数据管理技术发展的三个阶段

数据管理经过了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段三个阶段。

一、人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）

在这一阶段，计算机主要用于科学计算。外部存储器只有磁带、卡片和纸带等，还没有磁盘等直接存取存储设备。软件也处于初级阶段，只有汇编语言，无操作系统（OS）和数据管理方面的软件。数据处理方式基本是批处理。这个阶段有如下几个特点：

（1）数据不保存，数据也无需长期保存。

（2）计算机系统不提供对用户数据的管理功能。用户编制程序时，必须全面考虑好相关的数据，包括数据的定义、存储结构以及存取方法等。程序和数据是一个不可分割的整体。数据脱离了程序就无任何存在的价值，数据无独立性。

（3）只有程序的概念，没有文件的概念。数据的组织形式必须由程序员自行设计。

（4）数据不能共享。不同的程序均有各自的数据，这些数据对不同的程序通常是不相同的，不可共享；即使不同的程序使用了相同的一组数据，这些数据也不能共享，程序中仍然需要各自加人这组数据，谁也不能省略。基于这种数据的不可共享性，必然导致程序与程序之间存在大量的重复数据，浪费了存储空间。

（5）数据面向程序，不单独保存数据。基于数据与程序是一个整体，数据只为本程序所使用，数据只有与相应的程序一起保存才有价值，否则就毫无用处。所以，所有程序的数据均不单独保存。

二、文件系统阶段（20世纪50年代后期至60年代中期）

在这一阶段，计算机不仅用于科学计算，还利用在信息管理方面。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。此时，外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。软件领域出现了操作系统操作系统和高级软件。操作系统中的文件系统是专门管理外存的数据管理软件，文件是操作系统管理的重要资源之一。数据处理方式有批处理，也有联机实时处理。这个阶段有如下几个特点：        

数据以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。由于计算机的应用转向信息管理，因此对文件要进行大量的查询、修改和插人等操作。

数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单。程序与数据之间具有“设备独立性”，即程序只需用文件名就可与数据打交道，不必关心数据的物理位置。由操作系统的文件系统提供存取方法（读／写）。

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。但文件之间相互独立、缺乏联系。数据之间的联系要通过程序去构造。

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。但是文件结构的设计仍然是基于特定的用途，程序基于特定的物理结构和存取方法，因此程序与数据结构之间的依赖关系并未根本改变。

对数据的操作以记录为单位。这是由于文件中只存储数据，不存储文件记录的结构描述信息。文件的建立、存取、查询、插人、删除、修改等所有操作，都要用程序来实现。

随着数据管理规模的扩大，数据量急剧增加，文件系统显露出一些缺陷：

（1）编写应用程序不方便，程序员不得不记住文件的组织形式和包含的内容。

（2）数据冗余大。由于文件之间缺乏联系，造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储。数据冗余不仅浪费了空间，还导致数据的潜在的不一致性和修改数据较困难。

（3）不一致性。这往往是由数据冗余造成的，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样。

（4）数据独立性差。如果存储文件的逻辑结构发生了变化或存储结构发生了变化，不得不修改程序，程序和数据之间的独立性仍然较差。

（5）不支持对文件的并发访问。

（6）数据间的联系较弱。这是由于文件之间相互独立，缺乏联系造成的。

（7）难以按不同的用户的需要来表示数据

（8）安全控制功能较差。

三、数据库管理系统阶段（20世纪60年代后期开始）

这一阶段，计算机越来越多地应用于管理领域，且规模也越来越大。数据库系统克服了文件系统的缺陷，提供了对数据更高级、更有效的管理。这个阶段的程序和数据的联系通过数据库管理系统来实现（DBMS）。

概括起来，数据库系统阶段的数据管理具有以下特点：

（1）数据结构化。在描述数据的时候，不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系，这样把相互关联的数据集成了起来。

（2）数据共享。数据不再面向特定的某个或多个应用，而是面向整个应用系统。

（3）大大降低数据冗余。

（4）有较高的数据独立性（Data Independence)。数据独立性是指存储在数据库中的数据与应用程序之间不存在依赖关系，而是相互独立的。可分为逻辑独立性和物理独立性两部分。逻辑独立性是指当数据的逻辑结构发生变化（如增加一列或减少一列）而不影响应用程序的特性。物理独立性是指当存储数据的物理结构发生变化时（如由顺序存储变为链式存储）而不影响应用程序的特性。

（5）保证了安全可靠性和正确性。通过对数据的完整性控制、安全性控制、并发控制和数据的备份与恢复策略，使存储在数据库中的数据有了更大的保障。

此外，数据库系统为用户提供了方便的用户接口。用户可以使用查询语言或终端命令操作数据库，也可以用程序方式（如用C一类高级语言和数据库语言联合编制的程序）操作数据库。