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(jìn)行組織、存儲、分類、檢索、維護(hù)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(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)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(diǎn)各階段考察要點(diǎn)■技術(shù)及應(yīng)用背景計算機(jī)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(dú)立性上一頁下一頁要點(diǎn)1.2.1人工管理階段背景始于20世紀(jì)50年代，計算機(jī)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(jī)器指令編碼，通過紙帶機(jī)輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運(yùn)行完畢后，由用戶取走紙帶和運(yùn)算結(jié)果，再讓下一用戶上機(jī)操作上一頁下一頁要點(diǎn)始于20世紀(jì)50年代，計算機(jī)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(dú)立性。上一頁下一頁要點(diǎn)人工管理階段的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)不保存在計算機(jī)內(nèi)。沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)人工管理階段存在的問題數(shù)據(jù)與程序不能相互獨(dú)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(jī)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(dú)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(jìn)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(yùn)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(diǎn)1.2.2、文件管理階段背景應(yīng)用：20世紀(jì)50年代后期至60年代中后期，計算機(jī)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(jī)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(hù)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(dú)立文件存儲空間的管理目錄管理文件讀寫管理文件保護(hù)向用戶提供操作接口上一頁下一頁要點(diǎn)文件系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)：數(shù)據(jù)組織成相互獨(dú)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(diǎn)補(bǔ)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(dú)立的數(shù)據(jù)文件隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模的擴(kuò)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(diǎn)文件管理階段存在的問題數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)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(fù)擔(dān)，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負(fù)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)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(diǎn)1.2.3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機(jī)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(hù)軟件及應(yīng)用程序成本相對增加，其中維護(hù)成本更高，力求降低上一頁下一頁要點(diǎn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫階段的標(biāo)志是20世紀(jì)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(diǎn)數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)：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(dú)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(diǎn)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(diǎn)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(dú)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(diǎn)的計算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)通信功能訪問其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)庫觀點(diǎn)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(dú)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(bǔ)貼教務(wù)科公寓中心學(xué)生科生活科上一頁下一頁要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點(diǎn)記錄之間無聯(lián)系難于維護(hù)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(yùn)行效率開發(fā)效率上一頁下一頁要點(diǎn)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(diǎn)

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(jī)實時處理批處理聯(lián)機(jī)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(dú)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(diǎn)

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(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴于程序獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)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(diǎn)1.2.4、高