數(shù)據(jù)庫技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，是計算機數(shù)據(jù)處理與信息管理系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究和解決了計算機信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲的問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲冗余、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。隨著計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為信息社會中對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與管理的重要技術(shù)手段及軟件技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本章主要介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展、關(guān)系模型的基本概念、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計理論及數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法等內(nèi)容，是學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基礎(chǔ)。1.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用從20世紀(jì)60年代末期開始到現(xiàn)在，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了30多年。在這30多年的歷程中，人們在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的理論研究和系統(tǒng)開發(fā)上都取得了輝煌的成就，而且已經(jīng)開始對新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的深入研究。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的重要組成部分。1.1.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與信息技術(shù)信息技術(shù)(Information Technology，IT)是當(dāng)今使用頻率最高的名詞之一，它隨著計算機技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及日常生活中的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)被越來越多的個人和企業(yè)作為自己趕超世界潮流的標(biāo)志之一。而數(shù)據(jù)庫技術(shù)則是信息技術(shù)中一個重要的支撐。沒有數(shù)據(jù)庫技術(shù)，人們在浩瀚的信息世界中將顯得手足無措。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計算機科學(xué)技術(shù)的一個重要分支。從20世紀(jì)50年代中期開始，計算機應(yīng)用從科學(xué)研究部門擴展到企業(yè)管理及政府行政部門，人們對數(shù)據(jù)處理的要求也越來越高。1968年，世界上誕生了第一個商品化的信息管理系統(tǒng)IMS(Information Management System)，從此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)日益被人們接受的今天，Internet又使數(shù)據(jù)庫技術(shù)、知識、技能的重要性得到了充分的放大。現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為信息管理、辦公自動化、計算機輔助設(shè)計等應(yīng)用的主要軟件工具之一，幫助人們處理各種各樣的信息數(shù)據(jù)。1.1.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用及特點數(shù)據(jù)庫最初是在大公司或大機構(gòu)中用作大規(guī)模事務(wù)處理的基礎(chǔ)。后來隨著個人計算機的普及，數(shù)據(jù)庫技術(shù)被移植到PC機(Personal Computer，個人計算機)上，供單用戶個人數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。接著，由于PC機在工作組內(nèi)連成網(wǎng)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)就移植到工作組級?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)庫正在Internet和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)中廣泛使用。20世紀(jì)60年代中期，數(shù)據(jù)庫技術(shù)是用來解決文件處理系統(tǒng)問題的。當(dāng)時的數(shù)據(jù)庫處理技術(shù)還很脆弱，常常發(fā)生應(yīng)用不能提交的情況。20世紀(jì)70年代關(guān)系模型的誕生為數(shù)據(jù)庫專家提供了構(gòu)造和處理數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)方法，推動了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的發(fā)展和應(yīng)用。1979年，Ashton-Tate公司引入了微機產(chǎn)品dBase Ⅱ，并稱之為
關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，從此數(shù)據(jù)庫技術(shù)移植到了個人計算機上。20世紀(jì)80年代中期到后期，終端用戶開始使用局域網(wǎng)技術(shù)將獨立的計算機連接成網(wǎng)絡(luò)，終端之間共享數(shù)據(jù)庫，形成了一種新型的多用戶數(shù)據(jù)處理，稱為客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)庫技術(shù)正在被用來同Internet技術(shù)相結(jié)合，以便在機構(gòu)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、部門局域網(wǎng)甚至WWW上發(fā)布數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。1.1.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展歷史數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，因此，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展階段的劃分應(yīng)該以數(shù)據(jù)模型的發(fā)展演變作為主要依據(jù)和標(biāo)志。