数据库的发展及选择

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  【摘 要】 本文先介绍了DB,DBS和DBMS三者的关系,然后从数据库的发展历史、经历的过程,进行了比较、分析和研究,指出了各代数据库的特点和不足,给使用者提供了选择数据库的参考依据,并对今后数据库的发展方向进行了展望。
  【关键词】 数据库(DB) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS)
  人们每天要面对大量的信息,信息管理和数据处理自然成了计算机应用的一个主要领域。随着计算机技术的发展和普及,各行各业的管理部门需要由计算机处理大量的信息。计算机管理数据随着计算机的发展而不断发展,利用计算机对数据进行处理经历了四个阶段,即:人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段和分布式数据库系统阶段。显而易见数据库技术始终是这一领域中的核心。所谓数据库DataBase(DB),是按一定方式把相关数据组织、存储在计算机中的数据集合,数据库不仅存放数据,而且还存放数据之间的联系。数据库管理系统DataBase Manage System(DBMS)是指帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统,主要包括数据描述语言、数据操作语言以及其他管理和控制程序三个部分。数据库系统DataBase System(DBS)是指引进数据库技术的的计算机系统,包括硬件系统,数据库集合、数据库管理系统和相关软件、数据库管理员、用户等五部分。由此可见,三者之间是DBS包括DB和DBMS。现在,各种各样的数据库被广泛应用在各个领域中,选择一个优秀的数据库管理系统作为开发平台,将给日后的信息处理带来极大方便。下面我介绍一下数据库的发展及如何选择适用的数据库,希望能给您的工作带来启示。
  一、数据库技术的发展史
  数据模型是数据库系统的核心和基础。因此,对数据库技术发展阶段的划分应该以数据模型的发展演变作为主要依据和标志。总体说来,数据库技术从开始到现在一共经历了三个发展阶段:第一代是网状、层次数据库系统,第二代是关系数据库系统,第三代是以面向对象数据模型为主要特征的数据库系统。
  第一代包括网状和层次数据库系统,是因为它们的数据模型虽然分别为层次和网状模型,但实质上层次模型只是网状模型的特例而已。这二者都是格式化数据模型,都是在60年代后期研究和开发的,不论是体系结构、数据库语言,还是数据的存储管理,都具有共同特征,所以它們应该划分为一代。
  第二代数据库系统支持关系数据模型。关系模型不仅具有简单、清晰的优点,而且有关系代数作为语言模型,有关系数据理论作为理论基础。因此关系数据库具有形式基础好、数据独立性强、数据库语言非过程化等特点,这些特点是数据库技术发展到了第二代的显著标志。虽然关系数据模型描述了现实世界数据的结构和一些重要的相互联系,但是仍然不足以抓住和表达数据对象所具有的丰富而重要的语义,因而它属于语法模型。
  第三代数据库系统的特征是数据模型更加丰富,数据管理功能更为强大,能够支持传统数据库难以支持的新的应用需求。
  二、纵横数据库
  回顾数据库的发展历史,展望数据库的未来发展趋势。
  2.1 两代演变终成正果
  数据库兴起于20世纪60年代末期,历经两代的演变。在短短的30年里,它从第一代层次与网络数据库系统和第二代关系数据库系统,发展到第三代以面向对象数据模型为主要特征的新一代数据库系统。正是因为人们致力于对数据库的理论研究和系统开发,今天的数据库技术才与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术等互相渗透、有机结合,而成为计算机信息系统和应用系统的重要技术支柱。
  在前两代数据库发展史上,有三个标志性事件。第一个是IBM公司在1969年研发出数据库管理系统的商品化软件IMS,第二个是美国数据库系统语言协会于60年代末70年代初提出DBTG(Data Base Task Group)报告,它们分别标志着层次和网络数据库模型的成熟。而第三个事件更具有划时代的意义:IBM公司的研究员E.F.Codd在1970年发表了题为“大型共享数据库数据的关系模型”论文,从此创建了具有极大商业化潜能的关系数据库模型,他也因此而获得了计算机界极具权威的ACM图灵奖。这三件大事标志着数据库系统的研发取得了辉煌成就,特别是相继出现的商品化关系数据库管理系统更是标志着关系数据库系统已经接近顶峰。
  2.2 三代应用再创辉煌
