隨著計算機技術與網絡通信技術的發展，數據庫技術已成為信息社會中對大量數據進行組織與管理的重要技術手段及軟件技術，是網絡信息化管理系統的基礎。本章主要介紹數據庫技術的應用與發展、關系模型的基本概念、關系數據庫的設計理論及數據庫設計方法等內容，是學習和掌握現代數據庫技術的基礎。
1.1 數據庫技術的發展與應用
從20世紀60年代末期開始到現在，數據庫技術已經發展了30多年。在這30多年的歷程中，人們在數據庫技術的理論研究和系統開發上都取得了輝煌的成就，而且已經開始對新壹代數據庫系統的深入研究。數據庫系統已經成為現代計算機系統的重要組成部分。
1.1.1 數據庫技術與信息技術
信息技術(Information Technology，IT)是當今使用頻率最高的名詞之壹，它隨著計算機技術在工業、農業以及日常生活中的廣泛應用，已經被越來越多的個人和企業作為自己趕超世界潮流的標誌之壹。而數據庫技術則是信息技術中壹個重要的支撐。沒有數據庫技術，人們在浩瀚的信息世界中將顯得手足無措。
數據庫技術是計算機科學技術的壹個重要分支。從20世紀50年代中期開始，計算機應用從科學研究部門擴展到企業管理及政府行政部門，人們對數據處理的要求也越來越高。1968年，世界上誕生了第壹個商品化的信息管理系統IMS(Information Management System)，從此，數據庫技術得到了迅猛發展。在互聯網日益被人們接受的今天，Internet又使數據庫技術、知識、技能的重要性得到了充分的放大。現在數據庫已經成為信息管理、辦公自動化、計算機輔助設計等應用的主要軟件工具之壹，幫助人們處理各種各樣的信息數據。
1.1.2 數據庫技術的應用及特點
數據庫最初是在大公司或大機構中用作大規模事務處理的基礎。後來隨著個人計算機的普及，數據庫技術被移植到PC機(Personal Computer，個人計算機)上，供單用戶個人數據庫應用。接著，由於PC機在工作組內連成網，數據庫技術就移植到工作組級。現在，數據庫正在Internet和內聯網中廣泛使用。
20世紀60年代中期，數據庫技術是用來解決文件處理系統問題的。當時的數據庫處理技術還很脆弱，常常發生應用不能提交的情況。20世紀70年代關系模型的誕生為數據庫專家提供了構造和處理數據庫的標準方法，推動了關系數據庫的發展和應用。1979年，Ashton-Tate公司引入了微機產品dBase Ⅱ，並稱之為關系數據庫管理系統，從此數據庫技術移植到了個人計算機上。20世紀80年代中期到後期，終端用戶開始使用局域網技術將獨立的計算機連接成網絡，終端之間***享數據庫，形成了壹種新型的多用戶數據處理，稱為客戶機/服務器數據庫結構。現在，數據庫技術正在被用來同Internet技術相結合，以便在機構內聯網、部門局域網甚至WWW上發布數據庫數據。
1.1.3 數據庫技術發展歷史
數據模型是數據庫技術的核心和基礎，因此，對數據庫系統發展階段的劃分應該以數據模型的發展演變作為主要依據和標誌。按照數據模型的發展演變過程，數據庫技術從開始到現在短短的30年中，主要經歷了三個發展階段：第壹代是網狀和層次數據庫系統，第二代是關系數據庫系統，第三代是以面向對象數據模型為主要特征的數據庫系統。數據庫技術與網絡通信技術、人工智能技術、面向對象程序設計技術、並行計算技術等相互滲透、有機結合，成為當代數據庫技術發展的重要特征。
1. 第壹代數據庫系統
第壹代數據庫系統是20世紀70年代研制的層次和網狀數據庫系統。層次數據庫系統的典型代表是1969年IBM公司研制出的層次模型的數據庫管理系統IMS。20世紀60年代末70年代初，美國數據庫系統語言協會CODASYL(Conference on Data System Language)下屬的數據庫任務組DBTG(Data Base Task Group)提出了若幹報告，被稱為DBTG報告。DBTG報告確定並建立了網狀數據庫系統的許多概念、方法和技術，是網狀數據庫的典型代表。在DBTG思想和方法的指引下數據庫系統的實現技術不斷成熟，開發了許多商品化的數據庫系統，它們都是基於層次模型和網狀模型的。
可以說，層次數據庫是數據庫系統的先驅，而網狀數據庫則是數據庫概念、方法、技術的奠基者。
2. 第二代數據庫系統
第二代數據庫系統是關系數據庫系統。1970年IBM公司的San Jose研究試驗室的研究員Edgar F. Codd發表了題為《大型***享數據庫數據的關系模型》的論文，提出了關系數據模型，開創了關系數據庫方法和關系數據庫理論，為關系數據庫技術奠定了理論基礎。Edgar F. Codd於1981年被授予ACM圖靈獎，以表彰他在關系數據庫研究方面的傑出貢獻。
20世紀70年代是關系數據庫理論研究和原型開發的時代，其中以IBM公司的San Jose研究試驗室開發的System R和Berkeley大學研制的Ingres為典型代表。大量的理論成果和實踐經驗終於使關系數據庫從實驗室走向了社會，因此，人們把20世紀70年代稱為數據庫時代。20世紀80年代幾乎所有新開發的系統均是關系型的，其中湧現出了許多性能優良的商品化關系數據庫管理系統，如DB2、Ingres、Oracle、Informix、Sybase等。這些商用數據庫系統的應用使數據庫技術日益廣泛地應用到企業管理、情報檢索、輔助決策等方面，成為實現和優化信息系統的基本技術。
3. 第三代數據庫系統
從20世紀80年代以來，數據庫技術在商業上的巨大成功刺激了其他領域對數據庫技術需求的迅速增長。這些新的領域為數據庫應用開辟了新的天地，並在應用中提出了壹些新的數據管理的需求，推動了數據庫技術的研究與發展。
