ch102數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展

§1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理是對數(shù)據(jù)進行組織、存儲、分類、檢索、維護等數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，是數(shù)據(jù)處理的核心。隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，計算機數(shù)據(jù)管理的水平不斷提高，管理方式也發(fā)生了很大變化。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了人工管理、文件管理、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理四個階段。上一頁下一頁要點各階段考察要點■技術(shù)及應(yīng)用背景計算機應(yīng)用范圍外存儲設(shè)備數(shù)據(jù)管理軟件■差別體現(xiàn)誰管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)面向誰數(shù)據(jù)與應(yīng)用的獨立性上一頁下一頁要點1.2.1人工管理階段背景始于20世紀50年代，計算機應(yīng)用數(shù)據(jù)管理初期，主要用于科學(xué)計算數(shù)據(jù)量小、結(jié)構(gòu)簡單，如高階方程、曲線擬和等外存為順序存取設(shè)備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備無操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結(jié)果，再讓下一用戶上機操作上一頁下一頁要點始于20世紀50年代，計算機應(yīng)用數(shù)據(jù)管理初期，主要用于科學(xué)計算。硬件：當(dāng)時無磁盤存儲器，使用卡片、紙帶存儲數(shù)據(jù)軟件：無OS，無專門數(shù)據(jù)管理軟件，數(shù)據(jù)由計算或處理它的程序攜帶。數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)無結(jié)構(gòu)，由用戶直接管理，且數(shù)據(jù)間缺乏邏輯組織，數(shù)據(jù)依賴于特定的應(yīng)用程序，缺乏獨立性。上一頁下一頁要點人工管理階段的數(shù)據(jù)管理特點：

數(shù)據(jù)不保存在計算機內(nèi)。沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進行管理。只有程序（program）的概念，沒有文件（file）的概念。數(shù)據(jù)的組織方式必須由程序員自行設(shè)計與安排。數(shù)據(jù)面向程序。即一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序。上一頁下一頁要點人工管理階段存在的問題數(shù)據(jù)與程序不能相互獨立

由于沒有必要的軟件、硬件環(huán)境的支持，用戶只能直接在裸機上操作。應(yīng)用程序中不僅要設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要闡明數(shù)據(jù)在存儲器上的存儲地址。在這一管理方式下，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間相互結(jié)合不可分割，當(dāng)數(shù)據(jù)有所變動時程序則隨之改變，獨立性差；

人工管理階段程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

人工管理階段存在的問題一組數(shù)據(jù)對應(yīng)一個程序，一個程序中的數(shù)據(jù)不能被其它程序所利用，各程序之間的數(shù)據(jù)不能相互傳遞，缺少共享性，導(dǎo)致程序之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)（稱數(shù)據(jù)冗余），因而這種管理方式既不靈活，也不安全，編程效率差。數(shù)據(jù)共享性差沒有專門進行數(shù)據(jù)管理的軟件，數(shù)據(jù)難以長期保存數(shù)據(jù)包含在程序中，程序運行結(jié)束后，數(shù)據(jù)隨程序一起從內(nèi)存中釋放。上一頁下一頁要點1.2.2、文件管理階段背景應(yīng)用：20世紀50年代后期至60年代中后期，計算機不但用于科學(xué)計算，還用于信息管理。數(shù)據(jù)處理的方式有批處理，也有聯(lián)機實時處理。隨著數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)的存儲、檢索和維護問題成為緊迫的需要，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管理技術(shù)迅速發(fā)展起來。硬件：外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備軟件：有了高級語言和OS，利用OS文件管理功能，將數(shù)據(jù)組織成文件，可以長期存儲于外存儲器，使之與程序獨立文件存儲空間的管理目錄管理文件讀寫管理文件保護向用戶提供操作接口上一頁下一頁要點文件系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)管理特點：數(shù)據(jù)組織成相互獨立的數(shù)據(jù)文件，以“文件”形式可長期保存在外部存儲器的磁盤上。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)有了區(qū)別，但比較簡單。文件組織已多樣化。有索引文件、鏈接文件和直接存取文件等。數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以重復(fù)使用，即數(shù)據(jù)面向應(yīng)用。對數(shù)據(jù)的操作以記錄為單位。應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)文件間存在多對多的關(guān)系。上一頁下一頁要點補貼系別姓名學(xué)號生活科住址系別性別姓名學(xué)號公寓中心學(xué)位學(xué)分系別姓名學(xué)號教務(wù)科學(xué)位出身年齡系別性別姓名學(xué)號學(xué)生科不同部門擁有各自獨立的數(shù)據(jù)文件隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)量急劇增加，文件系統(tǒng)顯露出三大主要缺陷：數(shù)據(jù)冗余（redundancy）數(shù)據(jù)不一致（inconsistency）數(shù)據(jù)聯(lián)系弱（poordatarelationship）上一頁下一頁要點文件管理階段存在的問題數(shù)據(jù)與程序的獨立性差文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒有從根本上改變數(shù)據(jù)與程序緊密結(jié)合的狀況，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變則必須修改應(yīng)用程序文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對物理設(shè)備存取的負擔(dān)，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負責(zé)存儲數(shù)據(jù)的語義信息只能由程序來解釋，也就是說，數(shù)據(jù)收集以后怎么組織，以及數(shù)據(jù)取出來之后按什么含義應(yīng)用，只有全權(quán)管理它的程序知道。一個應(yīng)用若想共享另一個應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個應(yīng)用溝通，了解數(shù)據(jù)的語義與組織方式上一頁下一頁要點文件管理階段存在的問題數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)面向應(yīng)用即使不同應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)孤立數(shù)據(jù)分散管理，許多文件，許多數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)的不一致性由于數(shù)據(jù)存在很多副本，給數(shù)據(jù)的修改與維護帶來了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性上一頁下一頁要點文件管理階段存在的問題數(shù)據(jù)查詢困難記錄之間無聯(lián)系應(yīng)用自己編程實現(xiàn)對每個查詢都重新編碼數(shù)據(jù)完整性難于保證數(shù)據(jù)安全性難于實現(xiàn)如果數(shù)據(jù)庫的使用者不知道文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的缺陷，一些文件系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題可能又在會數(shù)據(jù)庫軟件中出現(xiàn)上一頁下一頁要點1.2.3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求高（多種應(yīng)用、不同語言共享數(shù)據(jù)）外存有了大容量磁盤、光盤軟件價格上升，硬件價格下降，編制和維護軟件及應(yīng)用程序成本相對增加，其中維護成本更高，力求降低上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)管理技術(shù)進入數(shù)據(jù)庫階段的標志是20世紀60年代末的三件大事：

