1、89/89第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 本章目的在于使讀者對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的差不多知識能有一個較為全面的了解，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。本章重點介紹了有關(guān)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組織的差不多知識和差不多概念，以及常見的三種類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點。重點介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫的有關(guān)知識。1.1 數(shù)據(jù)治理技術(shù)進展史 隨著生產(chǎn)力的不斷進展，社會的不斷進步，人類對信息的依靠程度也在不斷地增加。數(shù)據(jù)作為表達信息的一種量化符號，正在成為人們處理信息時重要的操作對象。所謂數(shù)據(jù)處理確實是對數(shù)據(jù)的收集、整理、存儲、分類、排序、檢索、維護、加工、統(tǒng)計和傳輸?shù)纫幌盗泄ぷ魅窟^程的概述。數(shù)據(jù)處理的目的確實是使我們能夠從浩瀚的信息數(shù)據(jù)海洋

2、中，提取出有用的數(shù)據(jù)信息，作為我們工作、生活等各方面的決策依據(jù)。數(shù)據(jù)治理則是指對數(shù)據(jù)的組織、編碼、分類、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的一個重要內(nèi)容中心。數(shù)據(jù)處理工作由來以久，早在1880年美國進行人口普查統(tǒng)計時，就已采納穿孔卡片來存儲人口普查數(shù)據(jù)，并采納機械設(shè)備來完成對這些普查數(shù)據(jù)所進行的處理工作。電子計算機的出現(xiàn)以及其后其硬件、軟件的迅速進展，加之?dāng)?shù)據(jù)庫理論和技術(shù)的進展，為數(shù)據(jù)治理進入一個革命性時期提供有力的支持。依照數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序相互依靠關(guān)系、數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)的操作方式，數(shù)據(jù)治理的進展能夠分為三個具有代表性的時期，即人工治理時期、文件治理時期和數(shù)據(jù)庫治理時期?！?】人工治理時期 這一時期

3、發(fā)生于六十年代往常，由于當(dāng)時計算機硬件和軟件進展才剛剛起步，數(shù)據(jù)治理中全部工作，都必須要由應(yīng)用程序員自己設(shè)計程序完成去完成。由于需要與計算機硬件以及各外部存儲設(shè)備和輸入輸出設(shè)備直接打交道，程序員們常常需要編制大量重復(fù)的數(shù)據(jù)治理差不多程序。數(shù)據(jù)的邏輯組織與它的物理組織差不多上是相同的，因此當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯組織、物理組織或存儲設(shè)備發(fā)生變化時，進行數(shù)據(jù)治理工作的許多應(yīng)用程序就必須要進行重新編制。如此就給數(shù)據(jù)治理的維護工作帶來許多困難。同時由于一組數(shù)據(jù)常常只對應(yīng)于一種應(yīng)用程序，因此專門難實現(xiàn)多個不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)資源共享。存在著大量重復(fù)數(shù)據(jù)，信息資源白費嚴(yán)峻?！?】文件治理時期 這一時期發(fā)生于六十年代，

4、由于當(dāng)時計算機硬件的進展，以及系統(tǒng)軟件尤其是文件系統(tǒng)的出現(xiàn)和進展，人們開始利用文件系統(tǒng)來關(guān)心完成數(shù)據(jù)治理工作，具體講確實是：數(shù)據(jù)以多種組織結(jié)構(gòu)（如順序文件組織、索引文件文件組織和直接存取文件組織等）的文件形式保存在外部存儲設(shè)備上，用戶通過文件系統(tǒng)而無需直接與外部設(shè)備打交道，以此來完成數(shù)據(jù)的修改、插入、刪除、檢索等治理操作；使用這種治理方式，不僅減輕進行數(shù)據(jù)治理的應(yīng)用程序工作量，更重要地是，當(dāng)數(shù)據(jù)的物理組織或存儲設(shè)備發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)的邏輯組織能夠不受任何阻礙，從而保證了基于數(shù)據(jù)邏輯組織所編制的應(yīng)用程序也能夠不受硬件設(shè)備變化的阻礙。如此就使得程序和數(shù)據(jù)之間具有了一定的相互獨立性。 但由于數(shù)據(jù)文件的

5、邏輯結(jié)構(gòu)完全是依照顧用程序的具體要求而設(shè)計，它的治理與維護完全是由應(yīng)用程序本身來完成，因此數(shù)據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)與應(yīng)用程序緊密相關(guān)，當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)需要修改時，應(yīng)用程序也就不可幸免地需要進行修改；同樣當(dāng)應(yīng)用程序需要進行變動時，常常又會要求數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的變動。在這種情況下，數(shù)據(jù)治理中的維護工作量也是較大的。更要緊的是由于采納文件的形式來進行數(shù)據(jù)治理工作，常常需要將一個完整的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，人為地分割成若干相互獨立的文件，以便通過基于文件系統(tǒng)的編程來實現(xiàn)來對它們的治理操作。如此做同樣會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的過多冗余和增加數(shù)據(jù)維護工作的復(fù)雜性。例如人事部門、教務(wù)部門和醫(yī)務(wù)部門對學(xué)生數(shù)據(jù)信息的治理，這

6、三個部門中有許多數(shù)據(jù)是相同的，如姓名、年齡、性不等，由因此各部門均是依照自己的要求，建立各自的數(shù)據(jù)文件和應(yīng)用程序，如此不僅造成了大量的相同數(shù)據(jù)重復(fù)存儲，而且在修改時，常常需要同時修改三個文件中的數(shù)據(jù)項，如修改學(xué)生年齡，此外若需要增加一個描述學(xué)生的數(shù)據(jù)項，如通訊地址，那么所有的應(yīng)用程序就必須都要進行相應(yīng)的修改。除此之外，采納文件系統(tǒng)來關(guān)心進行數(shù)據(jù)治理工作，在數(shù)據(jù)的安全和保密等方面，也難以采取有效的措施加以操縱?！?】數(shù)據(jù)庫治理時期 1在不斷改進和完善文件系統(tǒng)的過程中，從六十年代后期開始，人們逐步研究和進展了以數(shù)據(jù)的統(tǒng)一治理和數(shù)據(jù)共享為要緊特征的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。即在數(shù)據(jù)在統(tǒng)一操縱之下，為盡可能多的應(yīng)用

7、和用戶服務(wù)，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序相互間有較大的相對獨立性等。與以往前數(shù)據(jù)治理方法和技術(shù)相比，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)治理工作具有以下三個顯著特點：（1）從整體角度組織數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的最大差不就在于前者在描述數(shù)據(jù)時，不僅僅是對數(shù)據(jù)本身進行描述，而且對數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系也進行了描述。因此在組織數(shù)據(jù)時是從一個相對較高的整體角度進行的，而不是僅僅局限于個不的數(shù)據(jù)治理應(yīng)用場合。如前面提到的人事部門、教務(wù)部門和醫(yī)務(wù)部門對學(xué)生數(shù)據(jù)的治理工作，在利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行治理時，若從整體考慮，其數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。EMBED MSDraw * mergeformat圖1.1

