淺談數據庫

孫凱+肖偲迪+陳冉

摘 要：數據庫系統是作為商業數據計算機化管理的早期方法而產生的，設計數據庫系統的目的是為了管理大量信息。對數據的管理既涉及信息存儲結構的定義，又涉及信息操作機制的提供。如今，數據庫已經成為所有企業不可或缺的組成部分。自動提款機的出現使用戶可以直接和數據庫進行交互。計算機的電話界面也使得用戶可以直接和數據進行交互。數據庫的研發和使用極大地緊密了我們與數據的聯系。本文主要從數據模型、系統結構和數據庫設計三個方面進行分析。

關鍵詞：數據庫；模型；設計

1 數據模型

數據模型是一種基于數據庫的模型，它是對現實世界數據特征的抽象。數據模型能夠較真實地模擬現實世界，容易被人們理解，數據數模型能夠在計算機上方便地實現。數據模型實際上是模型化數據和信息的工具。根據模型的目的，可以將模型分為概念層數據模型和組織層數據模型。

概念層數據模型是從數據的應用語義視角來抽取模型并按照用戶的觀點對數據和信息進行模擬的，這類模型主要用于數據庫的設計階段。反映了現實系統中有價值的信息結構。概念數據模型用于對信息世界的建模，是現實到信息的第一層抽象，它能簡單、清晰的被用戶理解。常用的概念層數模型有實體-聯系模型、語義對象模型，其中，實體-聯系模型所描述的現實世界的信息是企業模式。采用E-R方法對數據進行模擬，這是目前描述信息結構最常用的方法。

組織層數據模型是從數據的組織形式來描述信息，目前，在數據庫技術的發展中，主要使用層次模型、網狀模型、關系模型和面向對象模型四種，而關系模型是重要的一種數據結構。關系模型的數據結構包括關系、元組、屬性、主鍵幾個關鍵要素。關系模型的數據操作隨想是集合，不管是操作的數據還是結果都以表的形式存在。關系模型的數據操作主要包括四種：查詢、插入、刪除和修改數據。關系模型的數據完整性約束是指存儲的數據是有意義的或正確的，它的數據完整性約束條件主要有實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。實體完整性指的是關系數據庫中所有的表都必須有主鍵；參照完整性是描述實體間的聯系的；用戶定義的完整性是針對某一具體應用領域定義的數據約束條件。

2 數據庫系統結構

從數據庫管理角度看，數據庫通常采用三級模式結構。從最終角度看，數據庫系統的結構分為集中式結構、文件服務器結構和客戶/服務器結構等。

模式是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，它僅僅涉及型的描述，并沒有具體的值。三級模式結構是指系統的外模式、模式和內模式。內模式是數據的物理存儲，表示了整個數據庫的最底層；外模式是用戶所看到的數據視圖。它是對現實系統中感興趣的整體數據結構的局部描述，用于滿足不同數據庫用戶需求的數據視圖。數據庫用戶能夠看見和使用局部數據的邏輯結構。模式是介于內模式和外模式之間的，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述。概念模式表示數據庫中的全部信息，它是數據庫系統結構的中間層，不涉及數據的物理存儲細節和硬件環境。在這里簡要說明一下三級模式結構：第一，關系數據庫中的模式一定是關系的，在該層可見的實體是關系的表和關系的操作符。第二，外模式是接近關系的，它的內容來自模式。比如記錄學生的姓名、性別就是一個外模式。第三，內模式不是關系的，它主要關注的是用戶的數據視圖。

3 數據庫設計

數據庫設計，是指利用現有的數據管理系統針對具體的應用對象構建適合的數據庫模式，建立數據及其應用系統，能夠有效地收集、存儲、操作和管理數據。從本質上講，數據庫設計是將數據庫系統與現實世界進行密切聯系的過程。數據庫設計的工作量大。涉及的范圍很廣。需求分析、結構設計、數據庫的實施和為維護，是數據庫設計的三大步驟。

需求分析主要是收集信息并進行分析和整理，為后續的各個階段提供充足的信息，這是整個設計過程的基礎，也是最耗時間的步驟。利用信息需求定義設計數據庫系統得到的所有信息，明確所需要的數據，處理需求定義系統數據處理的操作功能，描述操作的優先次序。安全性要求描述系統中不同用戶對數據庫的使用和操作情況，完整性要求描述數據之間的關聯關系和數據的范圍。基于以上幾點，可以更快、更好地完成需求分析。

結構設計是在數據庫需求分析的基礎上，逐步形成對數據庫概念、邏輯、物理結構的描述。概念結構設計的重點是信息結構的設計，它將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結構，獨立于邏輯結構設計和數據庫管理系統。邏輯結構設計的內容是將概念設計中的基本E-R模型轉換為具體的組織數據模型，并對組織層數數據模型進行優化。物理結構設計是對已經確定的數據庫邏輯結構，以較優的存儲結構、數據存取路徑、位置為設計原則，設計出高效的、可實現的物理數據結構。

數據庫的運行和維護主要有四個方面：第一，數據庫的備份和恢復，對數據庫進行定期的備份能及時恢復出現故障的數據庫資料。第二，數據庫的安全性和完整性控制。第三，監視、分析、調整數據性能。第四，數據庫的重組。

隨著信息管理水平的提高，信息已成為企業的重要資源和財富。而作為管理信息的數據庫技術也得到了極大的應用發展。到今天，數據庫技術已經發展成為一門比較成熟的技術，訪問數據庫已經成為每個人生活中不可或缺的一部分。當然，在數據庫技術的運行維護方面還需我們繼續努力，使數據庫技術為每一個用戶帶來便利。

參考文獻：

[1] 王珊，薩師煊.數據庫系統概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 何玉潔.數據庫原理與應用教程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3] 鄒建. SQL Server 2000開發與管理應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2005.