高级数据库系统

A. 数据库的发展阶段

数据库发展阶段大致划分为如下的几个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段、高级数据库阶段。 50年代中期之前，计算机的软硬件均不完善。硬件存储设备只有磁带、卡片和纸带，软件方面还没有操作系统，当时的计算机主要用于科学计算。这个阶段由于还没有软件系统对数据进行管理，程序员在程序中不仅要规定数据的逻辑结构，还要设计其物理结构，包括存储结构、存取方法、输入输出方式等。当数据的物理组织或存储设备改变时，用户程序就必须重新编制。由于数据的组织面向应用，不同的计算程序之间不能共享数据，使得不同的应用之间存在大量的重复数据，很难维护应用程序之间数据的一致性。
这一阶段的主要特征可归纳为如下几点：
*计算机中没有支持数据管理的软件。
*数据组织面向应用，数据不能共享，数据重复。
*在程序中要规定数据的逻辑结构和物理结构，数据与程序不独立。
*数据处理方式——批处理。 这一阶段的主要标志是计算机中有了专门管理数据库的软件——操作系统（文件管理）。
上世纪50年代中期到60年代中期，由于计算机大容量存储设备（如硬盘）的出现，推动了软件技术的发展，而操作系统的出现标志着数据管理步入一个新的阶段。在文件系统阶段，数据以文件为单位存储在外存，且由操作系统统一管理。操作系统为用户使用文件提供了友好界面。文件的逻辑结构与物理结构脱钩，程序和数据分离，使数据与程序有了一定的独立性。用户的程序与数据可分别存放在外存储器上，各个应用程序可以共享一组数据，实现了以文件为单位的数据共享。
但由于数据的组织仍然是面向程序，所以存在大量的数据冗余。而且数据的逻辑结构不能方便地修改和扩充，数据逻辑结构的每一点微小改变都会影响到应用程序。由于文件之间互相独立，因而它们不能反映现实世界中事物之间的联系，操作系统不负责维护文件之间的联系信息。如果文件之间有内容上的联系，那也只能由应用程序去处理。 60年代后，随着计算机在数据管理领域的普遍应用，人们对数据管理技术提出了更高的要求：希望面向企业或部门，以数据为中心组织数据，减少数据的冗余，提供更高的数据共享能力，同时要求程序和数据具有较高的独立性，当数据的逻辑结构改变时，不涉及数据的物理结构，也不影响应用程序，以降低应用程序研制与维护的费用。数据库技术正是在这样一个应用需求的基础上发展起来的。
数据库技术有如下特点：
* 面向企业或部门，以数据为中心组织数据，形成综合性的数据库，为各应用共享。
* 采用一定的数据模型。数据模型不仅要描述数据本身的特点，而且要描述数据之间的联系。
* 数据冗余小，易修改、易扩充。不同的应用程序根据处理要求，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也便于增加新的数据结构，便于维护数据的一致性。
*程序和数据有较高的独立性。
* 具有良好的用户接口，用户可方便地开发和使用数据库。
* 对数据进行统一管理和控制，提供了数据的安全性、完整性、以及并发控制。
从文件系统发展到数据库系统，这在信息领域中具有里程碑的意义。在文件系统阶段，人们在信息处理中关注的中心问题是系统功能的设计，因此程序设计占主导地位；而在数据库方式下，数据开始占据了中心位置，数据的结构设计成为信息系统首先关心的问题，而应用程序则以既定的数据结构为基础进行设计。大事记
1951：Univac系统使用磁带和穿孔卡片作为数据存储。
1956：IBM公司在其Model 305 RAMAC中第一次引入了磁盘驱动器
1961：通用电气(GE)公司的Charles Bachman开发了第一个数据库管理系统——IDS
1969： E.F. Codd发明了关系数据库。
1973：由John J.Cullinane领导Cullinane公司开发了 IDMS——一个针对IBM主机的基于网络模型的数据库。
1976：Honeywell公司推出了Multics Relational Data Store——第一个商用关系数据库产品。
1979：Oracle公司引入了第一个商用SQL关系数据库管理系统。
1983：IBM推出了DB2数据库产品。
1985：为Procter & Gamble系统设计的第一个商务智能系统产生。
1991：W.H.“Bill” Inmon发表了”构建数据仓库”。 随着信息管理内容的不断扩展，出现了丰富多样的数据模型（层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型，半结构化模型等），新技术也层出不穷（数据流，Web数据管理，数据挖掘等）。每隔几年，国际上一些资深的数据库专家就会聚集一堂，探讨数据库研究现状，存在的问题和未来需要关注的新技术焦点。过去已有的几个类似报告包括：1989年Future Directions inDBMS Research-The Laguna BeachParticipants ；1990年DatabaseSystems : Achievements and Opportunities ；1991年W.H. Inmon 发表的《构建数据仓库》；1995年Database。

