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数据管理技术的3个发展阶段

在目前阶段,存储和管理数据都离不开数据库。例如,学校需要使用数据库来存储学生和教师的信息;公司需要使用数据库来存储公司的资料和员工的信息。当数据存储到数据库后,数据库管理系统就会对这些数据进行组织和管理。

数据库管理系统(DBMS)是数据库的核心软件之一,是位于用户与操作系统之间的数据管理软件,用于建立,使用和维护数据库。

数据管理就是对各种数据进行分类、组织、编码、查询和维护,主要经历了 3 个阶段,即人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。每一个阶段都是以减小数据冗余、增强数据独立性和方便操作数据为目的进行发展。

数据冗余是指数据之间的重复,也可以说是同一数据存储在不同数据文件中的现象。

1. 人工管理阶段

在计算机出现之前,人们主要利用纸张和计算工具(如算盘和计算尺)来进行数据的记录和计算,依靠大脑来管理和利用数据。

到了 20 世纪 50 年代中期, 这时计算机刚刚开始萌芽,还没有类似于磁盘等专门管理数据的存储设备,只有纸带、卡片、磁带等外存。所以计算机只能局限于科学技术方面,主要用于科学计算。

也就是说,在人工管理阶段,数据主要存储在纸带、磁带等介质上,或者直接通过手工来记录。

人工管理阶段的特点如下:
  • 数据不能长期保存
  • 不便于查询数据
  • 数据不能共享,冗余度大
  • 数据不具有独立性

2. 文件系统阶段

在 20 世纪 50 年代后期到 20 世纪 60 年代中期,计算机中的磁盘和磁鼓等直接存取设备开始普及。这时,可以将数据存储在计算机的磁盘上。这些数据都以文件的形式存储,然后通过文件系统来管理这些文件。

图 1 是 Windows 下的文件系统。

Windows的文件系统
图 1  Windows 的文件系统

图 1 中有很多文件夹,每个文件夹里又有很多文件,这就是文件系统。文件系统通过文件的存储路径和文件名来访问文件中的数据,我们可以查看、修改、添加和删除这些文件。

相对于人工管理阶段而言,文件系统使数据管理变得简单,不用再为了一个文件而翻箱倒柜的查找。但是,这些文件中的数据没有进行结构化管理,查询起来还是不方便。

文件系统阶段的特点如下:
  • 数据可以长期保存
  • 数据由文件系统来管理
  • 数据冗余大,共享性差
  • 数据独立性差
  • 无法应对突发事故(文件误删,磁盘故障等)

3. 数据库系统阶段

在 20 世纪 60 年代后期,随着网络技术的发展,计算机软/硬件的进步,出现了数据库技术,该阶段就是所谓的数据库系统阶段。

数据库系统阶段使用专门的数据库来管理数据,用户可以在数据库系统中建立数据库,然后在数据库中建立表,最后将数据存储在这些表中。用户可以直接通过数据库管理系统来查询表中的数据。

相对于文件系统来说,数据库系统实现了数据结构化。在文件系统中,独立文件内部的数据一般是有结构的,但文件之间不存在联系,因此整体来说是没有结构的。 数据库系统虽然也常常分成许多单独的数据文件,但是它更注意同一数据库中各数据文件之间的相互联系。

数据库系统阶段的特点如下:
  • 数据由数据库管理系统统一管理和控制
  • 数据共享性高,冗余度低
  • 数据独立性强
  • 数据粒度小

数据粒度是数据库中数据的细化程度。细化程度越高,粒度越小;细化程度越低,粒度越大。

数据管理经历的各个阶段都有自己的背景及特点,数据管理技术也在发展中不断地完善,其 3 个阶段的比较如下表所示。

数据管理的3个阶段
人工管理(20 世纪 50 年代中期)
文件系统(50 年代末至 60 年代中期) 数据库系统(60 年代后期)
应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模数据、分布数据的管理
硬件背景 无直接存取存储设备 磁带、磁盘、磁鼓 大容量磁盘、可擦写光盘、按需增容磁带机等
软件背景 无专门管理的软件 利用操作系统的文件系统 由 DBMS 支撑
数据处理方式 批处理 联机实时处理、批处理 联机实时处理、批处理、分布处理
数据的管理者 用户/程序管理 文件系统代理 DBMS 管理
数据应用及其扩充 面向某一应用程序难以扩充 面向某一应用系统、不易扩充 面向多种应用系统、容易扩充
数据的共享性 无共享、冗余度极大 共享性差、冗余度大 共享性好、冗余度小
数据的独立性 数据的独立性差 物理独立性好、逻辑独立性差 具有高度的物理独立性、具有较好的逻辑独立性
数据的结构化 数据无结构 记录内有结构、整体无结构 统一数据模型、整体结构化
数据的安全性 应用程序保护 文件系统保护 由 DBMS 提供完善的安全保护

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