8、 學(xué)生信息數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu) 采納這種數(shù)據(jù)組織不僅能夠有效地解決了文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織中所存在的數(shù)據(jù)冗余以及數(shù)據(jù)一致性維護的問題。更要緊的是它能夠使人們從更高的全局角度動身，合理地組織數(shù)據(jù)，從而有利于更大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)資源的共享，提高信息的使用效率。（2）數(shù)據(jù)可為多個應(yīng)用服務(wù) 正因為數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是從整體角度進行組織的，因此，數(shù)據(jù)庫中所存儲的數(shù)據(jù)往往就不僅局限于只為一二個應(yīng)用提供服務(wù)，而是在更大范圍內(nèi)為僅可能多的應(yīng)用提供服務(wù)，如圖1.1所示的一個數(shù)據(jù)庫中所存儲的數(shù)據(jù)，就至少能夠為三個部門的應(yīng)用提供服務(wù)。而實際上如圖1.1所示的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)僅僅只是一個學(xué)校數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)庫中的一小部分。與此同時由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

9、是以多級（層）組織模式對數(shù)據(jù)進行組織的，各級（層）模式之間的映射是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自己完成的，這就使得數(shù)據(jù)與程序之間能夠具有較高的物理和邏輯相對獨立性。正是這一點，給數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為多個應(yīng)用提供服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。事實上數(shù)據(jù)庫的規(guī)模越大，所能夠提供的應(yīng)用服務(wù)就能夠越多，也就越能體現(xiàn)出數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)治理中的優(yōu)勢。因此這只是相對而言，隨著數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的制作和維護的工作也在迅速增加。（3）有一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的治理軟件 任何數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都包含一個治理軟件，即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的治理軟件，通常又稱為數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)，它負責(zé)統(tǒng)一治理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)資源，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與用戶應(yīng)用之間的接口，通過它，用戶

10、能夠不必要了解過多的計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫本身許多專業(yè)知識，更不用去了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是如何完成數(shù)據(jù)治理工作的具體細節(jié)，如文件如何打開、關(guān)閉、讀、寫等等，就能夠通過編寫一些較為簡單數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，專門方便地完成在較高級不邏輯組織基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)治理工作。除此之外，數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)還負責(zé)完成在對數(shù)據(jù)庫進行并發(fā)訪問時，保證數(shù)據(jù)一致性的并發(fā)操縱工作；保證數(shù)據(jù)安全性的訪問操縱工作；以及在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，提供保證數(shù)據(jù)一致性和完整性的恢復(fù)機制等諸多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身的各種治理操縱工作。因此那個地點也能夠看出，數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)功能的強弱及其各項性能指標(biāo)的好壞，是衡量數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)質(zhì)量的一個極其重要的因素。 利用數(shù)據(jù)庫系

11、統(tǒng)進行數(shù)據(jù)治理工作，不僅能夠保證數(shù)據(jù)的物理組織結(jié)構(gòu)和存儲設(shè)備與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序之間保持相互獨立性；同時也能夠保證數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序之間保持最大可能的相互獨立性，即當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的變動被限制在最小的范圍內(nèi)。由此可大大地減少數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的開發(fā)與維護的工作量。 在數(shù)據(jù)庫治理時期，依照數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身所支持的數(shù)據(jù)模型的特點及所采納的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)，能夠認為數(shù)據(jù)庫治理到目前為止已進展經(jīng)歷了三代，即層次網(wǎng)狀模型代、關(guān)系模型代和面向?qū)ο竽Ｐ痛?（1）層次網(wǎng)狀模型代:流行于六十至七十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型均是層次模型或網(wǎng)狀模型。世界上第

12、一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是于1964年由美國通用電氣公司開發(fā)成功的IDS（Integrated Data Store），它確實是基于網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。IBM公司于六十年代末推出了第一個商品化的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS（Information Management Sytem）,它們的出現(xiàn)與應(yīng)用為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的進展奠定了基礎(chǔ)。 （2）關(guān)系模型代:流行于七十至八十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型均是關(guān)系模型。以關(guān)系（表）形式組織數(shù)據(jù)。1970年Codd提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型，由于其具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，抽象級不較高，且簡單清晰，便于理解應(yīng)用。到了七十年代末，出現(xiàn)了許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中具有代表性

13、應(yīng)首推IBM公司推出的SQL/DS和DB2兩個商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。進行八十年代以后，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進展的主流，幾乎所有新推出的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)品差不多上關(guān)系型的，它們中不僅有用于大型機和小型機數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，而且有可用于微機的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。市場上開始出現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的系列產(chǎn)品，這其中發(fā)行量較大且在我國用得較多的有Oracle、Sybase、Sysbase、Informix、FoxPro等。隨著微機和計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及和應(yīng)用，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在八十年代后期，開始得到專門大進展。其理論和技術(shù)日趨成熟。目前幾乎所有分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是關(guān)系型的，而且?guī)缀跛幸o關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均已被擴充為分布式

14、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 （3）面向?qū)ο蟠?開始九十年代，在這一代中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。它是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法相結(jié)合的產(chǎn)物。作為新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，現(xiàn)在已有了一些商品化系統(tǒng)。但其具體應(yīng)用尚不多。1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 本節(jié)要緊介紹有關(guān)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組織的一些差不多知識和概念，使讀者對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)涵有一個較為清晰的認識。1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個由許多差不多概念、技術(shù)方法和其應(yīng)用對象所組成的復(fù)雜的有機整體。專門難用一兩句話將其描述清晰。但為了使讀者對它有一個總體的了解，首先那個地點我們試著給出一個關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義，即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫是一個已被規(guī)

15、格化和結(jié)構(gòu)化且相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)中不存在有害的或無意義的冗余；數(shù)據(jù)的組織與存儲結(jié)構(gòu)與使用這些數(shù)據(jù)的程序相互獨立；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可同時為多個應(yīng)用服務(wù)；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)定義、輸入、修改和檢索等所有操作均是按一種公用的且可控的方式進行。依照這一數(shù)據(jù)庫定義以及實際應(yīng)用的具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的情況，我們能夠認為一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際上是由三部分內(nèi)容組成，它們是數(shù)據(jù)庫、多種應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)。這三部分之間的相互關(guān)系如圖1.2所示。（1)數(shù)據(jù)庫：相互關(guān)聯(lián)的且具有最小冗余的數(shù)據(jù)在其中按照一定物理組織結(jié)構(gòu)存放，同時從用戶和數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)角度來看，這些數(shù)據(jù)又是按一定邏輯結(jié)構(gòu)組織的。這種物理組織結(jié)構(gòu)和邏輯組織結(jié)構(gòu)在

16、最大程度上與用戶所編制的應(yīng)用程序相互獨立。(2)多種應(yīng)用：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)的操縱與治理之下，能夠同時為多種不同內(nèi)容的應(yīng)用提供服務(wù)，即能夠為多個不同目的用戶服務(wù)，各用戶所操作使用的數(shù)據(jù)能夠是相互交叉的。用戶的操作方式既能夠按以數(shù)據(jù)輸入/輸出和數(shù)據(jù)維護為主的數(shù)據(jù)流量較大的批處理方式進行；也能夠按以查詢?yōu)橹鞯臄?shù)據(jù)流量較小的聯(lián)機處理方式進行，必要時還能夠通過編程來完成對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的各種操作。(3)數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)：它一方面負責(zé)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行治理和維護；一方面為用戶操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供一種公用的操作方法，接收用戶的操作命令，關(guān)心完成有關(guān)的對數(shù)據(jù)庫的操作并保障數(shù)據(jù)庫的安全。 依照對

