系统架构设计师:数据库设计基础知识--数据库技术的发展

数据（Data）是描述事物的符号记录，它具有多种表现形式，可以是文字、图形、图像、声音和语言等。信息（Information）是现实世界事物的存在方式或状态的反映。信息具有可感知、可存储、可加工、可传递和可再生等自然属性，信息己是社会各行各业不可缺少的资源，这也是信息的社会属性。数据是信息的符号表示，而信息是具有特定释义和意义的数据。

数据库系统（DataBase System，DBS）是一个采用了数据库技术，有组织地、动态地存储大量相关联数据，从而方便多用户访问的计算机系统。广义上讲，DB S包括了数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）。

数据库（DataBase，DB）是统一管理的、长期储存在计算机内的，有组织的相关数据的集合。其特点是数据间联系密切、冗余度小、独立性较高、易扩展，并且可为各类用户共享。一般主要指的是存储数据的各种物理设备以及数据本身。

DBMS 是数据库系统的核心软件，是由一组相互关联的数据集合和一组用以访问这些数据的软件组成。D B MS 要在操作系统的支持下工作，它是一种解决如何科学地组织和储存数据，如何高效地获取和维护数据的系统软件。其主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理和数据库的建立与维

数据处理是对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动。数据管理是对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的活动。数据管理技术的发展经历了3个阶段：人工管理、文件系统和数据库系统阶段。

1.人工管理阶段

早期的数据处理都是通过手工进行的，因为当时的计算机主要用于科学计算。计算机上没有专门管理数据的软件，也没有诸如磁盘之类的设备来存储数据。在人工管理阶段，数据处理具有以下几个特点。

（1）数据量较少。数据和程序一一对应，即一组数据对应一个程序，数据面向应用，独立性很差。

（2）数据不保存。该阶段计算机主要用于科学计算，一般不需要将数据长期保存，只在计算一个题目时，将数据输入计算机，计算完成得到计算结果即可。

（3）没有软件系统对数据进行管理。程序员不仅要规定数据的逻辑结构，而且在程序中还要设计物理结构，包括存储结构、数据存取方法、输入输出方式等。

手工处理数据有两个缺点。

（1）应用程序与数据之间的依赖性太强，不相互独立。

（2）数据组和数据组之间可能有许多重复数据，造成数据冗余。

2.文件系统阶段

由于大容量的磁盘等辅助存储设备的出现，专门管理辅助存储设备上数据的文件系统应运而生。在文件系统中，按一定的规则将数据组织成为一个文件，应用程序通过文件系统对文件中的数据进行存取和加工。

在文件系统阶段中数据管理的特点如下。

（1）数据可以长期保留，数据的逻辑结构和物理结构有了区别，程序可以按照文件名称访问文件，不必关心数据的物理位置，由文件系统提供存取方法。

（2）数据不属于某个特定的应用，即应用程序和数据之间不再是直接的对应关系，数据可以重复使用。但是文件系统只是简单地存取数据，相互之间并没有有机的联系，即数据存取依赖于应用程序的使用方法，不同的应用程序仍然很难共享同一数据文件。

（3）文件组织形式的多样化，有索引文件、链接文件和Hash文件等。但文件之间没有联系，相互独立，数据间的联系要通过程序去构造。

文件系统具有如下缺点。

（1）数据冗余（Data Redundancy）。文件与应用程序密切相关，相同的数据集合在不同的应用程序中使用时，经常需要重复定义、重复存储，数据冗余度大。

（2）数据不一致性（Data Inconsistency）。由于相同数据的重复存储，单独管理，同样的数据可能存在于多个不同的文件中，给数据的修改和维护带来难度，容易造成数据的不一致。

（3）数据孤立（Data Isolation），即数据联系弱。由于数据分散在不同的文件中，而这些文件可能具有不同的文件格式，文件之间是孤立的，所以从整体上看文件之间没有反映现实世界事物之间的内在联系，因此很难对数据进行合理的组织以适应不同应用的需要。

3.数据库系统阶段

数据库系统是由计算机软件、硬件资源组成的系统，它有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问，它与文件系统重要的区别是数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高度独立性。

数据库系统阶段数据管理的特点如下。

（1）采用复杂的数据模型表示数据结构。数据模型不仅描述数据本身的特点，还描述数据之间的联系。数据不再面向某个应用，而是面向整个应用系统。数据冗余明显减少，实现了数据共享。

（2）有较高的数据独立性。数据库也是以文件方式存储数据的，但是它是数据的一种更高级的组织形式，在应用程序和数据库之间由DBMS负责数据的存取。DBMS对数据的处理方式和文件系统不同，它把所有应用程序中使用的数据以及数据间的联系汇集在一起，以便于应用程序查询和使用。

数据库系统与文件系统的区别是：数据库对数据的存储是按照同一种数据结构进行的，不同的应用程序都可以直接操作这些数据（即对应用程序的高度独立性）。数据库系统对数据的完整性、一致性和安全性都提供了一套有效的管理手段（即数据的充分共享性）。数据库系统还提供管理和控制数据的各种简单操作命令，容易掌握，使用户编写程序简单（即操作方便性）。