数据库及其数据库应用系统概述

正如本书前言所述，人类社会已经进入海量信息时代，在这样的时代，对于不断产生的庞大信息流数据流，数据的存储、搜索、加工利用总是需要一定的工具和手段，即数据库工具及数据库技术，因此可以说，当今时代也是数据库应用的时代。

本章将讨论数据库理论与应用的历史、现状与未来发展，讨论数据库的应用领域及其分类，分析数据、数据库和数据库应用系统的基本概念及其内涵、外延的扩张等。

1.1 数据库理论与应用开发的历史过程数据库是计算机科学技术领域发展最快、应用最广泛的重要分支之一，它已成为计算机信息系统和计算机应用系统的重要技术基础和人们工作与生活中不可缺少的一个应用科学分支。

数据库技术最早出现在20世纪60年代，经历过作为简单的数据存储工具的数据库（Data Base，DB）到数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）的历史过程；经历过从单一的数据库管理系统演变为与程序设计语言相联系的、高度智能化和人性化的数据库应用系统开发平台（如Visual Basic、Visual FoxPro、Visual C++、PowerBuilder、Borland Delphi等）相结合的历史过程，人们可以通过这样的开发平台开发或创建所需要的任意数据库应用系统；经历过从单机版的数据库应用系统开发平台到网络化或分布式数据库应用系统开发工具形成的过程，如Dreamweaver、Java、JSP、ASP等开发工具的相继出现；经历过从层次数据模型、网状数据模型到关系数据模型的发展过程；经历过从简单的数据库应用系统到集群化的数据库应用系统的历史变革。

1.1.1 数据库的发展阶段近50年来，数据库从概念到内容再到形式都已经发生了深刻的变革。

可以大致将数据库的发展划分为如下几个历史阶段。

1．20世纪60年代以前的文件处理阶段在20世纪60年代以前，数据库创建原理类似于传统的纸质介质的数表。

在进行商品数据库原理与系统开发教程2交易时，人们可以通过手工在纸质介质中画一个表格来记录商品交易的内容，如记录商品交易中的商品编号、商品名称、交易价格、交易数量、交易日期、交易金额以及经手人等，但一个纸质的表格存在诸多问题，它的记录不规范，一经形成便不能随意编辑修改，不能自动统计，不能进行有效的数据传递和方便的携带等，而且容易损坏。

因此，能否在计算机上设计一个系统，该系统能够创建一个类似的纸质表格，并能够通过这样的表格记录数据，就成为当时人们对于计算机应用开发的一个基本问题。

随着数据库技术的出现，这个问题就迎刃而解了。

人们可以通过计算机创建一个数据表，包括表头与表体两个部分，表头用于描述数据表记录栏目的名称，表体用于记录的具体内容，如表1-1所示。

表1-1商品交易记录表其中，表头中的每一个列标题称为字段名（field name），每一个列称为一个字段（field），如商品名称是一个字段名，交易单价是一个字段名等；在表体中，每一行称为一个记录行（record），每一行已经载有的记录称为一条记录，其中已经产生记录的行数称为记录数（record number）。

在当时，这样的一个表是作为一个文件在计算机上进行访问、记录和存取的，这样的文件称为数据库文件（data base file）。

目前一些数据库类型文件的扩展名为dbf就是这样得来的。

当然有的数据库类型的扩展名为db，意味着它是数据库文件，因此，这一阶段叫做文件处理阶段。

客观上，在这一阶段，人们还没有形成真正意义上的数据库概念，它仅相当于目前在一个Word 文档中创建一个数据表。

2．20世纪70年代的数据库管理系统阶段人们发现，对于一些事务的处理往往用一个数据文件还不能完全解决问题，需要多个数据表形成一个数据表的集合才能解决。

在这个数据表的集合中，表与表之间的数据或信息往往会存在一定的关系，因此作为独立的文件数据表系统不能满足数据处理的一般要求。

文件形式的数据表一次只能处理一个数据表，甚至一次操作只能处理表中的一条记录，缺少成批数据处理功能和数据表的关联功能，因此，一个广泛意义的数据库概念产生了，也就是说，数据库是数据表的集合，是进行数据存取、数据访问、数据搜索、数据关联的数据处理的工具。

数据处理应该是一个系统的范畴，由此数据库系统、尤其是数据库管理系统（DBMS）的概念就被提出来了。

在20世纪60年代末，世界上第一个商品化的数据库系统在美国应运而生。

对于数据库及其数据库的结构形式的研究也广泛兴起，其中包括层次结构和网状结构数据库的研究、关系数据库的研究、数据建模工具的研究、数据查询语言的研究、查询优化、索引技术的研究、事务管理的研究、并发控制和恢复的研究等，各种各样的数据库管理系统得到了开发与应用。

目前，最典型的具有代表性的数据库管理系统就是大型后台数据库管理系统Oracle，它已经在全世界得到广泛的认可和应用。

Microsoft Office各个版本中集成的Access应用程序，也是一个广泛应用的数据库管理系统，这是人第1章数据库及其数据库应用系统概述3人皆知的。

此外，许多的应用系统开发平台均带有自身的数据库管理系统，如Visual Basic 6.0的开发平台中，它自身带有一个可视化的数据库管理系统，用于创建数据库及其数据库中的数据表；在Borland Delphi应用系统开发平台中，它带有一个数据库桌面应用程序Database Desktop，可以快速创建数据表并采用适当的方法建立一个数据库。