17、數(shù)據(jù)庫的定義以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)差不多組成及作用的描述，我們認為一個的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該具有的以下五個差不多特點：【1】由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是從整體角度考慮數(shù)據(jù)的組織，因此它必須有能力描述能夠反映客觀事物及其相互聯(lián)系的復(fù)雜數(shù)據(jù)模型，使用它能夠?qū)?shù)據(jù)本身及相互間的各種關(guān)系進行充分描述，這也是人們什么緣故要采納數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)治理的要緊緣故之一。目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)共提供了四種數(shù)據(jù)模型，它們是層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型和對象數(shù)據(jù)模型，一種類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常只提供上述其中一種數(shù)據(jù)模型描述方法，即只支持其中一種數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)。圖1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成【2】數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的獨立性。為了講明這一點，

18、首先我們介紹兩個概念，（1）數(shù)據(jù)在物理存儲設(shè)備上的組織結(jié)構(gòu)被稱為數(shù)據(jù)的物理組織；（2）數(shù)據(jù)在用戶或應(yīng)用程序面前所表現(xiàn)出的組織結(jié)構(gòu)被稱為數(shù)據(jù)的邏輯組織；一種數(shù)據(jù)的邏輯組織，能夠采納不同的物理組織來實現(xiàn)，物理組織的好壞阻礙著系統(tǒng)的性能和效率。在運行時期中，由于性能的要求或存儲設(shè)備的改變，從而引起數(shù)據(jù)物理組織的改變，這種改變稱為數(shù)據(jù)的再組織。用戶在編制應(yīng)用程序時，則是依照數(shù)據(jù)的邏輯組織對數(shù)據(jù)進行操作的。因此數(shù)據(jù)物理組織的變化，可不能阻礙數(shù)據(jù)的邏輯組織，因而也就可不能阻礙已有的應(yīng)用程序，這種情況就被稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性；而數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯組織發(fā)生變化時，如數(shù)據(jù)模型中增加了新的記錄類型，

19、某一記錄類型中增加了新的數(shù)據(jù)項等，原有應(yīng)用程序的執(zhí)行不受阻礙或阻礙最小。數(shù)據(jù)的獨立性，包括物理和邏輯的獨立性，差不多上由數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)進行維護的?！?】數(shù)據(jù)共享，由于數(shù)據(jù)庫是從整體的角度對數(shù)據(jù)進行組織的，并在保證數(shù)據(jù)一致性的情形之下，使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為盡可能多的用戶提供應(yīng)用服務(wù)。這些用戶所使用的數(shù)據(jù)能夠是交叉的，即數(shù)據(jù)能夠共享。假如數(shù)據(jù)不能共享，數(shù)據(jù)庫中則必定會出現(xiàn)大量的冗余數(shù)據(jù)，如此不僅造成存儲空間的白費，更要緊的是由此可能帶來數(shù)據(jù)不一致的隱患?！?】數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全可靠與完整，一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性體現(xiàn)在它的軟件系統(tǒng)運行故障率專門小以及在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由于各種意外而出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的

20、損失最?。话踩允侵笖?shù)據(jù)庫系統(tǒng)對其所存儲的數(shù)據(jù)的愛護能力，能夠有效地防止數(shù)據(jù)有意無意地泄露或篡改，操縱數(shù)據(jù)的授權(quán)訪問等。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完整性則是指在多用戶操作數(shù)據(jù)情況下，數(shù)據(jù)能夠保持一致性。這些特性能夠從以下幾個方面進行講明:1安全性操縱 安全性操縱要緊指的是數(shù)據(jù)庫的保密性。并不是每個用戶都能夠存取數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的，負責(zé)人和全體工作人員同意掌握的數(shù)據(jù)范圍顯然是有區(qū)不的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把各用戶存取數(shù)據(jù)的權(quán)利分成若干等級，如教學(xué)人員作為一個用戶能夠登錄學(xué)生的成績，而學(xué)生作為一個用戶則僅能夠查閱成績而無法對它進行修改或刪除。通過對各個用戶授于不同的使用權(quán)限，以確保數(shù)據(jù)庫免遭損害和被非法使用，通常是通過

21、采納口令密碼以及數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)訪問授權(quán)等方法對使用者操作數(shù)據(jù)的合法權(quán)進行檢驗，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)安全性的愛護操縱。2完整性操縱 所謂完整性包括數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。正確的數(shù)據(jù)不一定是有效的。如若用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字來表示月份，在輸入14來代表月份時顯然是無效的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)提供盡可能多的檢驗措施，以確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)滿足用戶所要求的各種約束要求。3并發(fā)操縱 在多用戶操作使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的情況下，不同用戶并行地操作數(shù)據(jù)庫就可能引起對數(shù)據(jù)庫的干擾，從而使得數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生不一致的問題。如當(dāng)甲用戶從數(shù)據(jù)庫中預(yù)定了僅剩的一張機票之后，若在數(shù)據(jù)庫尚來不及將剩余的機票數(shù)改為零時，乙用戶又請求訂票時如何

22、辦？顯然對這種并發(fā)的操作要采取某種操縱措施，最常用的方法是封鎖技術(shù)，以排除和幸免這種錯誤的發(fā)生，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作能夠正確完成執(zhí)行。4故障的發(fā)覺與恢復(fù) 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運行過程中專門難保證不產(chǎn)生故障、出現(xiàn)意義或受到破壞，而且往往這些情況的發(fā)生的時刻差不多上隨機的，如斷電、用戶誤操作等，而重建一個數(shù)據(jù)庫往往要花費專門大的精力和代價，有時甚至是不可能的，因此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)提供應(yīng)急愛護設(shè)施，一旦系統(tǒng)的軟硬件發(fā)生故障或用戶誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)異常時，系統(tǒng)應(yīng)能夠以盡量小的代價，盡快地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和系統(tǒng)的正常運行。【5】良好的人機接口與性能，任何數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最終差不多上要和用戶打交道，系統(tǒng)所具有的各種功能最

23、終都需要由用戶來進行操作使用。簡單易學(xué)、操作簡便和用戶界面友好是任何一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所必須的。此外系統(tǒng)的響應(yīng)速度，單位時刻內(nèi)數(shù)據(jù)的吞吐量也是衡量數(shù)據(jù)庫性能重要指標(biāo)。1.2.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 在上一小節(jié)，我們介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所涉及的三個差不多成分以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所應(yīng)具有的五個特點，在這一小節(jié)中，我們將略為詳盡地介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的要緊組成之一，數(shù)據(jù)庫的有關(guān)知識。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，為了提高數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性，采納了分級（層）方法，將數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)劃分成多個級（層）。依照美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）所提出的報告，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)能夠分為三個相互關(guān)聯(lián)的層次，它們分不是概念層數(shù)據(jù)模式、

