1.1 数据库的基本概念

数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心，是一种计算机辅助管理数据的方法，研究如何组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。

在系统地学习数据库技术之前，需要先了解数据库技术中涉及的基本概念，主要包括：信息、数据、数据处理、数据库、数据库管理系统以及数据库系统。

1. 信息（Information）

信息是现实世界事物的存在方式或运动状态的反映，它通过符号（如文字、图像等）和信号（如有某种含义的动作、光电信号等）等具体形式表现出来。信息具有可感知、可存储、可加工、可再生等自然属性，是各行各业不可或缺的资源。

2. 数据（Data）

数据是描述事物的符号记录，可以是数字、文字、图形和声音等。数据是数据库中存储的基本对象，是信息的载体。人们在日常生活中为了交流信息，需要描述各种各样的事物，这时采用的通常是自然语言。例如，在学校内要描述一个学生通常会说：“张三丰是一名2017年入学的信息工程系的男学生，1999年9月出生，河南人”。但是计算机是不能直接识别以上自然语言的。在计算机中，为了存储和处理这些事物，就需要抽取出这些事物的部分特征，组成一条记录来描述。例如，我们对学生最感兴趣的是姓名、性别、出生日期、籍贯、系别、入学时间，可以这样来描述一个学生：

（张三丰，男，1999.9，河南，信息工程系，2017）

以上这条记录就是数据。对于这条记录，了解其含义的人会得到如下信息：张三丰是一名学生，男，2017年入学，在信息工程系学习，1999年9月出生，河南人。而不了解其含义的人，就不能得出以上信息。可见，数据的形式还不能完全表达其内容，需要经过数据解释。所谓数据解释就是对数据含义的说明，数据的含义称为数据的语义，也就是数据承载的信息，数据与其语义是不可分的。因此，数据是信息的载体，是符号表示；信息是数据的内容，是数据解释。

3. 数据库（Database，简称DB）

数据库，简单来说，就是存放数据的仓库。只不过这个仓库是长期存储在计算机中的，是有组织的、可共享的相关数据集合。数据库具有如下特性。

（1）数据库是具有逻辑关系和确定意义的数据集合。

（2）数据库是针对明确的应用目标而设计、建立和加载的。每个数据库都具有一组用户，并为这些用户的应用需求服务。

（3）一个数据库反映了客观事物的某些方面，而且需要与客观事物的状态始终保持一致。

（4）数据库中存放的数据独立于应用程序。数据的存取操作由数据库管理系统（DataBase Management System，简称DBMS）负责，极大减少了应用程序维护的成本。而且数据库中的数据可以被新的应用程序所使用，增强了数据库的共享性和易扩充性。

（5）数据库集中了各种应用程序的数据，这些数据可以长期存储在计算机的辅助存储器中，用户只有向数据库管理系统提出某些明确请求时，才能到数据库中对数据进行各种操作。

（6）数据库将多个应用程序的数据统一存储并集中使用，将数据库中的多个文件组织起来，相互之间建立密切的联系，尽可能避免同一数据的重复存储，减少和控制了数据冗余，保证了整个系统数据的一致性。

4. 数据库管理系统（DataBase Management System，简称DBMS）

数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过数据库管理系统访问数据库中的数据，数据库管理员也通过数据库管理系统进行数据库的维护工作。数据库管理系统使多个应用程序和用户可以用不同的方法在同一时刻或不同时刻去建立、修改和询问数据库。数据库管理系统是数据库系统的核心，是管理数据的软件，是数据库系统的一个重要组成部分。数据库管理系统帮助用户把抽象的逻辑数据处理转换为计算机中具体的物理数据处理。这样，用户可以对数据进行抽象的逻辑处理，而不必理会这些数据在计算机中的布局和物理位置。

数据库管理系统功能强大，主要包括以下几个方面。

（1）数据定义功能：数据库管理系统提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL）用于描述数据的结构、约束性条件和访问控制条件，为数据库构建数据框架，以便操作和控制数据。

（2）数据操纵功能：数据库管理系统提供数据操纵语言（Data Manipulation Language， DML）用于操纵数据，实现对数据库的基本操作，如：追加、删除、更新、查询等。数据库管理系统对相应的操作过程进行确定和优化。

（3）数据库的运行管理功能：包括多用户环境下的并发控制、安全性检查和存取限制控制，完整性检查和执行，运行日志的组织管理，事务的管理和自动恢复。这些功能保证了数据库系统的正常运行。

（4）数据组织、存储与管理功能：数据库管理系统要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等，需确定以何种文件结构和存取方式在存储级别上组织这些数据，以及如何实现数据之间的联系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率，选择合适的存取方法以提高存取效率。

（5）数据库的保护功能：数据库管理系统对数据库的保护通过4个方面来实现：数据库的恢复、数据库的并发控制、数据库的完整性控制、数据库的安全性控制。数据库管理系统的其他保护功能还有系统缓冲区的管理以及数据存储的某些自适应调节机制等。

（6）数据库的维护功能：包括数据库的数据载入、转换、转储，数据库的重组织以及性能监控等功能，这些功能由各个实用程序来完成。

（7）数据库接口功能：数据库管理系统提供数据库的用户接口，以适应各类不同用户的不同需要。

5. 数据库系统（Database System，简称DBS）

数据库系统是计算机系统的重要组成部分，是指引入了数据库后的计算机系统。DBS通常由硬件、软件、数据库、人员组成。

（1）硬件：构成计算机系统的各种物理设备，包括存储所需的外部设备。硬件的配置应能满足整个数据库系统的需要。

（2）软件：包括操作系统、数据库管理系统及应用程序。

（3）数据库：长期存储在计算机内的，有组织，可共享的数据的集合。

（4）人员：主要有4类。

第一类为系统分析员和数据库设计人员。系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，他们和最终用户及数据库管理员一起确定系统的硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。数据库设计人员负责数据库中数据的确定，数据库各级模式的设计。

第二类为应用程序员。他们负责编写使用数据库的应用程序。这些应用程序可对数据进行检索、建立、删除或修改。

第三类为最终用户。他们利用系统的接口或查询语言访问数据库。

第四类为数据库管理员（DataBase Administrator，简称DBA）。他们负责数据库的总体信息控制。DBA的具体职责包括：决定数据库中的信息内容和结构，决定数据库的存储结构和存取策略，定义数据库的安全性要求和完整性约束条件，监控数据库的使用和运行，改进数据库的性能，对数据库进行重组和重构，以提高系统的性能。

数据库系统的结构如图1-1所示。