对于数据库中的每一个数据表，可以通过该数据库管理系统对数据表进行编辑、浏览、查询等操作，从而实现对数据的管理，如图1-1所示。

图1-1 Borland Delphi的数据库管理系统3．20世纪80年代中期——先进数据库系统阶段我们已经知道，20世纪60年代作为文件系统的数据表是一个孤立的计算机文件，存在许多缺陷，因此，数据库管理系统（DBMS）得到了发展。

作为数据库管理系统，它是一种集数据库创建、数据表创建、数据收集、整理与加工于一体的工具，在此基础上，人们可以对已经存储的数据进行编辑、添加、删除、排序等操作。

但它是模式化的，也就是说，这样的数据库管理系统往往在处理数据时，其数据处理的格式是相对简单的、固定的、机械的，操作和应用会比较繁琐。

而在信息爆炸的今天，各个企业、事业或各类应用系统使用的单位信息往往是复杂的，不同单位的信息结构和类型往往存在很大的不同，因此对于数据的处理用一些数据库管理系统来进行是远远不能满足要求的。

因此，一种与应用程序相结合的方案便应运而生，这就是各种应用系统开发平台，在这些平台下，数据库管理系统仅仅是作为应用系统开发的基本工具，仅用于数据库或数据表的创建（注意：在20世纪90年代后期，数据库和数据表是两个不同的概念，数据库是数据表的集合，数据库中存在至少一个以上的数据表，而数据表则成为数据库的元素，每一个数据表用于存储各种类型的信息）。

而对于数据表的信息或数据的添加、删除、成批数据处理、数据报表的产生等，则通过应用程序的开发来完成，形成各种数据处理的窗口。

在这些窗口中，采用所谓的对象来对这些操作即事务进行处理，这就是面向对象编程技术的产生。

由于采用面向对象编程产生的数据库信息系统是针对具体企业的具体管理事务进行开发的，因此这样的数据库应用系统比基本的数据库管理系统在功能、灵活性、针对性和各种功能方面强大得多。

此外，数据库在支持数据信息类型方面也强大得多，它不仅可以存储、加工常规意义下的数据，即数字、数值或文本信息，还支持如图形、图像、声音、视频、消息与各种压缩格式的数据，因此，数据库在应用上越来越广泛。

数据库原理与系统开发教程4由于信息的复杂度越来越高，分散度越来越大，各种信息的关联与耦合成为必要，因此，在这一阶段，虽然人们使用过层次型数据库和网状型数据库，但关系数据库成为数据库应用中的主流数据库，几乎在一切的数据库应用系统的开发中，均采用关系数据库进行数据库的设计，从而可以通过开发的应用系统对各种复杂的相互关联的信息进行数据处理。

4．20世纪90年代至今——基于Web的数据库系统由于信息业务的复杂性，信息不仅从数量上剧增，而分散化的程度也正在加剧，信息收集、服务，加工和利用总是存在信息处理与信息发布分离的现象，人们已经不能完全采用在固定的地点或时间进行信息处理了，企业或事业单位的业务往往分布在全国各地甚至世界各地，因此，一种基于Internet、服务器与浏览器（Browse/Server，这种结构的应用系统称为B/S结构的应用系统）的应用系统开发成为必然，这种系统也就是基于网络技术的Web 数据库应用系统，而且具有分布式的特点。

因此，一般情况下，B/S结构的应用系统、Web数据库系统和分布式数据库系统是三个等价的概念。

分布式数据库系统是计算机网络技术与数据库技术相互渗透和有机结合的产物，主要研究在计算机网络上对于不同时间、不同地域的数据如何进行发布和处理的问题。

因此，在这一阶段，分布式数据库系统的基本原理和实现技术包括结构特点、功能方法、相关算法及系统的实现技术等得到广泛的研究。

在分布式的数据库应用系统中，关系模型是数据库系统中主流的数据模型，而分布式数据库管理系统在并发控制、数据丢失与恢复等方面兼容了集中式数据库管理系统（单机版本的数据库应用系统）的所有内容，因此这一阶段，分布式应用系统的开发就成为数据库应用系统开发的主流。

1.1.2 数据库及其数据库应用系统未来的发展方向从20世纪60年代以前最早使用文件系统存储数据的数据库算起，数据库已经有五十多年的发展历程，其间经历了20世纪60年代层次结构数据库和网状结构数据库的并存，20世纪70～80年代关系数据库的异军突起，20世纪90年代面向对象程序设计的出现与日益完善，到至今分布式应用程序的广泛应用，数据库的理论与研究已经发生了深刻的变革。

当今，信息的存储、组织、管理和访问依然是计算机技术研究最重要的领域之一。

近年来，随着科学技术、互联网络的飞速发展，电子商务及电子政务兴起，企业、政府、卫生体育、文化教育信息的来源、数量、形式和使用方式都发生了很大变化。

归结起来，数据库的理论研究和应用系统开发总的发展趋势如下。

1．关系数据库及其应用系统开发将在长时期内占据主导地位关系数据库的这种主导地位是由各类信息相互关联的特点所决定的。

目前，人类社会已经处于所谓的海量信息时代，信息很少以独立的形式出现，否则这样的信息往往仅作为一个消息，如一个单位的通告或通知，一个小型企业的零配件记录等，而这些信息的处理往往不需要采用数据库或数据库应用系统来解决。

信息处理系统往往针对复杂的信息流进行存储、加工与管理，信息流中的信息往往存在相对独立而又相互关联的关系。

比如，一个大中型企业的原材料采购、产品产生和产品销售、成本核算与销售利润等，涉及整个企第1章数据库及其数据库应用系统概述5业的各个部门、各个车间、各个职能机构乃至其他多个外部相关企业或事业单位，因此，孤立的数据处理已经不能完全满足生产管理的要求。