2.1.1　數(shù)據(jù)管理技術(shù)的演變

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展是與信息技術(shù)的整體發(fā)展水平同步的。軟、硬件技術(shù)和信息市場(chǎng)的客觀需求共同推動(dòng)著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展。存儲(chǔ)器類(lèi)型的不斷推陳出新，以及呈幾何級(jí)數(shù)攀升的CPU速度為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)提供了良好的硬件基礎(chǔ)，高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)帶來(lái)了過(guò)程、控制、函數(shù)等概念，大大提高了處理各種數(shù)據(jù)的能力，從物質(zhì)技術(shù)方面極大地推動(dòng)了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究和發(fā)展。從客觀需求來(lái)看，應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大也提供了充足的動(dòng)力，使得數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)從僅用于科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到用于行政管理和技術(shù)控制，使得數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展更加全面。

數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心任務(wù)，其內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)的分類(lèi)、組織、編碼、儲(chǔ)存、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)管理技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展而不斷地發(fā)展。從數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，到目前為止，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三個(gè)階段。

1.人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前為人工管理階段，這是數(shù)據(jù)管理的初級(jí)階段。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)剛剛誕生不久，主要用于科學(xué)計(jì)算。從硬件來(lái)看，這一階段沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取的存儲(chǔ)設(shè)備，只有磁帶、紙帶、卡片等；從軟件來(lái)看，該階段沒(méi)有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件，只有簡(jiǎn)單的管理程序。數(shù)據(jù)處理方式是批處理。

人工管理階段數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)如下。

（1）數(shù)據(jù)不保存。

由于該時(shí)期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，通常不需要長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，只是在計(jì)算某一課題時(shí)將有關(guān)數(shù)據(jù)輸入，用完后不保存原始數(shù)據(jù)，也不保存計(jì)算結(jié)果。

（2）數(shù)據(jù)缺乏管理軟件。

沒(méi)有專(zhuān)門(mén)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，程序員不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且還要在程序中設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出方式等。

（3）數(shù)據(jù)冗余度高。

數(shù)據(jù)與程序不具有獨(dú)立性，一組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)程序，數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的。即使兩個(gè)程序使用相同的數(shù)據(jù)，也必須各自定義、各自組織，數(shù)據(jù)無(wú)法共享、無(wú)法相互利用和互相參照，從而導(dǎo)致程序和程序之間有大量重復(fù)的數(shù)據(jù)。

在這個(gè)時(shí)期，數(shù)據(jù)的管理基本上是手工的、分散的，計(jì)算機(jī)還沒(méi)有在數(shù)據(jù)管理中發(fā)揮應(yīng)有的作用。所以，這種管理方式嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)的使用效率。

人工管理階段的數(shù)據(jù)和程序之間的關(guān)系如圖2.1所示。

2.文件系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代后期到60年代中期為文件系統(tǒng)階段。這一階段計(jì)算機(jī)技術(shù)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī)工作方式，計(jì)算機(jī)開(kāi)始大量用于管理。在硬件方面，外存儲(chǔ)器有了磁盤(pán)、磁鼓等可以直接存儲(chǔ)的設(shè)備。在軟件方面，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)以及包含于其中的文件管理系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。不過(guò)文件系統(tǒng)也只是簡(jiǎn)單地存放數(shù)據(jù)，它們之間并沒(méi)有有機(jī)的聯(lián)系。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)依賴(lài)于應(yīng)用程序的使用方法，不同的應(yīng)用程序仍然很難共享同一數(shù)據(jù)文件。另外，文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)沒(méi)有一個(gè)相應(yīng)的模型約束，所以數(shù)據(jù)冗余大。

文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)如下。

（1）數(shù)據(jù)冗余度大。

文件系統(tǒng)中的文件都與某個(gè)應(yīng)用程序相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)仍是面向應(yīng)用的，當(dāng)不同的應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同也必須獨(dú)立建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)不一致。

由于同一信息在不同的應(yīng)用范圍內(nèi)采集，有可能造成采集標(biāo)準(zhǔn)不一樣，在不同的應(yīng)用程序中有不同的數(shù)據(jù)表示。

（3）程序和數(shù)據(jù)具有物理獨(dú)立性，但不具有邏輯獨(dú)立性。

文件系統(tǒng)可以提供存取方法使程序與數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而不需要程序員進(jìn)行維護(hù)，使得程序和數(shù)據(jù)具有物理獨(dú)立性。文件系統(tǒng)中的文件是為某一個(gè)特定應(yīng)用程序服務(wù)的，文件的邏輯結(jié)構(gòu)相對(duì)于該應(yīng)用程序是優(yōu)化的。但這樣使得系統(tǒng)難以擴(kuò)充，一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變則對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序必須修改。應(yīng)用程序的改變也會(huì)影響文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變，所以程序和數(shù)據(jù)之間缺乏邏輯獨(dú)立性。

文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)和程序之間的關(guān)系如圖2.2所示。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段是從20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始的。由于計(jì)算機(jī)用于管理，從而使數(shù)據(jù)量急劇增加，其中非數(shù)值數(shù)據(jù)占據(jù)的比例較大，而非數(shù)值數(shù)據(jù)比數(shù)值數(shù)據(jù)復(fù)雜得多，不僅要知道各項(xiàng)數(shù)據(jù)的本身內(nèi)容，而且還需要知道它們之間的關(guān)系，這就需要一個(gè)高度組織化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。另外，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信的出現(xiàn)使得各種用戶(hù)共享一個(gè)數(shù)據(jù)集合成為可能，在這種情況下出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。在這一階段中，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不再是面向某個(gè)應(yīng)用或某個(gè)程序，而是面向整個(gè)企業(yè)（組織）或整個(gè)應(yīng)用的。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)解決了人工管理和文件系統(tǒng)的弊端，它把數(shù)據(jù)的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去，程序?qū)?shù)據(jù)的存取全部由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，從而保證了數(shù)據(jù)和程序的邏輯獨(dú)立性。這樣數(shù)據(jù)就可以供各種用戶(hù)共享且具有最小冗余度，若建立了一個(gè)良好的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，就可以為多種程序并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫(kù)提供及時(shí)有效的處理，并保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段的特點(diǎn)如下。

（1）使用復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型來(lái)表示結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)模型來(lái)描述數(shù)據(jù)本身的特征以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)的管理不僅要考慮在一個(gè)程序中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，還要考慮在整個(gè)工程中應(yīng)用處理的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫(kù)的重要特征之一，是其與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別所在。

（2）具有很高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。

用戶(hù)可以使用簡(jiǎn)單的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)操作數(shù)據(jù)而不需要考慮物理結(jié)構(gòu)，同時(shí)，物理結(jié)構(gòu)的改變也不影響數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序。

（3）數(shù)據(jù)共享度高、冗余度小。

由于數(shù)據(jù)庫(kù)是從整體上來(lái)描述數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)不再面向某一應(yīng)用，所以大大減小了數(shù)據(jù)的冗余度，從而節(jié)省了存儲(chǔ)空間，減少了存取時(shí)間，避免了數(shù)據(jù)的不一致性。在具體使用時(shí)可以抽取整體數(shù)據(jù)的子集用于不同的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用改變時(shí)，只要重新選擇子集或者稍加改變，數(shù)據(jù)即可有更多的用途。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)和程序之間的關(guān)系如圖2.3所示。