B. 高级数据库系统及其应用内容简介

在现代信息技术领域，数据库技术扮演着至关重要的角色，它是信息系统开发与应用的基石。《高级数据库系统及其应用》这本书深入浅出地讲解了数据库的各个方面。全书共分为四个部分，共计14章，详细探讨了数据库的精髓。

首部分，即第1章至第4章，着重于数据库系统的基础，涵盖了数据库技术的基本原理、体系结构以及实际应用中的核心主题，为读者提供了一个全面理解数据库基础的平台。

接下来的章节，第5部分至第8章，深入到数据库系统实现的层面，特别是关系数据库在系统构建中的关键知识点，为想要了解数据库系统内部运作的读者提供了实用的指导。

第3部分，涵盖了对象数据和Web数据库的内容，帮助读者适应不断变化的技术趋势，理解如何在现代网络环境中有效地运用数据库技术。

最后，第9部分至第14章，探讨了数据库的高级主题，如数据仓库、数据挖掘和演绎数据库等，这些内容不仅展示了数据库技术的前沿，还为数据库研究和开发者提供了前沿动态和创新思路。

这本书的特点在于其概念清晰，知识体系完整，内容实用且与时俱进，无论是高等院校计算机及信息技术专业的研究生和高年级本科生，还是数据库领域的研究和开发者，都能从中受益匪浅，获取所需的专业知识和未来发展趋势的洞见。

C. 数据库管理系统软件有哪些

数据库管理系统软件有多种，包括：Oracle、Microsoft SQL Server、MySQL、PostgreSQL、IBM DB2等。

数据库管理系统软件是用于存储、管理和检索大量数据的软件系统。以下是部分常见的数据库管理系统软件的详细介绍：

1. Oracle：Oracle Database是Oracle公司开发的关系数据库管理系统。它具有强大的事务处理能力和数据管理功能，支持各种数据类型，广泛用于企业级数据库管理。其特点包括高可靠性、可扩展性和灵活性。

2. Microsoft SQL Server：这是微软公司开发的数据库管理系统，适用于各类组织和大小的企业使用。它提供了数据集成和存储功能，并支持数据分析和报告工具，易于管理和维护。

3. MySQL：MySQL是一个开源的关系数据库管理系统，广泛应用于Web开发领域。它具有易用性、低成本和高性能的特点，得到了众多中小型企业的青睐。由于其灵活性和可定制性，也使得开发者可以轻松集成和使用数据库。

4. PostgreSQL：PostgreSQL是一种开源的数据库管理系统，以其强大和灵活的开源许可证着称。它支持许多先进的特性，如子查询、触发器和复杂的数据库分析操作等。

5. IBM DB2：IBM DB2是IBM公司生产的一款数据库管理系统软件。它在事务处理和数据库查询处理方面具有高度的效率和灵活性，适合大规模数据存储和高级分析处理任务。其特性还包括数据恢复和数据保护能力。此外，还有很多其他类型的数据库管理系统软件如Redis、MongoDB等用于特定的场景和应用领域。这些数据库管理系统软件各具特色，根据具体需求和场景选择合适的数据库系统是非常重要的。

