数据库技术是数据管理的工具，信息系统的成功与否往往取决于数据管理的好坏。如果信息系统中需要数据的应用程序得不到所需要的数据，这个系统将不能正常使用。而且，如果数据本身是不可信的或不正确的，那么即使信息系统设计和实施所使用的硬件和软件再好，系统操作再正确，这个系统也没有实用价值。因此，有效的数据管理或数据库应用是信息系统成败的关键，也是信息系统的组成核心。数据库的应用，在各种信息系统和决策支持系统中都是不可或缺的，对于医学信息学所涉及的各种医疗信息系统同样是如此。以医院信息系统为例，在医院中的大量数据是整个医院的公共信息资源，我们要把数据组织存放到数据库里来满足全医院的信息查询和业务处理的需要，数据库自然就成为医院信息流的中心环节。并且数据库技术也是构成医院信息系统的至关重要的核心技术平台。因此，数据库的建立、组织、管理、维护和使用的好坏，不仅将大大影响医院信息系统的运行和性能，而且势必会影响到全院医疗护理和行政管理等业务工作是否能够正常和优质地运转。现在，数据库已经从一个专门的计算机应用发展成为现代计算机环境中的一个核心部分。
（一）数据库的研究内容
1．数据库理论 主要内容为关系数据库理论（依赖理论、泛关系理论、超图理论等）、事务理论、逻辑与数据库、面向对象数据库理论。关系数据库理论开始于E.F.Codd 1970年的论文。数据库依赖是定义在关系上的约束条件，或者说数据依赖用于定义合法的数据库，以维护数据的完整性和一致性。泛关系理论将数据库中的所有关系都看作为包含所有属性的大关系的投影，这隐含了这样的假设，脱离具体的关系讨论属性是有意义的。泛关系思想为关系模式规范化提供了基础，而规范化是关系数据库设计的依据。但是，泛关系数据库系统的含义是：用户对数据库的操作都是在泛关系上进行的。到目前为止还没有出现商品化的泛关系数据库系统。超图理论将数据库模式描述为超图，其主要目的为研究有效的查询处理算法，如：把无环超图用于分布式数据库的查询优化。事务理论的研究内容是如何维护数据的一致性。当某些操作被意外中断后会造成数据的不一致，如同一数据在某关系中作了修改而在另一关系中却没改。为了避免这种情况，引入了事务。一个事务是一组数据库操作指令，它们或者没有执行或者全部执行完毕。在有多个用户同时访问数据库的情况下，就要考虑并发控制，如二段加锁、事务的串行化。逻辑与数据库理论主要研究如何将逻辑程序设计技术与数据库技术有机结合，如演绎数据库系统的研究。面向对象数据库理论主要处理大规模的复杂对象。
2．数据模型 任何一个数据库管理系统都至少提供一种数据模型，因此，数据模型是数据库研究的基础。根据某种数据模型，人们可以用数据世界来合理表示现实世界的某一部分，并且将数据世界映射成一个意识世界（用户界面）。数据模型有两方面含义：数据以何种形式存储、用户以何种形式看待数据。常见的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型、逻辑模型、实体联系（E-R）模型和面向对象模型等。
3．数据库语言 与通常的程序设计语言不同，在数据库语言中，描述性部分和过程部分是分开的。其过程性部分是一个通用的程序设计语言，称为宿主语言；而描绘性部分包括数据定义语言和数据操纵语言。数据定义语言用于说明数据库的逻辑模式；数据库操纵语言，亦称为查询语言，用于说明对数据库的操作。为了提高对数据库操作的效率，采用了大量的查询优化的技术。从而查询处理及其优化技术的研究就成为数据库研究的重要内容。这方面的工作主要包括索引技术和连接技术。对传统的数据库而言，这2项技术已趋完善。由于数据库查询语言和宿主语言之间存在阻抗不匹配问题，所以在新型数据库系统中（如面向对象数据库系统和知识库系统），倾向于两者的有机集成，而构成一个数据库程序设计语言或持久性程序设计语言。
4．数据的安全性（存取控制、可恢复性） 数据安全性是指数据不被非法使用、在意外事件中不被破坏或丢失，这分别是存取控制和可恢复性的研究内容。存取控制的通常做法是为不同用户设置不同的数据存取特权并设立视图机制，使得每个用户只能访问到允许他访问的数据。可恢复性是指在意外事件（软件或硬件方面）破坏了当前数据库状态后，系统有能力恢复数据库，使损失减少到最低限度。数据恢复采用的方法通常是建日志和经常性地做数据库的备份。