24、用戶層數(shù)據(jù)模式和物理層數(shù)據(jù)模式?！?】概念層數(shù)據(jù)模式，又稱為模式，它是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)整體邏輯結(jié)構(gòu)的描述，它是對數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)項、記錄類型以及各記錄類型之間的相互關(guān)系的描述。那個地點需要講明的是，這種描述僅僅是一種邏輯組織結(jié)構(gòu)的描述，是面向用戶需要而提出的。而非是真正的數(shù)據(jù)存儲組織結(jié)構(gòu)。提供這一層次的數(shù)據(jù)模式描述，要緊是為了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計者，在對與應(yīng)用有關(guān)的所有用戶的需求進行統(tǒng)一綜合考慮之后提出的，它能夠從總體上，將這些需求所涉及到的數(shù)據(jù)及其它們間的相互聯(lián)系，有機地結(jié)合成為一個邏輯整體。概念層數(shù)據(jù)模式的設(shè)計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的最差不多也是最重要的任務(wù)。【2】用戶層數(shù)據(jù)模式，又稱為外模式或子模式

25、，它是對以用戶為對象使用數(shù)據(jù)庫所涉及到的所有數(shù)據(jù)局部邏輯結(jié)構(gòu)的描述。它是模式一個子集或者是一個映射，一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式，但通常都對應(yīng)著多個子模式。子模式所包含的數(shù)據(jù)之間容許有重疊，也容許多個用戶共用同一個子模式。提供這一層次的數(shù)據(jù)模式描述，有以下優(yōu)點：1用戶只要按照描述自己所使用數(shù)據(jù)的子模式編寫應(yīng)用程序或輸入操作命令，就能夠完成滿足自己要求的數(shù)據(jù)庫操縱工作。而無需了解整體數(shù)據(jù)模式或數(shù)據(jù)的存儲組織結(jié)構(gòu)，從而是用戶接口變得簡單。2保證了數(shù)據(jù)獨立性。由于用戶的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用編程僅僅是依據(jù)子模式的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，而子模式一般差不多上模式的一個真子集，因此若因需要而對模式所描述的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)進行部分

26、修改或擴充時，如增加新的數(shù)據(jù)項或者增加新的記錄類型等，只要不阻礙子模式從模式中的原有的映射關(guān)系，那么用戶依據(jù)子模式所開發(fā)的應(yīng)用程序，則就不受模式變動的任何阻礙。因此提供模式與子模式這兩層數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，就能夠較好地保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。3數(shù)據(jù)能夠被較好地共享。由于同一模式能夠產(chǎn)生許多不同的子模式，這些子模式所描述的數(shù)據(jù)能夠來源于模式所描述的全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)中各種數(shù)據(jù)項或記錄類型，因此如此做，如此就能夠?qū)ｉT方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，也就大大減少了數(shù)據(jù)可能存在的冗余，從而有利于保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和正確性。4有利于保證數(shù)據(jù)的安全和保密。由于用戶是通過其相應(yīng)的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行操作，因此

27、他只能操作其子模式所描述范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，而無法接觸到其它用戶及其子模式所描述的數(shù)據(jù)，由此就能夠保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有較好的安全性?！?】物理層數(shù)據(jù)模式，又稱為內(nèi)模式或物理模式。它是對數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)在物理設(shè)備上實際存儲的組織結(jié)構(gòu)的描述。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)依照這一層數(shù)據(jù)模式的描述，被存放到若干按各種組織方式建立起來的物理文件中，對這些物理文件的所有存取訪問的操縱差不多上由數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)統(tǒng)一操縱的。治理系統(tǒng)負責(zé)完成從概念層數(shù)據(jù)模式到物理層數(shù)據(jù)模式之間的數(shù)據(jù)映射，如此由于所有的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序或服務(wù)所涉及到數(shù)據(jù)又差不多上依照模式的數(shù)據(jù)描述得到的，因此當(dāng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的物理組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，概念層數(shù)據(jù)模式描述通常無

28、需修改，同樣也就保證了與模式相關(guān)聯(lián)的子模式和用戶應(yīng)用程序也無需修改，從而使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)也具有的物理獨立性。圖1.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)各模式間關(guān)系 由于一個數(shù)據(jù)庫是采納上述的三個層結(jié)構(gòu)方式對其中的數(shù)據(jù)組織進行描述的，從而較好地保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性，方便了用戶對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作使用，減少了數(shù)據(jù)冗余。這三層模式之間的相互關(guān)系如圖1.3所示。由于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實際上是按照物理層數(shù)據(jù)模式進行存儲的，而概念層數(shù)據(jù)模式和用戶層數(shù)據(jù)模式都只是對物理層數(shù)據(jù)模式描述的數(shù)據(jù)的一種逐級（層）地邏輯抽象，用戶在對數(shù)據(jù)庫進行操作時，都必須通過數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)，來完成從用戶層數(shù)據(jù)模式到概念層數(shù)據(jù)模式之間、概念

29、層數(shù)據(jù)模式到物理層數(shù)據(jù)模式之間這兩種映射，因此這兩種映射是由治理系統(tǒng)自動完成的，對用戶是透明的。 目前實際應(yīng)用的中高檔數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)差不多上是按照上述三層模式標(biāo)準(zhǔn)，來描述數(shù)據(jù)組織的。也有一些中低檔數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為了方便一般用戶的操作使用，對上述三層模式標(biāo)準(zhǔn)進行了一些簡化，它們往往采納一層或二層模式來描述數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，通常都略去了物理層的數(shù)據(jù)模式描述。1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)（DataBase Management System，簡稱DBMS），在它的操縱和關(guān)心下，用戶能夠建立、使用、修改和維護數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)是建立在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用軟件平臺

30、。它一般具有以下三個要緊功能：（1）提供操作數(shù)據(jù)庫的用戶高級接口。具體講確實是（A）提供數(shù)據(jù)描述語言，供用戶對整個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行各種邏輯和物理組織結(jié)構(gòu)描述，而這些組織結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)細節(jié)，則由DBMS完成，用戶不必關(guān)懷。（B）提供數(shù)據(jù)操縱語言，供用戶對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)按照其定義邏輯組織結(jié)構(gòu)進行各種操作，如插入、刪除、修改和查詢等，這些操作的的具體實現(xiàn)細節(jié)，則也由DBMS完成，用戶不必關(guān)懷。（C）同時還可能提供其它工具，如用戶界面生成工具、報表生成工具等，關(guān)心用戶更加容易地對數(shù)據(jù)庫的操縱進行編程。（2）治理數(shù)據(jù)庫。它要緊包括以下功能：（A）操縱整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行；（B）操縱用戶對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性操