D. 数据库是什么

数据库发展阶段大致划分为如下几个阶段：
人工管理阶段；
文件系统阶段；
数据库系统阶段；
高级数据库阶段。

当人们从不同的角度来描述这一概念时就有不同的定义(当然是描述性的)。例如，称数据库是一个“记录保存系统”(该定义强调了数据库是若干记录的集合)。又如称数据库是“人们为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合”(该定义侧重于数据的组织)。更有甚者称数据库是“一个数据仓库”。当然，这种说法虽然形象，但并不严谨。
严格地说，数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”。在经济管理的日常工作中，常常需要把某些相关的数据放进这样“仓库”，并根据管理的需要进行相应的处理。例如，企业或事业单位的人事部门常常要把本单位职工的基本情况(职工号、姓名、年龄、性别、籍贯、工资、简历等)存放在表20.6.3中，这张表就可以看成是一个数据库。有了这个"数据仓库"我们就可以根据需要随时查询某职工的基本情况，也可以查询工资在某个范围内的职工人数等等。这些工作如果都能在计算机上自动进行，那我们的人事管理就可以达到极高的水平。此外，在财务管理、仓库管理、生产管理中也需要建立众多的这种"数据库"，使其可以利用计算机实现财务、仓库、生产的自动化管理。
J.Martin给数据库下了一个比较完整的定义：数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时，则该系统包含一个“数据库集合”。
· 数据库的优点
使用数据库可以带来许多好处：如减少了数据的冗余度，从而大大地节省了数据的存储空间；实现数据资源的充分共享等等。此外，数据库技术还为用户提供了非常简便的使用手段使用户易于编写有关数据库应用程序。特别是近年来推出的微型计算机关系数据库管理系统dBASELL，操作直观，使用灵活，编程方便，环境适应广泛(一般的十六位机，如IBM/PC/XT，国产长城0520等均可运行种软件)，数据处理能力极强。数据库在我国正得到愈来愈广泛的应用，必将成为经济管理的有力工具。
数据库是通过数据库管理系统(DBMS-DATA BASE MANAGEMENT SYSTEM)软件来实现数据的存储、管理与使用的dBASELL就是一种数据库管理系统软件。
· 数据库结构与数据库种类
数据库通常分为层次式数据库、网络式数据库和关系式数据库三种。而不同的数据库是按不同的数据结构来联系和组织的。
1.数据结构模型
(1)数据结构
所谓数据结构是指数据的组织形式或数据之间的联系。如果用D表示数据，用R表示数据对象之间存在的关系集合，则将DS＝(D，R)称为数据结构。例如，设有一个电话号码簿，它记录了n个人的名字和相应的电话号码。为了方便地查找某人的电话号码，将人名和号码按字典顺序排列，并在名字的后面跟随着对应的电话号码。这样，若要查找某人的电话号码(假定他的名字的第一个字母是Y)，那么只须查找以Y开头的那些名字就可以了。该例中，数据的集合D就是人名和电话号码，它们之间的联系R就是按字典顺序的排列，其相应的数据结构就是DS＝(D，R)，即一个数组。(2)数据结构种类

数据结构又分为数据的逻辑结构和数据的物理结构。数据的逻辑结构是从逻辑的角度(即数据间的联系和组织方式)来观察数据，分析数据，与数据的存储位置无关。数据的物理结构是指数据在计算机中存放的结构，即数据的逻辑结构在计算机中的实现形式，所以物理结构也被称为存储结构。本节只研究数据的逻辑结构，并将反映和实现数据联系的方法称为数据模型。
目前，比较流行的数据模型有三种，即按图论理论建立的层次结构模型和网状结构模型以及按关系理论建立的关系结构模型。
2.层次、网状和关系数据库系统
(1)层次结构模型
层次结构模型实质上是一种有根结点的定向有序树(在数学中"树"被定义为一个无回的连通图)。例如图20.6.4是一个高等学校的组织结构图。这个组织结构图像一棵树，校部就是树根(称为根结点)，各系、专业、教师、学生等为枝点(称为结点)，树根与枝点之间的联系称为边，树根与边之比为1:N，即树根只有一个，树枝有N个。这种数据结构模型的一般结构见图20.6.5所示。
图20.6.4 高等学校的组织结构图 图20.6.5 层次结构模型
图20.6.5中，Ri(i＝1，2，…6)代表记录(即数据的集合)，其中R1就是根结点(如果Ri看成是一个家族，则R1就是祖先，它是R2、R3、R4的双亲，而R2、R3、R4互为兄弟)，R5、R6也是兄弟，且其双亲为R3。R2、R4、R5、R6又被称为叶结点(即无子女的结点)。这样，Ri(i＝1，2，…6)就组成了以R1为树根的一棵树，这就是一个层次数据结构模型。
按照层次模型建立的数据库系统称为层次模型数据库系统。IMS(Information Manage-mentSystem)是其典型代表。
(2)网状结构模型
在图20.6.6中，给出了某医院医生、病房和病人之间的联系。即每个医生负责治疗三个病人，每个病房可住一到四个病人。如果将医生看成是一个数据集合，病人和病房分别是另外两个数据集合，那么医生、病人和病房的比例关系就是M:N:P(即M个医生，N个病人，P间病房)。这种数据结构就是网状数据结构，它的一般结构模型如图20.6.7所示。在图中，记录Ri(i＝1，2，8)满足以下条件：
①可以有一个以上的结点无双亲(如R1、R2、R3)。
②至少有一个结点有多于一个以上的双亲。在"医生、病人、病房"例中，"医生集合有若干个结点(M个医生结点)无"双亲"，而"病房"集合有P个结点(即病房)，并有一个以上的"双亲"(即病人)。
图20.6.6 医生、病房和病人之间的关系
图20.6.7 网状结构模型
按照网状数据结构建立的数据库系统称为网状数据库系统，其典型代表是DBTG(Data Base Task Group)。用数学方法可将网状数据结构转化为层次数据结构。
(3)关系结构模型
关系式数据结构把一些复杂的数据结构归结为简单的二元关系(即二维表格形式)。例如某单位的职工关系就是一个二元关系(见表20.6.8)。这个四行六列的表格的每一列称为一个字段(即属性)，字段名相当于标题栏中的标题(属性名称)；表的每一行是包含了六个属性(工号、姓名、年龄、性别、职务、工资)的一个六元组，即一个人的记录。这个表格清晰地反映出该单位职工的基本情况。