5．事务管理 在多用户共享的系统中，许多事务可能同时对同一数据进行操作（并发操作），这样数据库的完整性就可能遭到破坏。主要有丢失更新问题、不一致分析问题和尚未提交的更新问题等。因此，要对事务进行管理、控制并发操作。其基本作法是对数据实行加锁及事务调度。
（二）数据库的类型
1．层次数据库 层次数据库是一种以层次模型为基础的数据库。在层次模型中采用树形结构模型来描述和表示现实世界中的实体及其相互之间的联系。在树形结构中每一个节点表示1个记录。而各个节点之间的连线表示的是各个记录之间的关联。这种关联在层次模型中的双亲节点（上层节点）和子女节点（下层节点）之间只能是一对一和一对多的关系。每个记录用于描述实体，它可以包含若干字段，用于描述实体的属性。在现实世界中许多实体之间的联系本来就存在一定的层次关系。因此，用层次模型描述现实世界中的数据关系比较自然也比较直观，并易于理解和易于表示。
2．网状数据库 网状数据库是一种网状模型的数据库。网状数据库的记录之间可以允许1个记录有多个在上层的父记录。在父记录和子记录之间可以有多对多的关联关系，这样比较灵活，可以在需要时使网状数据库看起来就像一个层次数据库，也可以使一个网状数据库看起来就像是一个顺序访问文件。但过于灵活会带来复杂性，问题是对于网状数据库将难于预料和控制它的可变动的多个关联关系。
3．关系型数据库 关系型数据库是采用关系模型为基础结构的数据库。关系型数据库由于所用的关系表模型比较简单而得到了更多的应用。关系模型的特点就是把数据组织成二维表的形式，也就是用一种二维表的形式即关系来组织数据。关系型数据库里用一系列由行和列组成的二维表来描述现实世界中的数据，每一张表是由行和列定义的，你可以有在该表中的各个数据项之间的一些关联关系，也可以在更为复杂的模型中具有在各个表之间的关联关系。关系模型就是利用这些关系来描述现实世界中实际存在的数据关系的。一个关系可以用来描述一个实体及其属性，也用来描述实体之间的联系。二维表的每一行叫做关系的1个元组，也就是1个记录；二维表的每一列表示的是实体的一个属性。在关系型数据库中就是由反映描述现实世界中各数据实体和其属性关系的一系列的二维表模型来建立的，对这种数据库数据的检索和维护也是围绕二维关系表模型来进行的。在数据库的实际物理结构中，这些表是以文件形式存储的。
4．面向对象数据库 面向对象数据库体现了数据库系统的特性和面向对象程序设计的结合。它最早是从20世纪80年代开始起步的，面向对象数据库具有非常吸引人的性能和属性。例如，它可以存储多种类型的数据信息，诸如照片、图像、声音、图形、电子信号等，而无需担心在数据库中的不同数据类型，这可交由数据库自己去进行完全不同的处理。
面向对象数据库和传统数据库相比具有许多前所未有的优点，在它的数据模型中提供了多种语义，允许定义复杂的数据类型和关联。面向对象数据库支持许多基本概念，如对象、类、实例、复合对象、封装、继承、多继承性、多态性等许多基本概念，以便于为现实世界中的复杂实体对象自然地抽象构建出其数据模型的能力。现在可以把现实世界中的几乎所有的实体都表示为对象，并且根据对象的逻辑关系把它们在物理上的存储聚集集中在一起，这就可以大大减少对数据的I/O访问次数，从而提高应用程序的运行速度即响应性能。
5．XML数据库 XML数据库是一个新名词，它泛指利用XML扩展标记语言来帮助实现数据的存储。XML是以标记格式来表示的，在“开始标记”和“结束标记”之间的是一些标记定义的数据。因此，从这种意义而言这些标记就是各个字段名，而在它们之间的可以是数据库的内容。XML在一些应用场合作为一种数据库存储格式特别有用，而且当使用时也会出现作为数据库应用面临的共性问题，包括如何组织、操纵和查询XML数据。