31、作；（C）執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全、保密、有效性和完整性檢驗；（D）實施對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的檢索、插入、刪除、修改等操作。（E）維護數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的完整和一致。（3）維護數(shù)據(jù)庫，要緊包括：（A）初始化時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的裝入；（B）運行時記錄下與用戶、操作、系統(tǒng)狀態(tài)和結(jié)果等信息的工作日志；（C）監(jiān)視數(shù)據(jù)庫性能；在性能變壞時，重新組織數(shù)據(jù)庫；（D）在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件或軟件發(fā)生故障后，對數(shù)據(jù)庫中受破壞的數(shù)據(jù)進行恢復(fù)。 這一小節(jié)，將略為詳盡地介紹與數(shù)據(jù)庫治理軟件有關(guān)的一些差不多情況。（一）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行交互操作的要緊工具，是連接用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的橋梁。數(shù)據(jù)庫語言功能的

32、強弱直接阻礙到用戶使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方便程度。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言通常包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)描述語言DDL（Data Description Language）和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操作語言DML（Data Manipulation Language）這兩種語言。數(shù)據(jù)描述語言用于描述數(shù)據(jù)庫中各種模式的定義；而數(shù)據(jù)操作語言則是用于描述對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)所要進行的各種操作。那個地點我們將概述這兩種語言一些差不多功能。【1】數(shù)據(jù)描述語言 數(shù)據(jù)描述語言是建立和使用數(shù)據(jù)庫的重要工具，它是用于描述數(shù)據(jù)庫各層數(shù)據(jù)模式描述的語言。數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)將對用戶用該語言所描述的各層數(shù)據(jù)模式，進行編譯，產(chǎn)生可供數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作時所使用的目標(biāo)模式。對應(yīng)著

33、數(shù)據(jù)庫的模式、子模式和內(nèi)模式，數(shù)據(jù)描述語言又可分為模式描述語言、子模式描述語言和內(nèi)模式描述語言。它們各自的功能如下：（1）模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)模式的，即用于描述數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)以及它們間相互關(guān)系的特性。用模式描述語言寫出的數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)的全部語句的集合，通常就被稱為一個模式，一個模式的要緊內(nèi)容有： 給數(shù)據(jù)庫總體數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，即模式取名 描述模式中每個記錄類型名稱，以及其中各數(shù)據(jù)項的名稱、數(shù)據(jù)類型（如字符型、數(shù)字型等）和數(shù)據(jù)長度等。 描述模式中各記錄類型之間的相互聯(lián)系，假如存在有相互聯(lián)系的話。 一個模式僅僅是對數(shù)據(jù)庫概念層邏輯數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的一個描述，并非

34、是概念層邏輯數(shù)據(jù)本身。與其它程序語言一樣，模式描述語言也有自己的一套清晰而又嚴(yán)格的語句和語法規(guī)則。對應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們的模式描述語言也有專門大差不，即使是同一類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，不同軟件商推出的系統(tǒng)，其模式描述語言也不盡相同。但有一點是一致的，這確實是它們都必須是可對上面所講明的，描述一個模式所需要包括的三個差不多方面進行定義講明。（2）子模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫用戶層數(shù)據(jù)模式的，即用于描述用戶所使用的數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的定義。用子模式描述語言寫出的用戶局部數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的全部語句的集合，通常就被稱為一個子模式，一個子模式

35、的要緊內(nèi)容有： 給用戶使用數(shù)據(jù)庫所涉及到局部數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，即子模式取名 描述子模式中所包含的每個記錄類型及其中的各數(shù)據(jù)項，這些記錄類型的名稱以及各數(shù)據(jù)項的名稱和長度，能夠與模式中的定義有所不同，但那個地點要緊是描述子模式中的記錄類型及其數(shù)據(jù)項與模式中記錄類型及其數(shù)據(jù)項之間的對應(yīng)映射關(guān)系，子模式中所描述的記錄及其中的數(shù)據(jù)項必須是已在模式中定義過的。 描述子模式中各記錄類型之間的相互聯(lián)系。那個地點同樣是描述子模式中的記錄間相互聯(lián)系與模式中記錄間相互聯(lián)系之間的對應(yīng)映射關(guān)系。子模式中所描述的記錄間相互聯(lián)系必須是已在模式中定義過的。 與模式描述語言不同，子模式描述語言有時與編寫應(yīng)用程序所采納的其它

36、程序設(shè)計語言相關(guān)，因此依照子模式描述語言所適用的編寫應(yīng)用程序語言，子模式描述語言也可分為COBOL子模式描述語言、FORTRAN子模式描述語言和C子模式描述語言等。（3）內(nèi)模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)在物理存貯介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)和存放方式等,它與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所運行的硬件環(huán)境特性相關(guān)。例如，系統(tǒng)建立了哪些物理文件？文件的存貯設(shè)備是什么？文件是以什么樣的組織方式等等，這些差不多上由內(nèi)模式描述語言來負責(zé)描述的。 上述內(nèi)容僅僅是關(guān)于數(shù)據(jù)描述語言中一些最差不多的部分。通常各軟件商生產(chǎn)出的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，往往都要依照自己的具體實現(xiàn)情況，提供出相應(yīng)的一整套數(shù)據(jù)描述語言的規(guī)范，其中也有一些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對上述

37、的數(shù)據(jù)描述語言的標(biāo)準(zhǔn)進行了一些簡化，只給出一種或二種描述語言定義，或干脆將數(shù)據(jù)描述語言與數(shù)據(jù)操作語言歸并到了一起，以方便用戶使用。如FoxPro數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及目前比較流行的基于SQL的多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?！?】數(shù)據(jù)操作語言 數(shù)據(jù)操縱語言是用戶操縱數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的工具，用戶借助它來實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)、向數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)庫中沒有保留價值的數(shù)據(jù)或修改某些發(fā)生變化的數(shù)據(jù)等操作。 數(shù)據(jù)操縱語言通常分為兩種類型，即宿主式數(shù)據(jù)操縱語言和自含式數(shù)據(jù)操縱語言。自含式數(shù)據(jù)操縱語言在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可獨立使用，是一種完整的語言，這類語言使用簡單方便，專門適合于在終端上使用。這類語言的優(yōu)點是系統(tǒng)運行效率較高且使

38、用簡單，缺點是它的應(yīng)用范圍常常受到限制，例如要提取出數(shù)據(jù)庫中的一些數(shù)據(jù)進行某種復(fù)雜運算處理時，單靠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所提供的這類數(shù)據(jù)操縱語言有時就專門難做到這一點。自含式數(shù)據(jù)操縱語言通常包含以下差不多操作功能：（A）從數(shù)據(jù)庫中選擇滿足一定要求的記錄或聯(lián)系；（B）增加新的記錄或聯(lián)系到數(shù)據(jù)庫中；（C）修改數(shù)據(jù)庫中的記錄或聯(lián)系；（D）刪除數(shù)據(jù)庫中的記錄或聯(lián)系； 另一種是宿主式數(shù)據(jù)操縱語言，它不能單獨使用，必須嵌入到某種程序設(shè)計語言（如C，COBOL，F(xiàn)ORTRAN）之中方能進行數(shù)據(jù)庫操作，這種數(shù)據(jù)操縱語言語句僅負責(zé)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作，其它復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作均有主語言完成，有時如此做會使得用戶的應(yīng)用程序變得