1990年高級DBMS功能委員會發表了《第三代數據庫系統宣言》，提出了第三代數據庫管理系統應具有的三個基本特征：
l 應支持數據管理、對象管理和知識管理。
l 必須保持或繼承第二代數據庫系統的技術。
l 必須對其他系統開放。
面向對象數據模型是第三代數據庫系統的主要特征之壹；數據庫技術與多學科技術的有機結合也是第三代數據庫技術的壹個重要特征。分布式數據庫、並行數據庫、工程數據庫、演繹數據庫、知識庫、多媒體庫、模糊數據庫等都是這方面的實例。
1.1.4 數據庫系統訪問技術
目前訪問數據庫服務器的主流標準接口主要有ODBC、OLE DB和ADO。下面分別對這三種接口進行概要介紹。
1. 開放數據庫連接(ODBC)
開放數據庫連接(Open Database Connectivity，ODBC)是由Microsoft公司定義的壹種數據庫訪問標準。使用ODBC應用程序不僅可以訪問存儲在本地計算機的桌面型數據庫中的數據，而且可以訪問異構平臺上的數據庫，例如可以訪問SQL Server、Oracle、Informix或DB2構建的數據庫等。
ODBC是壹種重要的訪問數據庫的應用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，基於標準的SQL語句，它的核心就是SQL語句，因此，為了通過ODBC訪問數據庫服務器，數據庫服務器必須支持SQL語句。
ODBC通過壹組標準的函數(ODBC API)調用來實現數據庫的訪問，但是程序員不必理解這些ODBC，API就可以輕松開發基於ODBC的客戶機/服務器應用程序。這是因為在很多流行的程序開發語言中，如Visual Basic、PowerBuilder、Visual C++等，都提供了封裝ODBC各種標準函數的代碼層，開發人員可以直接使用這些標準函數。
ODBC獲得了巨大成功並大大簡化了壹些數據庫開發工作。但是它也存在嚴重的不足，因此Microsoft公司又開發了OLE DB。
2. OLE DB
OLE DB是Microsoft公司提供的關於數據庫系統級程序的接口(System-Level Programming Interface)，是Microsoft公司數據庫訪問的基礎。OLE DB實際上是Microsoft公司OLE對象標準的壹個實現。OLE DB對象本身是COM(組件對象模型)對象並支持這種對象的所有必需的接口。
壹般說來，OLE DB提供了兩種訪問數據庫的方法：壹種是通過ODBC驅動器訪問支持SQL語言的數據庫服務器；另壹種是直接通過原始的OLE DB提供程序。因為ODBC只適用於支持SQL語言的數據庫，因此ODBC的使用範圍過於狹窄，目前Microsoft公司正在逐步用OLE DB來取代ODBC。
因為OLE DB是壹個面向對象的接口，特別適合於面向對象語言。然而，許多數據庫應用開發者使用VBScript和JScript等腳本語言開發程序，所以Microsoft公司在OLE DB對象的基礎上定義了ADO。
3. 動態數據對象(ADO)
動態數據對象(Active Data Objects，ADO)是壹種簡單的對象模型，可以被開發者用來處理任何OLE DB數據，可以由腳本語言或高級語言調用。ADO對數據庫提供了應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將替換其他的數據訪問方式，所以ADO對於任何使用Microsoft公司產品的數據庫應用是至關重要的。
1.1.5 網絡數據庫系統編程技術
在當今網絡盛行的年代，數據庫與Web技術的結合正在深刻改變著網絡應用。有了數據庫的支持，擴展網頁功能、設計交互式頁面、構造功能強大的後臺管理系統、更新網站和維護網站都將變得輕而易舉。隨著網絡應用的深入，Web數據庫技術將日益顯示出其重要地位。在這裏簡單介紹壹下Web數據庫開發的相關技術。
1. 通用網關接口(CGI)編程
通用網關接口(Common Gateway Interface，CGI)是壹種通信標準，它的任務是接受客戶端的請求，經過辨認和處理，生成HTML文檔並重新傳回到客戶端。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. 動態服務器頁面(ASP)
動態服務器頁面(Active Server Pages，ASP)是Microsoft公司推出的壹種用以取代CGI的技術，是壹種真正簡便易學、功能強大的服務器編程技術。ASP實際上是Microsoft公司開發的壹套服務器端腳本運行環境，通過ASP可以建立動態的、交互的、高效的Web服務器應用程序。用ASP編寫的程序都在服務器端執行，程序執行完畢後，再將執行的結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擔，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 服務器頁面(JSP)
Java服務器頁面(Java Server Pages，JSP)是Sun公司發布的Web應用程序開發技術，壹經推出，就受到了人們的廣泛關註。JSP技術為創建高度動態的Web應用程序提供了壹個獨特的開發環境，它能夠適用於市場上大多數的服務器產品。
JSP使用Java語言編寫服務器端程序，當客戶端向服務器發出請求時，JSP源程序被編譯成Servlet並由Java虛擬機執行。這種編譯操作僅在對JSP頁面的第壹次請求時發生。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秀。