XML数据库提供的是功能很强的数据模型，并且它的长处在于它的灵活性，可以表示范围广泛的数据。并且XML是能被Web浏览器所识别的，因此不仅可以用XML建立一个数据模型，而且浏览器能自动地知道如何去正确地显示，因为它理解XML标记语法的含义。如在病人病案的首页中，一个病人的定义之中就包括病人识别码、病人姓名、生日、性别等基本数据项，它们都是可以用XML定义后很方便地在数据库中存储数据的。
6．网络数据库 所谓的网络数据库就是指把数据库技术引入到计算机网络系统中，借助于网络技术将存储于数据库中的大量信息及时发布出去；而计算机网络则借助于成熟的数据库技术对网络中的各种数据进行有效管理，并实现用户与网络中的数据库实时动态的数据交互。
网络数据库与传统数据库相比，有以下几个特点。
（1）扩大了数据资源共享范围：由于计算机网络的范围可以从局部到全球，因此网络数据库中的数据资源共享范围也扩大了。
（2）易于进行分布式处理：在计算机网络中，各用户可根据情况合理地选择网内资源，以便就近快速地处理，从而达到均衡使用网络资源，实现分布式处理的目的，大大提高了数据资源的处理速度。
（3）数据资源使用形式灵活：基于网络的数据库应用系统开发，既可以采用C/S方式，也可以采用B/S方式，开发形式多样，数据使用形式灵活。
（4）便于数据传输交流：通过计算机网络可以方便地将网络数据库中的数据传送至网络覆盖的任何地区。
（5）降低了系统的使用费用，提高了计算机的可用性：由于网络数据库可供全网用户共享，使用数据资源的用户不一定拥有数据库，这样大大降低了对计算机的要求，同时也提供了每台计算机的可用性。
（6）数据的保密性、安全性降低：由于数据库的共享范围扩大，对数据库用户的管理难度加大，网络数据库遭受破坏、窃密的概率加大，降低了数据的保密性和安全性。
（三）关系型数据库的局限性
随着信息领域技术的飞速进步，数据处理不仅在数量上要求越来越大，而且在质量上也要求越来越高，数据库技术必须更好适应信息化建设对信息技术的新需求，数据库所管理的数据已发生了根本的变化。这一变化给数据库技术带来了很多与以往用关系型数据库时不同的挑战，要求数据库管理的数据对象已不再仅限于文本数据等简单的数据类型，而需要描述和保存大量多媒体非结构化的复杂数据和数据间的关系。此外，随着热门网站访问人数的激增，对数据库本身的存储机制、大量并发用户的使用需求、存储空间使用的效率以及数据完整性和安全性等方面都提出了更高的要求。而这些都不是传统关系型数据库中使用的二维表简单结构和其性能所能满足的。关系型数据库依据的是把数据表示为简单的二维模型，即表示为行与列的记录来进行存储处理。显然只是一种适合简单数据存储处理的技术，在数据模型、性能和扩展伸缩性上都存在难以克服的局限性。
（四）后关系型数据库的兴起
随着信息技术产业进入20世纪90年代后期和新世纪来临，关系型数据库数据模型在用它来处理复杂的数据类型、复杂的数据关系和多种访问方法上存在着的能力限制已开始为人们所认识。为了解决用关系型数据库不能有效表达和管理复杂数据的问题，人们必须寻求更好的适合管理复杂数据的数据模型来适应新的变化。为适应这种变化，新的后关系型数据库管理系统脱颖而出。在这种后关系型数据库管理系统中，采用的是彻底的做法，它根本不把传统关系型数据库中的二维表模型引擎继续用作核心部件，而采用了更现代化的多维模型作为数据库引擎的做法。并且，这种以稀疏数组为基础的独特的多维数据库架构是从已成为国际标准的M数据库语言技术基础上继承和发展的，是已经积累了实践经验的先进而可靠的技术。由于应用系统软件和数据库本身都采用完全面向对象的技术，使两者能协调一致，不会出现所谓的“阻抗失配”问题，因而能更加适合用户的真实需要。而且，在访问方式上实现了无论用对象访问方式或者用SQL方式访问数据都可以对数据进行直接访问。既实现了对传统关系型数据库技术的超越，又不是任意摒弃，而是注意了两者的兼容性，保留和发展了传统数据库中行之有效的技术。
后关系型数据库与关系型数据库因数据存储方式的不同而存在存储空间的差别，见图2-7和图2-8所示。
图2-7 后关系型数据模型与二维数据模型的差别
图2-8 后关系型数据库和关系型数据库存储方式的差别
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