1968年美國IBM公司推出層次模型的IMS系統(tǒng)。1969年美國CODASYL組織發(fā)布了DBTG報告，總結(jié)了當(dāng)時各式各樣的數(shù)據(jù)庫，提出網(wǎng)狀模型。1970年美國IBM公司的E.F.Codd連續(xù)發(fā)表論文，提出關(guān)系模型，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點：采用數(shù)據(jù)模型表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。有較高的數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供以下四方面的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制，數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)安全性。增加了系統(tǒng)的靈活性上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)程序和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系

文件系統(tǒng)階段信息處理的傳統(tǒng)方式數(shù)據(jù)庫階段信息處理方式的演變

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點數(shù)據(jù)高度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性好，冗余度低數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分類集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)在邏輯上和物理上都是集中存放的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將多個集中式的數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，使各個節(jié)點的計算機可以通過網(wǎng)絡(luò)通信功能訪問其他節(jié)點的數(shù)據(jù)庫資源，實現(xiàn)各數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高度共享。上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)庫觀點數(shù)據(jù)不是依賴于處理過程的附屬品，而是現(xiàn)實世界中獨立存在的對象數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序2程序1程序n學(xué)號姓名性別系別年齡住址出身學(xué)位學(xué)分補貼教務(wù)科公寓中心學(xué)生科生活科上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點記錄之間無聯(lián)系難于維護數(shù)據(jù)的完整性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用武之地有查詢，尤其是即時查詢整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化效率兩面觀運行效率開發(fā)效率上一頁下一頁要點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用邏輯文件系統(tǒng)應(yīng)用邏輯數(shù)據(jù)管理應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件上一頁下一頁要點

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個階段比較(1)人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段時間－50年代中期50年代后期－60年代中期60年代后期—應(yīng)用背景科學(xué)計算科學(xué)計算、管理大規(guī)模管理硬件背景無直接存取存儲設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁盤軟件背景沒有操作系統(tǒng)有操作系統(tǒng)（文件系統(tǒng)）有DBMS處理方式批處理批處理聯(lián)機實時處理批處理聯(lián)機實時處理分布處理

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個階段比較(2)人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)保存方式數(shù)據(jù)不保存以文件的形式長期保存，但無結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)形式保存，有結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理考慮安排數(shù)據(jù)的物理存儲位置與數(shù)據(jù)文件名打交道對所有數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一、集中、獨立的管理數(shù)據(jù)與程序數(shù)據(jù)面向程序數(shù)據(jù)與程序脫離數(shù)據(jù)與程序脫離實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享數(shù)據(jù)的管理者人文件系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)面向的對象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用程序現(xiàn)實世界上一頁下一頁要點

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個階段比較(3)人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的共享程度無共享共享性差共享性高數(shù)據(jù)的冗余度冗余度極大冗余度大冗余度小數(shù)據(jù)的獨立性不獨立，完全依賴于程序獨立性差具有高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)的控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由DBMS提供數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力上一頁下一頁要點1.2.4、高