39、相當(dāng)復(fù)雜。由于如此的程序既包含了主語言語句，也包含了數(shù)據(jù)操縱語言語句，也就使得主語言原來的編譯程序便不能完全編譯應(yīng)用程序了，解決這一問題有兩種方法：（A）重新設(shè)計和實現(xiàn)一個編譯程序，使之能編譯包括數(shù)據(jù)操縱語言和主語言的所有語句，這種方法不大現(xiàn)實經(jīng)濟；（B）不修改主語言編譯程序，而是設(shè)計一個預(yù)編程序來對應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)操縱語言進行預(yù)編譯，將其首先轉(zhuǎn)換成用主語言寫的程序，然后再用主語言的編譯程序來編譯，以產(chǎn)生最后的目標(biāo)程序。如此做方法比較可行，目前已為許多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所采納。 實際上許多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除了提供上述兩種數(shù)據(jù)操作語言之外，還提供了許多編程工具和或編程命令，以便關(guān)心用戶更加容易地編制數(shù)據(jù)庫的應(yīng)

40、用程序，如用戶界面生成工具、報表生成工具和數(shù)據(jù)庫API接口等。（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行治理與操縱軟件 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行治理與操縱軟件是數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)軟件的實際組成，它要緊包括語言編譯處理程序、系統(tǒng)運行操縱程序和數(shù)據(jù)庫日常治理程序以及數(shù)據(jù)庫工具等多種軟件。下面將概述這幾種軟件一些差不多功能（1）語言編譯處理程序。它要緊包括：（A）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)描述語言的編譯處理程序，它們的作用是將各種采納模式描述語言所定義數(shù)據(jù)模式編譯成DBMS所使用的內(nèi)部定義目標(biāo)模式。（B）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)操縱語言的處理程序，它們可將應(yīng)用程序中采納數(shù)據(jù)操縱語言所寫的數(shù)據(jù)操作語句轉(zhuǎn)換成其宿主語言編譯程序所能處理的語句。（C）終

41、端操作命令解釋程序，它要緊用于解釋終端操作命令的意義，完成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)命令的執(zhí)行過程。（D）數(shù)據(jù)庫操縱命令解釋程序，它負責(zé)解釋執(zhí)行每一條數(shù)據(jù)庫操縱命令。（2）系統(tǒng)運行操縱程序。它要緊包括：（A）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總控程序，它用于檢查訪問的合法性，以決定一個訪問是否能使用數(shù)據(jù)庫。（B）并發(fā)操縱程序。協(xié)調(diào)多個應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的操作，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性。（C）保密操縱程序。實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全保密操縱。（D）數(shù)據(jù)完整性操縱程序。核對數(shù)據(jù)庫完整性約束條件，以決定對數(shù)據(jù)庫的操作是否有效。（E）數(shù)據(jù)庫存取訪問程序。實施對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作，如執(zhí)行檢索、插入、修改、刪除等操作。（F）通訊操縱程序。實現(xiàn)用

42、戶程序與DBMS之間的通訊。（3）數(shù)據(jù)庫日常治理程序。這要緊包括：（A）數(shù)據(jù)裝入程序。實現(xiàn)將初始數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫。（B）系統(tǒng)恢復(fù)程序。當(dāng)軟硬件出現(xiàn)故障時，利用恢復(fù)程序?qū)?shù)據(jù)庫恢復(fù)到正確狀態(tài)。（C）工作日志程序。負責(zé)記載進入數(shù)據(jù)庫的所有訪問，其內(nèi)容包括用戶名稱、進入系統(tǒng)時刻、進行何種操作、數(shù)據(jù)變更情況等等。使每個用戶每次訪問都留下蹤跡。（D）性能監(jiān)測程序。監(jiān)測操作執(zhí)行時刻與存貯空間占用情況，為數(shù)據(jù)庫的再組織提供依據(jù)。（E）重新組織程序。當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能變壞時，對數(shù)據(jù)庫重新進行物理組織。（F）轉(zhuǎn)貯、編輯、打印程序、用于轉(zhuǎn)貯數(shù)據(jù)庫的部分和全部數(shù)據(jù)，或者編輯打印數(shù)據(jù)等。（4）數(shù)據(jù)庫工具軟件。它要緊是為了

43、方便建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的具體應(yīng)用，而提供各種工具軟件。其中有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用程序界面制作工具，報表制作工具等許多軟件工具。 最后我們簡單介紹一下建立數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的差不多知識。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法我們將在第五章詳細介紹。與其它應(yīng)用軟件開發(fā)與應(yīng)用過程一樣，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用，也有一個生命周期，它要緊由以下五個時期構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的規(guī)劃。它包括系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和功能的確認、應(yīng)用環(huán)境的分析、DBMS及其支撐環(huán)境的選擇、硬件配置，人員的配備和培訓(xùn)，投資估算和效益分析等活動。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計。它包括了解應(yīng)用系統(tǒng)的信息和處理需求，設(shè)計滿足其要求的整體數(shù)據(jù)模型及處理流程，并結(jié)合具體所采納的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、

44、硬件環(huán)境和系統(tǒng)軟件平臺的特點，設(shè)計出符合具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用要求的數(shù)據(jù)模型，及其應(yīng)用軟件的流程圖。選擇合適的商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，來設(shè)計、建立、治理和維護數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使之能夠為用戶提供最佳服務(wù)。（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立。首先依照數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果，定義數(shù)據(jù)模式，規(guī)定訪問權(quán)限，設(shè)置完整性約束。然后預(yù)備數(shù)據(jù)，對其進行正確性校驗后，將其錄入，與此同時，完成要緊應(yīng)用程序的編制工作。（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的治理。它包括應(yīng)用軟件的編制與修改、數(shù)據(jù)庫的重新組織、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等工作。保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完好，為用戶提供可靠的服務(wù)。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的調(diào)整。由于應(yīng)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶所在的硬環(huán)境，如單位組織調(diào)整、人員

45、變化等，軟環(huán)境，如人員素養(yǎng)、應(yīng)用要求等，發(fā)生變化，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行一段時刻后，往往都需要進行擴充與重構(gòu)，即需要對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)模式的定義和處理流程進行適當(dāng)?shù)男薷暮脱a充，使之適應(yīng)新的形勢。 一般與一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)有關(guān)的人員，有以下四類，他們是：（A）系統(tǒng)治理員，他的任務(wù)要緊是定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的物理存儲模式，分配并治理各用戶操作的權(quán)限，治理日常數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行工作，以及維護數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，保證其完整和安全、（B）系統(tǒng)分析員，他們的任務(wù)要緊是，從整體上分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用所涉及的客觀信息結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的全局數(shù)據(jù)模式；（C）應(yīng)用程序員，他們的任務(wù)要緊是分析具體用戶的信息