按照數(shù)據(jù)模型的發(fā)展演變過程，數(shù)據(jù)庫技術(shù)從開始到現(xiàn)在短短的30年中，主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：第一代是網(wǎng)狀和層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第二代是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第三代是以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型為主要特征的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)、并行計算技術(shù)等相互滲透、有機結(jié)合，成為當(dāng)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的重要特征。1. 第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代研制的層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是1969年IBM公司研制出的層次模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS。20世紀(jì)60年代末70年代初，美國數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)會CODASYL(Conference on Data System Language)下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG(Data Base Task Group)提出了若干報告，被稱為DBTG報告。DBTG報告確定并建立了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的許多概念、方法和技術(shù)，是網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的典型代表。在DBTG思想和方法的指引下數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)不斷成熟，開發(fā)了許多商品化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們都是基于層次模型和網(wǎng)狀模型的。可以說，層次數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的先驅(qū)，而網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫則是數(shù)據(jù)庫概念、方法、技術(shù)的奠基者。2. 第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。1970年IBM公司的San Jose研究試驗室的研究員Edgar F. Codd發(fā)表了題為《
大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型》的論文，提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型，開創(chuàng)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫方法和關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。Edgar F. Codd于1981年被授予ACM圖靈獎，以表彰他在關(guān)系數(shù)據(jù)庫研究方面的杰出貢獻(xiàn)。20世紀(jì)70年代是關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論研究和原型開發(fā)的時代，其中以IBM公司的San Jose研究試驗室開發(fā)的System R和Berkeley大學(xué)研制的Ingres為典型代表。大量的理論成果和實踐經(jīng)驗終于使關(guān)系數(shù)據(jù)庫從實驗室走向了社會，因此，人們把20世紀(jì)70年代稱為數(shù)據(jù)庫時代。20世紀(jì)80年代幾乎所有新開發(fā)的系統(tǒng)均是關(guān)系型的，其中涌現(xiàn)出了許多性能優(yōu)良的商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如DB2、Ingres、Oracle、
Informix、Sybase等。這些商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用使數(shù)據(jù)庫技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用到企業(yè)管理、情報檢索、輔助決策等方面，成為實現(xiàn)和優(yōu)化信息系統(tǒng)的基本技術(shù)。3. 第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代以來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)在商業(yè)上的巨大成功刺激了其他領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫技術(shù)需求的迅速增長。這些新的領(lǐng)域為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開辟了新的天地，并在應(yīng)用中提出了一些新的數(shù)據(jù)管理的需求，推動了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究與發(fā)展。1990年高級DBMS功能委員會發(fā)表了《
第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宣言》，提出了第三代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)具有的三個基本特征：l 應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)管理、對象管理和知識管理。l 必須保持或繼承第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)。 l 必須對其他系統(tǒng)開放。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征之一；數(shù)據(jù)庫技術(shù)與多學(xué)科技術(shù)的有機結(jié)合也是第三代數(shù)據(jù)庫技術(shù)的一個重要特征。分布式數(shù)據(jù)庫、并行數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、演繹數(shù)據(jù)庫、知識庫、多媒體庫、模糊數(shù)據(jù)庫等都是這方面的實例。1.1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問技術(shù)目前訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主流標(biāo)準(zhǔn)接口主要有ODBC、
OLE DB和ADO。下面分別對這三種接口進(jìn)行概要介紹。1. 開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)開放數(shù)據(jù)庫連接(Open Database Connectivity，ODBC)是由Microsoft公司定義的一種數(shù)據(jù)庫訪問標(biāo)準(zhǔn)。使用ODBC應(yīng)用程序不僅可以訪問存儲在本地計算機的桌面型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而且可以訪問異構(gòu)平臺上的數(shù)據(jù)庫，例如可以訪問
