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第6章数据库设计基础知识

本章主要讨论数据库设计的基本概念和方法。首先介绍数据库的基本概念,包括数据库技术的发展历程以及数据模型、数据库管理系统等基本概念;其次介绍主流的关系数据库概念以及关系数据库设计的基础理论方法;然后介绍数据库设计的基本步骤和方法;最后,介绍新型的NoSQL数据库的基本概念。

6.1数据库基本概念

数据(Data)是描述事物的符号记录,它具有多种表现形式,可以是文字、图形、图像、声音和语言等。信息(Information)是现实世界事物的存在方式或状态的反映。信息具有可感知、可存储、可加工、可传递和可再生等自然属性,信息已是社会各行各业不可缺少的资源,这也是信息的社会属性。数据是信息的符号表示,而信息是具有特定释义和意义的数据。

数据库系统(DataBaseSystem,DBS)是一个采用了数据库技术,有组织地、动态地存储大量相关联数据,从而方便多用户访问的计算机系统。广义上讲,DBS包括了数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,DBMS)。

数据库(DataBase,DB)是统一管理的、长期储存在计算机内的,有组织的相关数据的集合。其特点是数据间联系密切、冗余度小、独立性较高、易扩展,并且可为各类用户共享。一般主要指的是存储数据的各种物理设备以及数据本身。

DBMS是数据库系统的核心软件,是由一组相互关联的数据集合和一组用以访问这些数据的软件组成。DBMS要在操作系统的支持下工作,它是一种解决如何科学地组织和储存数据,如何高效地获取和维护数据的系统软件。其主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理和数据库的建立与维护。

6.1.1数据库技术的发展

数据处理是对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动。数据管理是对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的活动。数据管理技术的发展经历了3个阶段:人工管理、文件系统和数据库系统阶段。

1.人工管理阶段

早期的数据处理都是通过手工进行的,因为当时的计算机主要用于科学计算。计算机上没有专门管理数据的软件,也没有诸如磁盘之类的设备来存储数据。在人工管理阶段,数据处理具有以下几个特点。

(1)数据量较少。

数据和程序一一对应,即一组数据对应一个程序,数据面向应用,独立性很差。

(2)数据不保存。

该阶段计算机主要用于科学计算,一般不需要将数据长期保存,只在计算一个题目时,将数据输入计算机,计算完成得到计算结果即可。

(3)没有软件系统对数据进行管理。

程序员不仅要规定数据的逻辑结构,而且在程序中还要设计物理结构,包括存储结构、数据存取方法、输入输出方式等。

手工处理数据有两个缺点。

(1)应用程序与数据之间的依赖性太强,不相互独立。

(2)数据组和数据组之间可能有许多重复数据,造成数据冗余。

2.文件系统阶段

由于大容量的磁盘等辅助存储设备的出现,专门管理辅助存储设备上数据的文件系统应运而生。在文件系统中,按一定的规则将数据组织成为一个文件,应用程序通过文件系统对文件中的数据进行存取和加工。

在文件系统阶段中数据管理的特点如下。

(1)数据可以长期保留,数据的逻辑结构和物理结构有了区别,程序可以按照文件名称访问文件,不必关心数据的物理位置,由文件系统提供存取方法。

(2)数据不属于某个特定的应用,即应用程序和数据之间不再是直接的对应关系,数据可以重复使用。但是文件系统只是简单地存取数据,相互之间并没有有机的联系,即数据存取依赖于应用程序的使用方法,不同的应用程序仍然很难共享同一数据文件。

(3)文件组织形式的多样化,有索引文件、链接文件和Hash文件等。但文件之间没有联系,相互独立,数据间的联系要通过程序去构造。

文件系统具有如下缺点。

(1)数据冗余(DataRedundancy)。

文件与应用程序密切相关,相同的数据集合在不同的应用程序中使用时,经常需要重复定义、重复存储,数据冗余度大。

(2)数据不一致性(DataInconsistency)。

由于相同数据的重复存储,单独管理,同样的数据可能存在于多个不同的文件中,给数据的修改和维护带来难度,容易造成数据的不一致。

(3)数据孤立(DataIsolation),即数据联系弱。

由于数据分散在不同的文件中,而这些文件可能具有不同的文件格式,文件之间是孤立的,所以从整体上看文件之间没有反映现实世界事物之间的内在联系,因此很难对数据进行合理的组织以适应不同应用的需要。

3.数据库系统阶段

数据库系统是由计算机软件、硬件资源组成的系统,它有组织地、动态地存储大量关联数据,方便多用户访问,它与文件系统重要的区别是数据的充分共享、交叉访问、与应用程

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