46、處理需要，定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的子模式，編寫具體數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序；（D）用戶，他們具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的最終使用者。（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問示例 那個地點，我們介紹一下一般用戶讀取數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)庫的工作過程（如圖1.4所示），以便使讀者能夠從中了解DBMS是如何來進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的治理工作的。用戶訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的過程實際上確實是用戶與DBMS進行交互的過程。其具體步驟如下：（）用戶通過應(yīng)用程序指明它使用的子模式名稱，發(fā)出數(shù)據(jù)操作命令，DBMS通過處理用戶的應(yīng)用程序，接收該操作命令。（）DBMS按照顧用程序中的子模式名稱，調(diào)出相應(yīng)的子模式，核對該用戶的訪問權(quán)利、操作合法性等，若檢查通過

47、則接著執(zhí)行，否則拒絕執(zhí)行并報告出錯信息。（）DBMS按模式確定子模式中操作所涉及的記錄類型，并通過模式到存儲模式的映射，找出這些記錄類型的相應(yīng)存貯模式。（）DBMS查閱存貯模式，確定應(yīng)從哪個物理文件、存貯設(shè)備以及調(diào)用哪個訪問程序去讀取所需的記錄。（）DBMS的訪問程序找到有關(guān)的物理數(shù)據(jù)地址，向操作系統(tǒng)發(fā)出讀操作命令。（）操作系統(tǒng)收到DBMS發(fā)來的命令后，啟動系統(tǒng)的輸入輸出程序完成讀操作，把要讀取的數(shù)據(jù)塊送到內(nèi)存中的系統(tǒng)緩沖區(qū)。（）DBMS收到操作系統(tǒng)關(guān)于輸入輸出操作結(jié)束回答后，按模式、子模式的定義，將已讀入到系統(tǒng)緩沖區(qū)的內(nèi)容映射為用戶程序所要的邏輯記錄，并送到用戶的工作區(qū)中。（）DBMS向應(yīng)用

48、程序發(fā)送反映操作執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)信息（由狀態(tài)字描述），如“執(zhí)行成功”、“數(shù)據(jù)未找到”等。（）記載DBMS系統(tǒng)的工作日志。（10）應(yīng)用程序檢查狀態(tài)信息，如執(zhí)行成功，則可對程序工作區(qū)中的數(shù)據(jù)作正常處理，否則按出錯類型決定程序的后續(xù)處理。 用戶修改一個記錄的操作步驟也是類似的。首先讀出所需記錄，在程序工作區(qū)中修改好，而后再把修改好的記錄寫回數(shù)據(jù)庫中原記錄的位置上。圖1.4 數(shù)據(jù)庫的工作過程1.3 實體聯(lián)系模型 本節(jié)要緊介紹有關(guān)實體聯(lián)系模型的概念和差不多知識，使讀者了解并掌握差不多的實體聯(lián)系模型的使用方法。1.3.1 模型的組成 我們都明白數(shù)據(jù)是表達信息的一種重要的量化符號，是信息存在的一種重要形式。而

49、所謂數(shù)據(jù)模型則是數(shù)據(jù)特征的一種抽象。它不是描述個不的數(shù)據(jù)，而是描述數(shù)據(jù)的共性。一般來講，數(shù)據(jù)模型包含兩方面內(nèi)容，它們是：（1）數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性，這要緊包括數(shù)據(jù)的差不多結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和數(shù)據(jù)中的相互約束等特性；（2）數(shù)據(jù)的動態(tài)特性，這要緊包括對數(shù)據(jù)操作的方法。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中，建立反映客觀信息范疇的數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中最為重要的，也最差不多的步驟之一，它是連接客觀信息世界和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)邏輯組織的橋梁。也是計算機專業(yè)人員與非計算機專業(yè)的用戶之間進行交流的共同基礎(chǔ)。那個地點我們將要介紹的數(shù)據(jù)模型確實是實體聯(lián)系數(shù)據(jù)模型（又稱數(shù)據(jù)模型），它與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型有所不同。數(shù)據(jù)模型是面向現(xiàn)實世界，

50、而不是面向?qū)崿F(xiàn)方法的，它要緊是用于描述現(xiàn)實信息世界中數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性。而不涉及數(shù)據(jù)的處理過程。但由于它簡單易學(xué)，因而在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計中，得到了廣泛應(yīng)用。 E-R數(shù)據(jù)模型是P.P.Chen在1976年提出的，它為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計人員提供了三個差不多的模型描述成分，它們是實體、聯(lián)系和屬性。E-R數(shù)據(jù)模型確實是利用這三個成分來描述反映一個客觀信息世界內(nèi)容的數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，通常還需要將這一數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為各數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)所支持的具體數(shù)據(jù)模型，即層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型等。由此我們也能夠看出E-R數(shù)據(jù)模型是從現(xiàn)實信息世界到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的一個

51、中間時期，只因此是如此，要緊是因為假如直接將現(xiàn)實世界的信息，構(gòu)造成某個DBMS所能同意的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)，其工作往往是十分復(fù)雜而且難度也專門大，應(yīng)用設(shè)計人員不僅要考慮現(xiàn)實世界各種信息及其內(nèi)在的聯(lián)系，以及各種具體應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，而且還要考慮采納某種特定的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后，所面臨的各種條件限制，如此就大大增加了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。 下面我們就介紹一下數(shù)據(jù)模型中的三個差不多要素，即實體、聯(lián)系和屬性的有關(guān)差不多知識。【1】實體 數(shù)據(jù)是用來描述現(xiàn)實世界中各種事物的。而要描述的對象是形形色色的，有具體的，也有抽象的；有物理上存在的，也有是概念性的；如張三、汽車、運動、興趣、神靈等。這些對象的共同特征是

52、能夠相互有區(qū)不，否則就會被認為是同一種對象。凡是能夠相互區(qū)不開并能夠被我們所識不的事、物、概念等對象均可認為是實體。它是具有共同某些特征的一類具體實體，即可認為是一實體集合，對這一集合中所有實體共同特征的描述，稱為實體型。實體集中的各具體實體，稱為該實體型的值或?qū)嶓w值。關(guān)于同一實體集中的不同實體其特征值不完全相同，并由此可加以區(qū)分。如學(xué)生實體集，事實上體型能夠通過學(xué)號、姓名、年齡等特征加以描述。學(xué)生實體集中的不同的學(xué)生實體，通過其不同的學(xué)號又可加以區(qū)分。例如學(xué)號為881001姓名為李平的學(xué)生是一個具體實體，顯然不同于學(xué)號為881002姓名為王明的學(xué)生那個具體實體?！?】聯(lián)系 在現(xiàn)實世界中，任何

53、事物都不是孤立存在的。實體之間存在著各種相互聯(lián)系，例如教師與學(xué)生之間至少存在一種聯(lián)系，即“教學(xué)”聯(lián)系，商店與商品之間存在一種供應(yīng)聯(lián)系，這些差不多上不同類型的實體之間存在的聯(lián)系。還有一種聯(lián)系是存在于同一類型實體之間的，例如學(xué)生實體型里，某一學(xué)生是班長，顯然他和其他學(xué)生間也存在著一種“領(lǐng)導(dǎo)”聯(lián)系。在數(shù)據(jù)模型中，通常將不同實體型之間存在的聯(lián)系歸納成三種不同類型，它們是：（）一對一的聯(lián)系。其定義是：關(guān)于實體型中的一個實體，在實體型中至多有一個實體與之對應(yīng)，反之關(guān)于實體型中的一個實體，在實體型中至多有一個實體與之對應(yīng)。如此的聯(lián)系被稱為是一對一的聯(lián)系。例如兩個實體型分不為國家和總統(tǒng)，顯然，一個國家只有一個

