淺談數(shù)據(jù)庫

孫凱+肖偲迪+陳冉

摘 要：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是作為商業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)化管理的早期方法而產(chǎn)生的，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目的是為了管理大量信息。對數(shù)據(jù)的管理既涉及信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的定義，又涉及信息操作機(jī)制的提供。如今，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為所有企業(yè)不可或缺的組成部分。自動(dòng)提款機(jī)的出現(xiàn)使用戶可以直接和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。計(jì)算機(jī)的電話界面也使得用戶可以直接和數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。數(shù)據(jù)庫的研發(fā)和使用極大地緊密了我們與數(shù)據(jù)的聯(lián)系。本文主要從數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；模型；設(shè)計(jì)

1 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是一種基于數(shù)據(jù)庫的模型，它是對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。數(shù)據(jù)模型能夠較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界，容易被人們理解，數(shù)據(jù)數(shù)模型能夠在計(jì)算機(jī)上方便地實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型實(shí)際上是模型化數(shù)據(jù)和信息的工具。根據(jù)模型的目的，可以將模型分為概念層數(shù)據(jù)模型和組織層數(shù)據(jù)模型。

概念層數(shù)據(jù)模型是從數(shù)據(jù)的應(yīng)用語義視角來抽取模型并按照用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行模擬的，這類模型主要用于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)階段。反映了現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有價(jià)值的信息結(jié)構(gòu)。概念數(shù)據(jù)模型用于對信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)到信息的第一層抽象，它能簡單、清晰的被用戶理解。常用的概念層數(shù)模型有實(shí)體-聯(lián)系模型、語義對象模型，其中，實(shí)體-聯(lián)系模型所描述的現(xiàn)實(shí)世界的信息是企業(yè)模式。采用E-R方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，這是目前描述信息結(jié)構(gòu)最常用的方法。

組織層數(shù)據(jù)模型是從數(shù)據(jù)的組織形式來描述信息，目前，在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展中，主要使用層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ退姆N，而關(guān)系模型是重要的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括關(guān)系、元組、屬性、主鍵幾個(gè)關(guān)鍵要素。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作隨想是集合，不管是操作的數(shù)據(jù)還是結(jié)果都以表的形式存在。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作主要包括四種：查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)完整性約束是指存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是有意義的或正確的，它的數(shù)據(jù)完整性約束條件主要有實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。實(shí)體完整性指的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫中所有的表都必須有主鍵；參照完整性是描述實(shí)體間的聯(lián)系的；用戶定義的完整性是針對某一具體應(yīng)用領(lǐng)域定義的數(shù)據(jù)約束條件。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從數(shù)據(jù)庫管理角度看，數(shù)據(jù)庫通常采用三級模式結(jié)構(gòu)。從最終角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)、文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等。

模式是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及型的描述，并沒有具體的值。三級模式結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)的外模式、模式和內(nèi)模式。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)，表示了整個(gè)數(shù)據(jù)庫的最底層；外模式是用戶所看到的數(shù)據(jù)視圖。它是對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中感興趣的整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的局部描述，用于滿足不同數(shù)據(jù)庫用戶需求的數(shù)據(jù)視圖。數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。模式是介于內(nèi)模式和外模式之間的，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。概念模式表示數(shù)據(jù)庫中的全部信息，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間層，不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境。在這里簡要說明一下三級模式結(jié)構(gòu)：第一，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的模式一定是關(guān)系的，在該層可見的實(shí)體是關(guān)系的表和關(guān)系的操作符。第二，外模式是接近關(guān)系的，它的內(nèi)容來自模式。比如記錄學(xué)生的姓名、性別就是一個(gè)外模式。第三，內(nèi)模式不是關(guān)系的，它主要關(guān)注的是用戶的數(shù)據(jù)視圖。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，是指利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)針對具體的應(yīng)用對象構(gòu)建適合的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)及其應(yīng)用系統(tǒng)，能夠有效地收集、存儲(chǔ)、操作和管理數(shù)據(jù)。從本質(zhì)上講，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行密切聯(lián)系的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的工作量大。涉及的范圍很廣。需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和為維護(hù)，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的三大步驟。

需求分析主要是收集信息并進(jìn)行分析和整理，為后續(xù)的各個(gè)階段提供充足的信息，這是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)，也是最耗時(shí)間的步驟。利用信息需求定義設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)得到的所有信息，明確所需要的數(shù)據(jù)，處理需求定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的操作功能，描述操作的優(yōu)先次序。安全性要求描述系統(tǒng)中不同用戶對數(shù)據(jù)庫的使用和操作情況，完整性要求描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和數(shù)據(jù)的范圍?；谝陨蠋c(diǎn)，可以更快、更好地完成需求分析。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在數(shù)據(jù)庫需求分析的基礎(chǔ)上，逐步形成對數(shù)據(jù)庫概念、邏輯、物理結(jié)構(gòu)的描述。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是信息結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，它將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是將概念設(shè)計(jì)中的基本E-R模型轉(zhuǎn)換為具體的組織數(shù)據(jù)模型，并對組織層數(shù)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對已經(jīng)確定的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，以較優(yōu)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存取路徑、位置為設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出高效的、可實(shí)現(xiàn)的物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行和維護(hù)主要有四個(gè)方面：第一，數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定期的備份能及時(shí)恢復(fù)出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)庫資料。第二，數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性控制。第三，監(jiān)視、分析、調(diào)整數(shù)據(jù)性能。第四，數(shù)據(jù)庫的重組。

隨著信息管理水平的提高，信息已成為企業(yè)的重要資源和財(cái)富。而作為管理信息的數(shù)據(jù)庫技術(shù)也得到了極大的應(yīng)用發(fā)展。到今天，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門比較成熟的技術(shù)，訪問數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為每個(gè)人生活中不可或缺的一部分。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運(yùn)行維護(hù)方面還需我們繼續(xù)努力，使數(shù)據(jù)庫技術(shù)為每一個(gè)用戶帶來便利。

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