  随着计算机应用领域的迅速扩大,第三代数据库系统应运而生。与前两代数据库主要针对商业事务处理不同,新一代数据库的应用变得更加广泛:工程数据库应用、地理信息系统、多媒体信息系统、科学与统计数据库应用等,不胜枚举。即使是面对着下一代数据库技术将向何处去的问题,最新的数据库管理系统--扩展关系数据库系统、面向对象的数据库系统、分布式数据库系统、并行数据库系统以及专家数据库系统、数据仓库等--也以其先进强大的技术和日趋完善的管理功能逐渐影响和渗透到包括商业事务处理在内的其它各个领域,我们没有理由不相信:这些新兴的数据库技术将在计算机应用的发展中为人类做出更大的贡献。
  三、精选数据库
  在介绍了数据库的基本知识后,您是否已有些心动,也想掌握这个强大的工具。那么,跟我一起来选择数据库系统吧。面对众多的数据库系统您可不要不知所措。目前流行着相当多的数据库系统,大的如Orcacl 、Informix 和DB2等,小的如Visual FoxPro、 dBase 和Access等。它们各有所长,能分别满足不同层次的需要:Orcacl以稳定性著称,Informix因先进性闻名,它们适合建立工程、企业等大型数据库;而Visual FoxPro简单快速,Access小巧便捷,能很好的为家庭及中小型数据库服务。在众多的数据库系统中,有几个数据库系统异军突起,成为应用最广泛、市场最流行的数据库平台,SQL Server 、Delphi 和Visual FoxPro是其中的佼佼者。   下面我将分别向您介绍。先说SQL Server,从某种意义上来说它不能算是大型数据库。因为目前它只能在Windows NT下运行,而不能移植到其它操作系统上,但它凭借其极少的数据冗余、较高的数据库访问效率而成为目前最受欢迎的大中型企业级数据库,与Orcacl和Informix相比,SQL Server的应用性更好,它使较大的数据库也非常容易维护,特别适合那些要建立大中型数据库又不是很精通数据库平台的朋友。相比之下,Delphi 和Visual FoxPro则更多的立足个人或中小型数据数据库的应用,而且它们都是基于面向对象的数据库前端开发工具。就Delphi来说,它的优点是能够快捷地产生界面应用程序。在数据库应用设计方面,也具有强大的功能:开发一个较大的数据库应用往往只要很短的时间即可完成,特别是它提供的用于数据库访问和控制的可视控件能为程序设计带来极大的方便。VFP(Microsoft Visual FoxPro)关系型数据库系统是新一代小型数据库管理系统的典型代表,是迄今为止速度最快的数据库管理系统,它能够简化用户数据库管理,使得数据的组织、定义数据库规则和创建應用程序等工作更加简单便捷,仅仅利用系统提供的可视化设计工具向导就可以快速创建表、查询和视图。另外它还提供了一个集成化开发环境,包括面向对象的编程工具等。另外,它能够管理大量复杂的数据信息,同时具有很好的安全性和较强的网络功能,能够实现数据的远程访问和存储加工。所以VFP以极其强大的性能、丰富而又完整的设计工具、较高的处理速度、友好的用户界面以及完备的兼容性等等方面的突出特点,深受广大用户的喜爱。在这两个开发工具中,您任选其一就能较好地完成对数据库的创建和维护。就是需要在平台之间相互移植,它们也是相当的方便,易学易用。
  四、数据库系统的组成部分及联系
  数据库系统一般由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数据库管理员和用户构成
  4.1 硬件平台及数据库
  由于数据库系统数据量都很大,加之DBMS丰富的功能使得自身的规模也很大,因此整个数据库系统对硬件资源提出了较高的要求,这些要求是:
  (1)足够大的内存,存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序。
  (2) 有足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库,有足够的磁带(或微机软盘)作数作备份。
  (3) 要求系统有较高的通道能力,以提高数据传送率。
  4.2 软件
  数据库系统的软件主要包括:
  (1)DBMS。DBMS是为数据库的建立、使用和维护配置的软件。
  (2)支持DBMS运行的操作系统。
  (3)具有与数据库接口的高级语言及其编译系统,便于开发应用程序。
  (4)以DBMS为核心的应用开发工具。
  应用开发工具是系统为应用开发人员和最终用户提供的高效率、多功能的应用生成器、第四代语言等各种软件工具。它们为数据库系统的开发和应用提供了良好的环境。
  (5)为特定应用环境开发的数据库应用系统。
  4.3 人员
  开发、管理和使用数据库系统的人员主要是:数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员和最终用户。不同的人员涉及不同的数据抽象级别,具有不同的数据视图,如图1.30所示,其各自的职责分别是:
  1.数据库管理员(DataBase Administrat