表20.6.8 职工基本情况
通常一个m行、n列的二维表格的结构如表20.6.9所示。
表中每一行表示一个记录值，每一列表示一个属性(即字段或数据项)。该表一共有m个记录。每个记录包含n个属性。
作为一个关系的二维表，必须满足以下条件：
(1)表中每一列必须是基本数据项(即不可再分解)。(2)表中每一列必须具有相同的数据类型(例如字符型或数值型)。(3)表中每一列的名字必须是唯一的。(4)表中不应有内容完全相同的行。(5)行的顺序与列的顺序不影响表格中所表示的信息的含义。
由关系数据结构组成的数据库系统被称为关系数据库系统。
在关系数据库中，对数据的操作几乎全部建立在一个或多个关系表格上，通过对这些关系表格的分类、合并、连接或选取等运算来实现数据的管理。dBASEII就是这类数据库管理系统的典型代表。对于一个实际的应用问题(如人事管理问题)，有时需要多个关系才能实现。用dBASEII建立起来的一个关系称为一个数据库(或称数据库文件)，而把对应多个关系建立起来的多个数据库称为数据库系统。dBASEII的另一个重要功能是通过建立命令文件来实现对数据库的使用和管理，对于一个数据库系统相应的命令序列文件，称为该数据库的应用系统。因此，可以概括地说，一个关系称为一个数据库，若干个数据库可以构成一个数据库系统。数据库系统可以派生出各种不同类型的辅助文件和建立它的应用系统。
· 数据库的要求与特性
为了使各种类型的数据库系统能够充分发挥它们的优越性，必须对数据库管理系统的使用提出一些明确的要求。
1.建立数据库文件的要求
(1)尽量减少数据的重复，使数据具有最小的冗余度。计算机早期应用中的文件管理系统，由于数据文件是用户各自建立的，几个用户即使有许多相同的数据也得放在各自的文件中，因而造成存储的数据大量重复，浪费存储空间。数据库技术正是为了克服这一缺点而出现的，所以在组织数据的存储时应避免出现冗余。
(2)提高数据的利用率，使众多用户都能共享数据资源。
(3)注意保持数据的完整性。这对某些需要历史数据来进行预测、决策的部门(如统计局、银行等)特别重要。
(4)注意同一数据描述方法的一致性，使数据操作不致发生混乱。如一个人的学历在人事档案中是大学毕业，而在科技档案中却是大学程度，这样就容易造成混乱。
(5)对于某些需要保密的数据，必须增设保密措施。
(6)数据的查找率高，根据需要数据应能被及时维护。
2.数据库文件的特征
无论使用哪一种数据库管理系统，由它们所建立的数据库文件都可以看成是具有相同性质的记录的集合，因而这些数据库文件都有相同的特性：
(1)文件的记录格式相同，长度相等。
(2)不同的行是不同的记录，因而具有不同的内容。
(3)不同的列表示不同的字段名，同一列中的数据的性质(属性)相同。
(4)每一行各列的内容是不能分割的，但行的顺序和列的顺序不影响文件内容的表达。

3.文件的分类
对文件引用最多的是主文件和事物文件。其他的文件分类还包括表文件、备份文件、档案的输出文件等。下面将讲述这些文件。
(1)主文件。主文件是某特定应用领域的永久性的数据资源。主文件包含那些被定期存取以提供信息和经常更新以反映最新状态的记录。典型的主文件有库存文件、职工主文件和收帐主文件等。
(2)事务文件。事务文件包含着作为一个信息系统的数据活动(事务)的那些记录。这些事务被分批以构成事务文件。例如，从每周工资卡上录制下来的数分批存放在一个事务文件上，然后对照工资清单文件进行处理以便打印出工资支票和工资记录簿。
(3)表文件。表文件是一些表格。之所以单独建立表文件而不把表设计在程序中是为了便于修改。例如，一个公用事业公司的税率表或国内税务局的税率就可以存储在表中文件。
(4)备用文件。备用文件是现有生产性文件的一个复制品。一旦生产性文件受到破坏，利用备用文件就可以重新建立生产性文件。
(5)档案文件。档案文件不是提供当前处理使用的，而是保存起来作为历史参照的。例如，国内税务局(IRS)可能要求检查某个人最近15年的历史。实际上，档案文件恰恰是在给定时间内工作的一个"快照"。
(6)输出文件。输出文件包含将要打印在打印机上的、显在屏幕上的或者绘制在绘图仪上的那些信息的数值映象。输出文件可以是"假脱机的"(存储在辅存设备上)，当输出设备可用时才进行实际的输出。