資料庫系統

[拼音]:shujuku xitong

[英文]:database systems

由資料庫及其管理軟體組成的系統。資料庫系統是為適應資料處理的需要而發展起來的一種較為理想的資料管理方法。

發展概況

人類社會離不開資訊和資料。新技術的不斷出現,生產力的高速發展,引起社會資訊量急劇增加,資料管理成了人類社會活動面臨的一個主要問題。計算機出現之前,人們通過各種報表、檔案來管理資料,分門別類地建立各種檢索工具。電子計算機的高速處理能力和大容量儲存器提供了實現資料管理自動化的條件。大量的資料按一定結構形式組織起來,存放於計算機的儲存裝置中。需要時能夠快速而有效地找出所需的資料。早期,資料管理任務由檔案系統執行。但是,檔案系統中的資料是面向應用的,每項應用各自建立自己的一組檔案,造成資料大量冗餘,浪費了儲存空間。檔案本身是無結構的、不易擴充的資訊集合,使用者程式和資料相互依賴,難於實現資料的共享,檔案系統還難於保證資料的安全和完整。60年代以來在傳統的檔案系統的基礎上發展了資料庫技術。1968年美國資料系統語言協會資料庫任務組(DBTG)提出關於資料庫技術的報告,並於1971年通過檔案,正式確定了資料庫設計的網路方法(DBTG方法),為資料庫技術奠定了基礎。1968年美國IBM公司研製的資訊管理系統(IMS),是著名的層次模型資料庫系統的典型代表。1970年,E.F.科德提出資料庫的關係模型,開創了資料庫的關係方法和資料庫規範化理論的研究。關係方法的出現促進了資料庫理論的研究,把資料庫的理論與技術推向了一個高階階段。資料庫系統的應用已深入到人類生活的各個領域,資料庫系統已成為資料處理的核心機構。

基本組成

資料庫系統一般由四個部分組成(圖1)。

(1)資料庫:即儲存在磁帶、磁碟、光碟或其他外存介質上、按一定結構組織在一起的相關資料的集合。一般說,資料庫的容量是很大的,資料按一定的組織結構存放,以便查詢利用。資料庫中的資料沒有不必要的冗餘,能為多種應用服務,且資料的儲存方式和位置相對地獨立於使用它們的程式。

(2)資料庫管理系統(DBMS):它是一組能完成描述、管理、維護資料庫的程式系統。它按照一種公用的和可控制的方法完成插入新資料、修改和檢索原有資料的操作。

(3)資料庫管理員 (DBA):負責設計、建立、維護、管理資料庫。

(4)使用者和應用程式:它們的操作是以資料庫中的資料為基礎進行的。每個使用者只用到資料庫中的一部分資料,不同使用者使用的資料常以多種方式重疊。

資料庫系統

資料庫系統

根據美國國家標準化協會關於資料庫系統的總結構的建議,整個資料庫系統分為三級(圖2):面向使用者或應用程式設計師的外級;面向建立和維護資料庫人員的概念級;面向具體實現在計算機中儲存資料人員的內級。各級有各自的描述語言和內容,資料在各級之間進行轉換或對映。描述資訊和資料的格式及方法稱為模式。在外級的稱為外模式,在概念級的稱為概念模式,在內級的稱為內模式。這樣一種結構使得資料庫系統的概念更加清楚,各級目的、功能、作用彼此界限分明。這種結構的思想已被國際上廣泛接受。

基本要求

對資料庫系統的基本要求是:

(1)能夠保證資料的獨立性。資料庫的使用者程式、資料邏輯結構與資料儲存結構之間應相對獨立,其中之一發生變化對其他二者不發生影響或影響很小。在資料處理系統中軟體費用佔很大比重,而且越來越大。對於軟體來說,資料和程式是同樣重要的因素,而且資料具有更大的穩定性。資料和程式相互獨立,有利於加快軟體開發速度,節省開發費用。

(2)冗餘資料少,資料共享程度高。

(3)系統的使用者介面簡單,使用者容易掌握,使用方便。

(4)能夠確保系統執行可靠,出現故障時能迅速排除;能夠保護資料不受非受權者訪問或破壞;能夠防止錯誤資料的產生,一旦產生也能及時發現。

(5)有重新組織資料的能力,能改變資料的儲存結構或資料儲存位置,以適應使用者操作特性的變化,改善由於頻繁插入、刪除操作造成的資料組織零亂和時空效能變壞的狀況。

(6)具有可修改性和可擴充性。

(7)能夠充分描述資料間的內在聯絡,不僅能夠描述簡單的資料邏輯結構,也能夠描述複雜的資料邏輯結構。

發展趨勢

資料庫系統的研究主要集中在以下幾個方面:

(1)實現資料庫標準化,建立通用的、標準化的資料庫,使使用者介面儘量簡單通用。一方面研究現有主要資料模型之間的相互轉換,另一方面對現行資料庫系統進行簡化和統一。

(2)研製資料庫計算機,設計專用的計算機硬體來實現部分或大部分資料庫管理系統的功能,從而減少資料庫的詢問執行時間,提高資料庫系統的執行效率。

(3)改善資料庫設計方法,制定完善的工程規範,逐步提高資料庫設計的自動化程度。

(4)建立分散式資料庫系統,這是資料庫技術和計算機網路技術相結合的產物。資料不是全部儲存在一臺計算機內,而是分散儲存在計算機網路中的各臺計算機中,以供分散在各地的使用者共享。

(5)建立智慧資料庫,將人工智慧方面的研究成果與資料庫技術結合起來,使資料庫包含更加豐富的語義資訊和邏輯功能。

參考書目

C.J.Date,An Introduction to Database Systems,3rd ed.,Addison-Wesley,Reading,Mass.,1981.

J.D.Ullman,Principles of Database Systems,2nd ed.,Computer Science Press,Rockville,1983.

參考文章

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