  or,简称 DBA)在数据库系统环境下,有两类共享资源。一类是数据库,另一类是数据库管理系统软件。因此需要有专门的管理机构来监督和管理数据库系统。DBA则是这个机构的一个(组)人员,负责全面管理和控制数据库系统。具体职责包括:
  (1)决定数据库中的信息内容和结构
  数据库中要存放哪些信息,DBA要参与诀策。因此DBA必须参加数据库设计的全过程,并与用户、应用程序员、系统分析员密切合作共同协商,搞好数据库设计。
  (2)决定数据库的存储结构和存取策略
  DBA要综合各用户的应用要求,和数据库设计人员共同决定数据的存储结构和存取策略以求获得较高的存取效率和存储空间利用率。
  (3)定义数据的安全性要求和完整性约束条件
  DBA的重要职责是保证数据库的安全性和完整性。因此DBA负责确定各个用户对数据库的存取权限、数据的保密级别和完整性约束条件。
  (4)监控数据库的使用和运行
  DBA还有一个重要职责就是监视数据库系统的运行情况,及时处理运行过程中出现的问题。比如系统发生各种故障时,数据库会因此遭到不同程度的破坏,DBA必须在最短时间内将数据库恢复到正确状态,并尽可能不影响或少影响计算机系统其他部分的正常运行。为此,DBA要定义和实施适当的后备和恢复策略。如周期性的转储数据、维护日志文件等。有关这方面的内容将在下面做进一步讨论。
  (5)数据库的改进和重组重构
  DBA还负责在系统运行期问监视系统的空间利用率、处理效率等性能指标,对运行情况进行记录、统计分析,依靠工作实践并根据实际应用环境,不断改进数据库设计。不少数据库产品都提供了对数据库运行状况进行监视和分析的实用程序,DBA可以使用这些实用程序完成这项工作。
  另外,在数据运行过程中,大量数据不断插入、删除、修改,时间一长,会影响系统的性能。因此,DBA要定期对数据库进行重组织,以提高系统的性能。
  ①当用户的需求增加和改变时,DBA还要对数据库进行较大的改造,包括修改部分设计,即数据库的重构造。②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,要和用户及DBA相结合,确定系统的硬件软件配置,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。数据库设计人员必须参加用户需求调查和系统分析,然后进行数据库设计。在很多情况下,数据库设计人员就由数据库管理员担任。③应用程序员应用程序员负责设计和编写应用系统的程序模块,并进行调试和安装。④用户 这里用户是指最终用户(End User)。最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库。常用的接口方式有浏览器、菜单驱动、表格操作、图形显示、报表书写等,给用户提供简明直观的数据表示。
  五、数据库系统的特点和功能
  5.1 数据库系统的特点
  数据库管理系统将具有一定结构的数据组成一个集合,它主要具有以下几个特点:
  1. 数据的结构化。数据库中的数据并不是杂乱无章、毫不相干的,它们具有一定的组织结构,属于同一集合的数据具有相似的特征。
  2. 数据的共享性。在一个单位的各个部门之间,存在着大量的重复信息。使用数据库的目的就是要统一管理这些信息,减少冗余度,使各个部门共同享有相同的数据。
  3. 数据的独立性。数据的独立性是指数据记录和数据管理软件之间的独立。数据及其结构应具有独立性,而不应该去改变应用程序。
  4. 数据的完整性。数据的完整性是指保证数据库中数据的正确性。可能造成数据不正确的原因很多,数据库管理系统通过对数据性质进行检查而管理它们。
  5. 数据的灵活性。数据库管理系统不是把数据简单堆积,它在记录数据信息的基础上具有很多的管理功能,如输入、输出、查询、编辑修改等。
  6. 数据的安全性。根据用户的职责,不同级别的人对数据库具有不同的权限,数据库管理系统应该确保数据的安全性。
  5.2 数据库系统的功能
  一个好的数据库管理系统应具有很多功能,其中最基本的有以下3种:
  1. 数据定义
  数据库管理系统提供定义数据类型和数据存储形式的功能。每个记 录的每个字段中的信息为一个数据。因记录的信息不同,其数据类型也应不同。通过定义数据类型,可以在一定程度上保证数据的完整性。最简单的要求是,完整性规则应保证不能在定义为数字的字段中存放文本类型的数据。
  2. 数据操作
  数据库管理系统提供多种处理数据的方式。例如,在一张表中查找信息或者在几个相关的表或文件中进行复杂的查找;使用相应的命令更新一个字段或多个记录的内容;用一个命令对数据进行统计,甚至可以使用数据库管理系统工具进行编程,以实现更加复杂的功能。
  3. 数据控制 数据库管理系统对数据提供一定的保护措施,从而保证在多个用户共享数据时,只有被授权的用户才能查看或修改数据。
  介紹完这些优秀的数据库管理系统,祝愿您能有些收获。
  参考文献
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