SQL Server、Oracle、Informix或DB2構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫等。ODBC是一種重要的訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，基于標(biāo)準(zhǔn)的SQL語句，它的核心就是SQL語句，因此，為了通過ODBC訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器必須支持SQL語句。ODBC通過一組標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)(ODBC API)調(diào)用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問，但是程序員不必理解這些ODBC，API就可以輕松開發(fā)基于ODBC的客戶機/服務(wù)器應(yīng)用程序。這是因為在很多流行的程序開發(fā)語言中，如
Visual Basic、
PowerBuilder、Visual C++等，都提供了封裝ODBC各種標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的代碼層，開發(fā)人員可以直接使用這些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。ODBC獲得了巨大成功并大大簡化了一些數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作。但是它也存在嚴(yán)重的不足，因此Microsoft公司又開發(fā)了OLE DB。2. OLE DBOLE DB是Microsoft公司提供的關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級程序的接口(System-Level Programming Interface)，是Microsoft公司數(shù)據(jù)庫訪問的基礎(chǔ)。OLE DB實際上是Microsoft公司OLE對象標(biāo)準(zhǔn)的一個實現(xiàn)。OLE DB對象本身是COM(組件對象模型)對象并支持這種對象的所有必需的接口。一般說來，OLE DB提供了兩種訪問數(shù)據(jù)庫的方法：一種是通過ODBC驅(qū)動器訪問支持SQL語言的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；另一種是直接通過原始的OLE DB提供程序。因為ODBC只適用于支持SQL語言的數(shù)據(jù)庫，因此ODBC的使用范圍過于狹窄，目前Microsoft公司正在逐步用OLE DB來取代ODBC。因為OLE DB是一個面向?qū)ο蟮慕涌?，特別適合于面向?qū)ο笳Z言。然而，許多數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)者使用VBScript和JScript等腳本語言開發(fā)程序，所以Microsoft公司在OLE DB對象的基礎(chǔ)上定義了ADO。3. 動態(tài)數(shù)據(jù)對象(ADO)動態(tài)數(shù)據(jù)對象(Active Data Objects，ADO)是一種簡單的對象模型，可以被開發(fā)者用來處理任何OLE DB數(shù)據(jù)，可以由腳本語言或高級語言調(diào)用。ADO對數(shù)據(jù)庫提供了應(yīng)用程序水平級的接口(Application-Level Programming Interface)，幾乎使用任何語言的程序員都能夠通過使用ADO來使用OLE DB的功能。Microsoft公司聲稱，ADO將替換其他的數(shù)據(jù)訪問方式，所以ADO對于任何使用Microsoft公司產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用是至關(guān)重要的。1.1.5 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)編程技術(shù)在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)盛行的年代，數(shù)據(jù)庫與Web技術(shù)的結(jié)合正在深刻改變著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。有了數(shù)據(jù)庫的支持，擴展網(wǎng)頁功能、設(shè)計交互式頁面、構(gòu)造功能強大的后臺管理系統(tǒng)、更新網(wǎng)站和維護(hù)網(wǎng)站都將變得輕而易舉。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入，Web數(shù)據(jù)庫技術(shù)將日益顯示出其重要地位。在這里簡單介紹一下Web數(shù)據(jù)庫開發(fā)的相關(guān)技術(shù)。1. 通用網(wǎng)關(guān)接口(CGI)編程通用網(wǎng)關(guān)接口(Common Gateway Interface，CGI)是一種通信標(biāo)準(zhǔn)，它的任務(wù)是接受客戶端的請求，經(jīng)過辨認(rèn)和處理，生成HTML文檔并重新傳回到客戶端。這種交流過程的編程就叫做CGI編程。CGI可以運行在多種平臺上，具有強大的功能，可以使用多種語言編程，如Visual Basic、Visual C++、Tcl、Perl、AppletScript等，比較常見的是用Perl語言編寫的CGI程序。但是CGI也有其致命的弱點，即速度慢和安全性差等。2. 動態(tài)服務(wù)器頁面(ASP)動態(tài)服務(wù)器頁面(Active Server Pages，ASP)是Microsoft公司推出的一種用以取代CGI的技術(shù)，是一種真正簡便易學(xué)、功能強大的服務(wù)器編程技術(shù)。ASP實際上是Microsoft公司開發(fā)的一套服務(wù)器端腳本運行環(huán)境，通過ASP可以建立動態(tài)的、交互的、高效的Web服務(wù)器應(yīng)用程序。用ASP編寫的程序都在服務(wù)器端執(zhí)行，程序執(zhí)行完畢后，再將執(zhí)行的結(jié)果返回給客戶端瀏覽器，這樣不僅減輕了客戶端瀏覽器的負(fù)擔(dān)，大大提高了交互速度，而且避免了ASP程序源代碼的外泄，提高了程序的安全性。3. Java 服務(wù)器頁面(JSP)Java服務(wù)器頁面(Java Server Pages，JSP)是Sun公司發(fā)布的Web應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)，一經(jīng)推出，就受到了人們的廣泛關(guān)注。JSP技術(shù)為創(chuàng)建高度動態(tài)的Web應(yīng)用程序提供了一個獨特的開發(fā)環(huán)境，它能夠適用于市場上大多數(shù)的服務(wù)器產(chǎn)品。JSP使用Java語言編寫服務(wù)器端程序，當(dāng)客戶端向服務(wù)器發(fā)出請求時，JSP源程序被編譯成Servlet并由Java虛擬機執(zhí)行。這種編譯操作僅在對JSP頁面的第一次請求時發(fā)生。因此，JSP程序能夠提供更快的交互速度，其安全性和跨平臺性也很優(yōu)秀。
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