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数据库与数据库系统

时间:2022-11-09 百科知识 版权反馈
【摘要】:数据库,顾名思义,是存放数据的仓库。数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。而数据库系统实现整体数据的结构化,是数据库的主要特征之一也是数据库系统与文件系统的本质区别。在数据库中数据共享,减少了由于数据冗余造成的不一致现象。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制,以保证数据的完整性、安全性,并在多用户同时使用数据库时进行并发控制,在发生故障后对系统进行恢复。

13.3.1 数据库与数据库系统

1)数据库的概念

数据库,顾名思义,是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计算机存储设备上,而且数据是按一定的格式存放的。

人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后,应将其保存起来以供进一步加工处理,进一步抽取有用信息。在科学技术飞速发展的今天,人们的视野越来越广,数据量急剧增加。过去人们把数据存放在文件柜里,现在人们借助计算机和数据库技术科学地保存和管理大量的复杂的数据,以便能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。

所谓数据库是长期储存在计算机内、有组织、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。

2)数据库系统

数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的。

数据的处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。数据管理则是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,它是数据处理的中心问题。人们借助计算机进行数据处理是近三十年的事。研制计算机的初衷是利用它进行复杂的科学计算。随着计算机技术的发展,其应用远远超出了这个范围。在应用需求的推动下,在计算机硬件、软件发展的基础上,数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。这三个阶段的特点及其比较见表13-4所示。

表13-4 不同发展阶段数据管理技术比较

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数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统,一般由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数据库管理员和用户构成。应当指出的是,数据库的建立、使用和维护等工作只靠一个DBMS远远不够,还要有专门的人员来完成,这些人被称为数据库管理员(DataBase Administrator,DBA)。

在一般不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。

数据库系统可以用图13-9表示。数据库系统在整个计算机系统中的地位如图13-10所示。

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图13-9 数据库系统

3)数据库系统的主要特征

(1)数据结构化

数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。在文件系统中,尽管其记录内部已有了某些结构,但记录之间没有联系。而数据库系统实现整体数据的结构化,是数据库的主要特征之一也是数据库系统与文件系统的本质区别。在数据库系统中,数据不再针对某一应用,而是面向全组织,具有整体的结构化。不仅数据是结构化的,而且存取数据的方式也很灵活,可以存取数据库中的某一个数据项、一组数据项、一个记录或一组记录。而在文件系统中,数据的最小存取单位是记录,粒度不能细到数据项。

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图13-10 数据库在计算机系统中的地位

(2)数据的共享性高,冗余度低,易扩充

数据库系统从整体角度看待和描述数据,数据不再面向某个应用而是面向整个系统,因此数据可以被多个用户、多个应用共享。数据共享可以大大减少数据冗余,节约存储空间。数据共享还能够避免数据之间的不相容性与不一致性。

所谓数据的不一致性是指同一数据不同拷贝的值不一样。采用人工管理或文件系统管理时,由于数据被重复存储,因此当不同的应用使用和修改不同的拷贝时就很容易造成数据的不一致。在数据库中数据共享,减少了由于数据冗余造成的不一致现象。

由于数据面向整个系统,是有结构的数据,不仅可以被多个应用共享使用,而且容易增加新的应用,这就使得数据库系统弹性大,易于扩充,可以适应各种用户的要求。可以取整体数据的各种子集用于不同的应用系统,当应用需求改变或增加时,只要重新选取不同的子集或加上一部分数据便可以满足新的需求。

(3)数据独立性高

数据独立性是数据库领域中一个常用术语,包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。

物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。也就是说,数据在磁盘上的数据库中怎样存储是由DBMS管理的,用户程序不需要了解,应用程序要处理的只是数据的逻辑结构,这样当数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。

逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的,也就是说,数据的逻辑结构改变了,用户程序也可以不变。

数据独立性是由DBMS的二级映象功能来保证的,将在下面讨论。

数据与程序的独立,把数据的定义从程序中分离出去,加上数据的存取又由DBMS负责,从而简化了应用程序的编制,大大减少了应用程序的维护和修改。

(4)数据由DBMS统一管理和控制

数据库的共享是并发的共享,即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据。DBMS为此提供以下几方面的数据控制功能:数据的安全性(Security)保护、数据的完整性(Integrity)检查、并发(Concurrency)控制、数据库恢复(Recovery)。

DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制,以保证数据的完整性、安全性,并在多用户同时使用数据库时进行并发控制,在发生故障后对系统进行恢复。

4)数据库系统的体系结构

考察数据库系统的结构可以有多种不同的层次或不同的角度,从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三种模式结构,由外模式、模式和内模式三级构成,如图13-11所示。

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图13-11 数据库系统的三级模式结构

(1)模式(Schema)

模式也称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层,既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,也与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及高级程序设计语言(如C,COBOL,FORTRAN)无关。

模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础,统一综合地考虑了所有用户的需求,并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构,例如数据记录由哪些数据项构成,数据项的名字、类型、取值范围等,而且要定义数据之间的联系,定义与数据有关的安全性、完整性要求。

DBMS提供模式描述语言(模式DDL)来严格地定义模式。

(2)外模式(External Schema)

外模式也称子模式(Subschema)或用户模式,它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。由于它是各个用户的数据视图,如果不同的用户在应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求等方面存在差异,则其外模式描述就是不同的。即使对模式中同一数据,在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。另一方面,同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用,但一个应用程序只能使用一个外模式。

外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据,数据库中的其余数据是不可见的。

DBMS提供子模式描述语言(子模式DDL)来严格地定义子模式。

(3)内模式(Internal Schema)

内模式也称存储模式(Storage Schema),一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。例如,记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储;索引按照什么方式组织;数据是否压缩存储,是否加密;数据的存储记录结构有何规定等。

DBMS提供内模式描述语言(内模式DDL,或者存储模式DDL)来严格地定义内模式。

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