（7）数据库技术 该技术的发展与计算机硬件、软件的发展紧密相关。大致经 历了三个阶段。 工管理阶段。20世纪50年代中期之前，计算机主要用于计 算，它需要的数据不多，外存储器也不大，只用简单的监控程序来 控制程序的运行。由于数据不长期保存在计算机中，程序中用到 的数据由程序员在应用程序中自行管理。程序员除了编制程序 外，还要考虑数据的逻辑定义和物理组织，以及数据在计算机中、 的物理存储方式，程序和数据混为一体。在需要引用数据时，直 接按照地址存取。 文件系统管理阶段。在20世纪50年代后期到60年代中 期，计算机外存中增加了磁盘、磁鼓以后，软件方面增加了操作系 统，其中的文件系统是专门管理数据库的软件。文件中的数据以 “记录”的形式存放，记录由某些相关的数据项所组成。每个用 户可以建立、修改和使用一个或多个文件。数据被组织成文件以 后就可以脱离处理它的程序面积而存在。用户在程序设计中只 需考虑数据的逻辑结构和物理特性，按规定的方式建立文件， 按规定的方式使用文件，而不需考虑数据在物理存储介质上的 位置。 数据库管理阶段。20世纪60年代以后，随着数据量急剧上 升，为克服文件系统的缺陷而产生了数据库技术。数据库系统使 数据在统一的控制下为尽可能多的应用程序服务，即实现数据的 共享。伺时使应用程序与数据尽可能地相互独立。在数据库技 术中，还提供了对数据的安全性、完整性、保密性进行统一控制的 数据库管理系统（简称DBMS）。数据库系统要求硬件有足够大 的内存存放操作系统、DBMS、应用程序等；还需要足够大的外存 存放大量的数据信息；要求软件有支持DBMS的操作系统和 DBMS本身。 DBMS对数据进行管理，是构成整个数据库系统运行的核 心，它起着用户的应用与整个数据库的接口作用，它接受、分析并 解释用户提出的命令请求，然后转到相应的处理程序中去操作 （检索、存储、更新）数据库中的数据。 数据库描述和模型。在数据处理_中，首先要将现实世界转换 成信息世界，再转换成机器世界。客观事物在信息世界中称为实 体。一个学生、一本书都是实体。实体的集合称为实体集。反映 实体之间的联系称为实体模型。实体具有属性，如一个人的身份 证号码。这类的属性又称为属性的值。唯一标识实体集中属性 的，称为关键字，如一个人的身份证号码。实体模型是一种静态 模型。 信息世界的信息在计算机中是以数据形式存储的。一个实 体的数据称为一个记录。标记实体属性的符号称为数据项。同 类记录的集合是一个文件，它描述一个实体集。能唯一标识记 录的一个或多个数据项的值称为文件的关键字。把组织文件的 关键字称为主关键字，把不能唯一标识记录的数据项称为辅关 键字。 数据项、记录、文件都是数据的重要单位，合称逻辑数据。当 把它们存储在计算机的存储介质上时就称为物理数据。 数据模型是对数据库系统的一个抽象模拟，表明数据库系统 中的信息如何表示和如何操作。一个数据模型由三部分组成：对 象类型集合，操作集合和完整性规则集合。其中对象类型是数据 模型最基本的部分，它将确定逻辑结构，即信息如何组织，这是我 们讨论的重点。操作提供对数据库操纵的手段（包括检索、修 改、定义可存取的数据集，定义存取权限等）。完整性规则是对 数据的存效状态的约束。 数据库系统可划分为三类：层次模型、网络模型和关系模型。 层次模型用树形结构表示0实体及其之间联系的模型。它 是由若干个基本层次联系组成的一棵树，树的每个结点代表一个 记录类型。该模型的实际存储数据由链按指针来体现联系。层 次模型有两点限制：一是有且仅有一个结点无交结点，此结点即 为树的根；二是其他结点有且仅有一个交结点。 网状模型是用网状结构表示实体及其之间联系的模型。网 中的每一个结点代表一个记录类型，联系用链接指针来实现。 网关模型和层次模型在本质上是一样的。从逻辑上看，它们 都是基本层次联系的集合，用结点表示实体，用有向边表示实体 间的联系。 面对对象的数据库是面向对象的概念与数据库技术相结合 的产物。面向对象模型中最基本的概念是对象和类。对象是现 实世界中实体的模型化。每个对象有一个唯一的标识符，并把一 个状态和一个行为封装在一起。类由两部分组成，其一是对象类 型；其二是对这个对象类型进行操作的方法。所有的类和子类组 成一个树状的类层次。 关系模型标志着数据库技术走向成熟。它用二维表的形式 来表示实体和实体问联系的数据模型。从用户观点来看，关系的 逻辑结构是一个二维表，在磁盘上以文件形式存储。关系模型的 最大优点就是简单，一个关系就是一个数据库表格，它是由行和 列组成，这样就简化了数据的设计。 数据库系统一般分为三级：面向用户的或应用程序员的外 级；面向建立和维护数据库人员的概念级；面向具体实现在计算 机中存储的人员的内级。各级有各自的描述语言和内容，数据在 各级之间进行转换或映射。描述信息和数据的格式及方法称为 模式。在外级的称为外模式，在概念级的称为概念模式，在内级 的称为内模式。 建立数据库系统的基本要求是能保证数据库的独立性、冗余 数据少、系统的用户接口简单、能够确保系统运行可靠、有重新组 织数据的能力。具有可修改性和可扩充性，能够充分描述数据间 的内在联系。 数据库技术研究的几个主要方向是：实现数据库的标准化， 研究现有的主要数据模型之间转换或者对现有的数据库进行简 化和统一；研制数据库计算机，以提高数据库系统执行的文件；改 善数据库设计方法，制定完善的工程规范，逐步提高数据库设计 的自动化程度；建立分布式的数据库系统，这是计算机网络技术 与数据库技术相结合的产物；创建智能数据库。 数据库技术中还有一个重要的问题是数据加密的问题。将 数据编成密码技术，是计算机通信或数据存储中对数据采取的一 项安全措施。在数据存储或传输前加工成密码数据或密码文件 称为加密。在使用这些数据和文件之前再将其还原成原来的样 子。称为解密。加密有三个目的：保证通信安全，使传输中的数据 只有指定的接收者才能了解其真意；接收者可以验证数据的真实 性，防止有人伪造密码数据；电子签名，发送者用加密的方法建立 一个签名，别人可以鉴定该签名的真实性，这在‘电子资金汇总系 统中有重要的用途。 为了节省信息的存储空间和提高信息的传输效率，对信息编 码长度进行压缩的技术称为数据压缩。这样做可以节省很大的 费用。 数据库管理系统是指用以描述、管理和维护数据库的程序系 统，是数据库系统的核心组成部分。它建立在操作系统的基础 上，对数据库进行统一的管理和控制。它主要有四个功能，第一， 描述数据库：描述数据库数据的逻辑结构、存储结构、语义信息和 保密要求等；第二，管理数据库：控制整个数据库系统的运行，控 制用户的并发性访问，检验数据的安全、保密与完整性，执行数据 检索、插入、删除、修改等操作；第三，维护数据库：控制数据库初 始数据的装入，记录工作日志，监视数据库性能，修改更新数据 库，重新组织数据库，恢复出现故障的数据库；第四，数据通信：组 织数据的传输。 数据库管理系统通常有三部分：数据描述语言及其翻译程 序；数据操作语言及其处理程序；数据库管理例行程序。
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