ch102数据管理技术的发展

§1.2数据管理技术的发展数据管理是对数据进行组织、存储、分类、检索、维护等数据处理的技术，是数据处理的核心。随着计算机软、硬件技术的发展，计算机数据管理的水平不断提高，管理方式也发生了很大变化。数据管理技术的发展主要经历了人工管理、文件管理、数据库系统管理、分布式数据库系统管理四个阶段。上一页下一页要点各阶段考察要点■技术及应用背景计算机应用范围外存储设备数据管理软件■差别体现谁管理数据数据面向谁数据与应用的独立性上一页下一页要点1.2.1人工管理阶段背景始于20世纪50年代，计算机应用数据管理初期，主要用于科学计算数据量小、结构简单，如高阶方程、曲线拟和等外存为顺序存取设备磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备无操作系统和数据管理软件用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户上机操作上一页下一页要点始于20世纪50年代，计算机应用数据管理初期，主要用于科学计算。硬件：当时无磁盘存储器，使用卡片、纸带存储数据软件：无OS，无专门数据管理软件，数据由计算或处理它的程序携带。数据：数据量小，数据无结构，由用户直接管理，且数据间缺乏逻辑组织，数据依赖于特定的应用程序，缺乏独立性。上一页下一页要点人工管理阶段的数据管理特点：

数据不保存在计算机内。没有专用的软件对数据进行管理。只有程序（program）的概念，没有文件（file）的概念。数据的组织方式必须由程序员自行设计与安排。数据面向程序。即一组数据对应一个程序。上一页下一页要点人工管理阶段存在的问题数据与程序不能相互独立

由于没有必要的软件、硬件环境的支持，用户只能直接在裸机上操作。应用程序中不仅要设计数据的逻辑结构，还要阐明数据在存储器上的存储地址。在这一管理方式下，应用程序与数据之间相互结合不可分割，当数据有所变动时程序则随之改变，独立性差；

人工管理阶段程序与数据之间的关系

人工管理阶段存在的问题一组数据对应一个程序，一个程序中的数据不能被其它程序所利用，各程序之间的数据不能相互传递，缺少共享性，导致程序之间存在大量的重复数据（称数据冗余），因而这种管理方式既不灵活，也不安全，编程效率差。数据共享性差没有专门进行数据管理的软件，数据难以长期保存数据包含在程序中，程序运行结束后，数据随程序一起从内存中释放。上一页下一页要点1.2.2、文件管理阶段背景应用：20世纪50年代后期至60年代中后期，计算机不但用于科学计算，还用于信息管理。数据处理的方式有批处理，也有联机实时处理。随着数据量的增加，数据的存储、检索和维护问题成为紧迫的需要，数据结构和数据管理技术迅速发展起来。硬件：外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备软件：有了高级语言和OS，利用OS文件管理功能，将数据组织成文件，可以长期存储于外存储器，使之与程序独立文件存储空间的管理目录管理文件读写管理文件保护向用户提供操作接口上一页下一页要点文件系统阶段的数据管理特点：数据组织成相互独立的数据文件，以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单。文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件等。数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用，即数据面向应用。对数据的操作以记录为单位。应用程序与数据文件间存在多对多的关系。上一页下一页要点补贴系别姓名学号生活科住址系别性别姓名学号公寓中心学位学分系别姓名学号教务科学位出身年龄系别性别姓名学号学生科不同部门拥有各自独立的数据文件随着数据管理规模的扩大，数据量急剧增加，文件系统显露出三大主要缺陷：数据冗余（redundancy）数据不一致（inconsistency）数据联系弱（poordatarelationship）上一页下一页要点文件管理阶段存在的问题数据与程序的独立性差文件系统的出现并没有从根本上改变数据与程序紧密结合的状况，数据的逻辑结构改变则必须修改应用程序文件系统只是解脱了程序员对物理设备存取的负担，它并不理解数据的语义，只负责存储数据的语义信息只能由程序来解释，也就是说，数据收集以后怎么组织，以及数据取出来之后按什么含义应用，只有全权管理它的程序知道。一个应用若想共享另一个应用生成的数据，必须同另一个应用沟通，了解数据的语义与组织方式上一页下一页要点文件管理阶段存在的问题数据的共享性差，冗余度大数据面向应用即使不同应用程序所需要的数据有部分相同时，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的数据数据孤立数据分散管理，许多文件，许多数据格式数据的不一致性由于数据存在很多副本，给数据的修改与维护带来了困难，容易造成数据的不一致性上一页下一页要点文件管理阶段存在的问题数据查询困难记录之间无联系应用自己编程实现对每个查询都重新编码数据完整性难于保证数据安全性难于实现如果数据库的使用者不知道文件系统管理数据的缺陷，一些文件系统中出现的问题可能又在会数据库软件中出现上一页下一页要点1.2.3、数据库系统阶段背景计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求高（多种应用、不同语言共享数据）外存有了大容量磁盘、光盘软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件及应用程序成本相对增加，其中维护成本更高，力求降低上一页下一页要点数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末的三件大事：

1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统。1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告，总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型。1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。上一页下一页要点数据库阶段的数据管理特点：采用数据模型表示复杂的数据结构。有较高的数据独立性。数据库系统为用户提供了方便的用户接口。数据库系统提供以下四方面的数据控制功能：数据库的并发控制，数据库的恢复，数据的完整性和数据安全性。增加了系统的灵活性上一页下一页要点数据库系统的结构程序和数据间的联系

文件系统阶段信息处理的传统方式数据库阶段信息处理方式的演变

数据库系统阶段特点数据高度结构化数据的共享性好，冗余度低数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制数据库系统分类集中式数据库系统数据在逻辑上和物理上都是集中存放的分布式数据库系统将多个集中式的数据库通过网络连接起来，使各个节点的计算机可以通过网络通信功能访问其他节点的数据库资源，实现各数据库系统数据的高度共享。上一页下一页要点数据库观点数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象数据1统一存取数据2数据n程序2程序1程序n学号姓名性别系别年龄住址出身学位学分补贴教务科公寓中心学生科生活科上一页下一页要点数据库系统vs文件系统文件系统的弱点记录之间无联系难于维护数据的完整性数据库系统的用武之地有查询，尤其是即时查询整体数据结构化效率两面观运行效率开发效率上一页下一页要点数据库系统vs文件系统文件系统数据管理应用逻辑文件系统应用逻辑数据管理应用软件系统软件上一页下一页要点

数据管理技术的三个阶段比较(1)人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段时间－50年代中期50年代后期－60年代中期60年代后期—应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件背景没有操作系统有操作系统（文件系统）有DBMS处理方式批处理批处理联机实时处理批处理联机实时处理分布处理

数据管理技术的三个阶段比较(2)人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据保存方式数据不保存以文件的形式长期保存，但无结构以数据形式保存，有结构数据管理考虑安排数据的物理存储位置与数据文件名打交道对所有数据实行统一、集中、独立的管理数据与程序数据面向程序数据与程序脱离数据与程序脱离实现数据的共享数据的管理者人文件系统DBMS数据面向的对象某一应用程序某一应用程序现实世界上一页下一页要点

数据管理技术的三个阶段比较(3)人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据的共享程度无共享共享性差共享性高数据的冗余度冗余度极大冗余度大冗余度小数据的独立性不独立，完全依赖于程序独立性差具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化无结构记录内有结构整体无结构整体结构化用数据模型描述数据的控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制由DBMS提供数据的安全性、完整性、并发控制和恢复能力上一页下一页要点1.2.4、高