54、總統(tǒng)，而一個總統(tǒng)只能對應(yīng)于一個國家；又如系和系主任兩個實體型，一個系只能有一名系主任，而一個系主任只能領(lǐng)導(dǎo)一個系。這些顯然差不多上兩種實體型之間一對一聯(lián)系的情況。通常又將這種聯(lián)系記為:的聯(lián)系。（）一對多的聯(lián)系。其定義是：關(guān)于實體型中的一個實體，實體型中能夠有若干個實體與之對應(yīng)；反之，關(guān)于實體中的一個實體，則實體型中只能有一個實體與之對應(yīng)。如此的聯(lián)系被稱為是一對多的聯(lián)系，例如兩個實體型分不為系和教師，一個系能夠有若干教師，一個教師只能對應(yīng)一個系，顯然這是兩種實體型之間一對多的聯(lián)系。通常將這種聯(lián)系記為:的聯(lián)系。:的聯(lián)系有時可看成是:的聯(lián)系的一種專門情況。（）多對多的聯(lián)系。其定義是：關(guān)于實體型中的一

55、個實體，實體型中能夠有若干個實體于之對應(yīng)；反之，關(guān)于實體型中的一個實體，則實體型中也有若干個實體與之對應(yīng)，如此的聯(lián)系被稱為是多對多的聯(lián)系。例如兩個實體型分不為教師和課程，一個教師能夠教若干門課，一門課又能夠有若干個教師講。通常將這種聯(lián)系記為:的聯(lián)系。以上介紹的三種類型的聯(lián)系不僅能夠用于描述二個不同類型的實體，還能夠用于描述多個不同類型的實體。如在現(xiàn)實世界中，存在著許多多個實體型相互之間都有聯(lián)系的情況。如教師、課程、學(xué)生三個實體型之間就存在一種聯(lián)系，一個教師能夠教若干門課，一門課又能夠有若干個教師教授；一個教師能夠教若干學(xué)生，一學(xué)生又能夠有若干個教師教；一門課能夠有若干學(xué)生選，一學(xué)生又能夠選若干

56、門課。有時為了方便我們也能夠?qū)⑦@三個實體型之間聯(lián)系，分解成每兩個實體型之間均存在一個多對多的聯(lián)系。 最后我們再介紹一種較為專門的聯(lián)系，這確實是同一實體型中的不同的具體實體之間也能夠存在有某聯(lián)系，如職工實體型，在這一實體型中的實體有普遍職工，也有經(jīng)理，經(jīng)理與職工之間有一種領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)系。在數(shù)據(jù)模型中，通常我們將這種專門的聯(lián)系，稱為聯(lián)系?！?】屬性 實體型是對實體集合中所有實體共同描述特征的集合，這些實體所共有的描述特征就稱為實體的屬性。如學(xué)生實體型，其共有的描述特征通常有學(xué)號、姓名、年齡、性不等，它們差不多上學(xué)生實體型的屬性。這些屬性的一組值就表示了一個具體的實體。在一個具體的實體型中，其中

57、的每一個屬性都有其取值范圍，這一范圍稱為屬性的值域。一個屬性的值域能夠是整數(shù)、浮點數(shù)、字符串等。如學(xué)生實體型中的年齡屬性的值域確實是一定區(qū)間中的整數(shù)，而姓名屬性的值域確實是符合一定要求的字符串等。實體型中的某個（些）屬性的取值能夠用來唯一區(qū)分實體型中具體實體，如學(xué)生實體型中的學(xué)號屬性的取值就能夠用來區(qū)分每一個學(xué)生。這種屬性又可稱為該實體型的標(biāo)識碼。 不僅實體型有屬性，聯(lián)系也能夠有屬性，如學(xué)生和課程這兩個實體型，“選課”是它們之間的一種聯(lián)系，學(xué)生選修某門課程取得了某個成績，顯然成績描述是的一個屬性，但它既不是學(xué)生實體型中的一個屬性，也不是課程實體型中的一個屬性。而成績屬性的具體取值，既依靠于某個

58、具體的學(xué)生，又依靠于某個具體的課程，因此我們將成績屬性定義為是學(xué)生和課程這兩個實體型之間選課聯(lián)系的屬性。又如機器和零件這兩個實體型，“構(gòu)造”是它們之間的一種聯(lián)系，數(shù)量這一屬性，即需要多少數(shù)量的零件構(gòu)造某一個機器，則是構(gòu)造這一聯(lián)系的屬性。 充分認識和理解聯(lián)系能夠有屬性這一概念，關(guān)于正確地建立或理解數(shù)據(jù)模型，以及建立或理解數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)都具有十分重要的意義。 實體、屬性和聯(lián)系三個差不多要素的概念是有明確區(qū)分的，然而關(guān)于某個具體數(shù)據(jù)對象，究竟它應(yīng)該被認為是實體，依舊屬性或聯(lián)系，常常需要依照具體應(yīng)用背景和用戶的觀點，方可確定。1.3.2 模型的表示 前面，我們介紹數(shù)據(jù)模型中的三個差不多的要素

59、，那個地點我們將介紹使用并描述數(shù)據(jù)模型。使用數(shù)據(jù)模型來分析描述現(xiàn)實信息世界中的各種信息對象的要緊分析步驟如下：（1）首先依照數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的整體要求，確定所涉及的現(xiàn)實信息世界中的所有信息對象的范圍。（2）依照第一步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體及屬性。（3）依照（1）、（2）二個步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體間的聯(lián)系。（4）依照（3）步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體間的聯(lián)系的屬性。在完成了上述的分析步驟，就能夠獲得能夠描述現(xiàn)實信息世界的數(shù)據(jù)模型。 為了能夠形象地描述出數(shù)據(jù)模型，那個地點我們介紹一種數(shù)據(jù)模型的表示方法，即用長方型來表示實體類

60、型，聯(lián)系用菱型框及與實體型相連的線表示，將聯(lián)系的類型寫在線上或線的附近，在長方形框內(nèi)和菱形框內(nèi)分不寫上實體型名稱和聯(lián)系名稱，用橢圓表示實體類型和聯(lián)系的屬性，將其與所描述的相應(yīng)的實體類型或聯(lián)系用線相連，在橢圓框內(nèi)寫上屬性的名稱。如此我們就能夠得到一個能夠較好地描繪出實體、實體與實體之間相互聯(lián)系以及有關(guān)實體和聯(lián)系屬性的結(jié)構(gòu)圖，那個圖通常就被稱為圖。獲得圖的全部過程通常就被稱為圖方法。 最后為了講明上面我們所介紹的有關(guān)圖的建立和表示方法，那個地點我們介紹一個制造工廠數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中所涉及的部分信息對象所構(gòu)成的圖。如圖1.5所示。圖1.5 制造工廠信息的圖 在圖1.5中，我們共描述了五個實體類型，它們