来对数据和信息加工处理。

什么是数据库管理系统？

如果专门使用一个应用程序来对数据库的创建、保存、打开和对数据库中的数据表数据进行处理，则这样的专用应用程序就叫做数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）。

如本书多次提到的MicrosoftOffice中的MicrosoftAccess应用程序就是一个典型的数据库管理系统。

在目前的可视化程序设计平台中，几乎绝大多数都带有自身的数据库管理系统，如VisualFoxPro、VisualBasic、VisualC++、PowerBuilder、BorlandDelphi等都有其自身的数据库管理系统。

有的独立于开发平台，有的作为开发平台的子系统，有的则既可独立使用，又可集成在开发平台之中。

1.2.4信息的概念

前面介绍了什么是数据。

作为数据库数据表中存放的数据对象，它可以包含如数字、数值、表、图形、图像、声音、动画、视频、电影，即各种媒体制式的内容。

那么，什么是信息？

信息与数据有什么区别？

在当今，一切收入人们眼帘、进入人们视听的内容都可以称为信息。

信息的产生是由一个具体对象的运动过程来完成的，如果没有具体对象的运动，则不会产生信息，如股市行情、商品价格等都是具体的对象的运动的结果，也就是物质运动产生信息。

因此，信息是一个由信源输出，经通信（或其他介质）传输后抵达信宿，并形成对信宿用户的输入的过程。

当对方将对象描述信息传输给接受者时，对方是一个输出，包括语言、文字或一个形体动作或数字、数值、表、图形、图像、声音、动画、视频、电影，而作为信息的接受方则表现为信息的输入，其结果是形成相关的存储记忆。

也就是说，信息包括形式、动机、传输过程等，其中：

∙信息的形式包括对对象的具体描述或抽象描述；

∙信息的动机包括对对象的客观（无动机）描述或带有动机的描述；

∙信息的传输包括无控制的自然传输，或有控制的动机传输；

∙信息的传输过程是由信源输出的具体描述或抽象描述信息，经传输媒介到达信宿后，构成具体描述或抽象描述形式的信息在信宿中存储；

∙信息的产生过程包括采用信息相关工具，对事务对象的状态或事务对象状态变化的过程进行抽样的描述结果；动机描述信息是信息生产者依照产生信息的动机，对具体描述或抽象描述的记忆存储进行再组织，通过具体或抽象的描述方式所形成的信息输出。

例如，一个生产企业的生产过程、销售组织过程、利润分配过程都是以具体的对象通过描述产生信源、通过介质传播信息、通过适当的工具存储信息、通过适当的手段接受信息。

而且，信息的产生、传递、接收、存储及利用，均是以语言、文字、数字、数值、表、图形、图像、声音、动画、视频、电影等媒体制式进行的，因此，在当今，信息概念和数据概念并无大的区别，往往信息和数据可以作为同义词。

但也有人认为，信息与数据两者是有区别的，信息是经过加工过的数据，信息是对决策者有价值的数据。

信息的主要特征是来源分散，数量庞大；信息来源于生产第一线、来源于社会环境、来源于市场、来源于行政管理等部门；信息具有时间性；信息的加工方式有多种形式。

关于信息和数据的关系以及信息的特征问题不是本教程讨论的主要内容，它属于相关的其他学科的研究对象，如管理信息系统等。

我们说信息和数据是同义语，主要是它们在传递、存储和加工利用方面具有极大的相似性。

1.2.5数据库应用系统与MIS系统

图1-4数据库（数据库管理系统）、应用系

统开发平台和数据库应用系统

（或MIS）三者的关系

前面介绍了数据、信息，数据库管理系统的基本概念与基本内涵。

数据的存在和信息的存在，需要人们对它们进行管理与控制，加工与利用。

数据库管理系统DBM