1.2 数据库发展史

数据库的历史可以追溯到50多年前的20世纪60年代，那时的数据管理非常简单。通过大量分类、比较和表格绘制的机器运行数百万穿孔卡片来进行数据的处理，其运行结果将在纸上打印出来或者制成新的穿孔卡片。而数据管理就是对所有这些穿孔卡片进行物理存储和处理。1951年雷明顿兰德公司（Remington Rand Inc.）的一种叫做Univac I的计算机推出了一种一秒可以输入数百条记录的磁带驱动器，从而引发了数据管理的革命。1956年IBM生产出第一个磁盘驱动器the Model 305 RAMAC。此驱动器有50个盘片，每个盘片直径为2英尺，可以储存5MB的数据。使用磁盘最大的好处是可以随机地存取数据，而穿孔卡片和磁带只能顺序存取数据。1951年Univac系统使用磁带和穿孔卡片存储数据。

数据库发展阶段大致可分为如下几个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段、高级数据库阶段。

1.2.1 人工管理阶段

20世纪50年代中期之前，计算机的软、硬件均不完善。硬件存储设备只有磁带、卡片和纸带，软件方面还没有操作系统。当时的计算机主要用于科学计算。这个阶段由于还没有软件系统对数据进行管理，程序员在程序中不仅要规定数据的逻辑结构，还要设计其物理结构，包括存储结构、存取方法、输入/输出方式等。当数据的物理组织或存储设备改变时，用户程序就必须重新编制。由于数据的组织面向应用，不同计算程序之间不能共享数据，使得不同的应用之间存在大量重复数据，很难维护应用程序之间数据的一致性，如图1-1所示。这一阶段的主要特征可归纳如下：

①计算机中没有支持数据管理的软件；

②数据组织面向应用，数据不能共享，数据重复；

③在程序中要规定数据的逻辑结构和物理结构，数据与程序不独立；

④数据处理方式为批处理。

例如，Acrobat生成的数据与Word的数据无法共享，如图1-2所示。

1.2.2 文件系统阶段

文件系统阶段的主要标志是计算机中有了专门管理数据库的软件——操作系统。20世纪50年代中期到60年代中期，由于计算机大容量存储设备（如硬盘）的出现，推动了软件技术的发展，而操作系统的出现标志着数据管理步入一个新的阶段。在文件系统阶段，数据以文件为单位存储在外存，且由操作系统统一管理。操作系统为用户使用文件提供了友好的界面。文件的逻辑结构与物理结构脱钩，程序与数据分离，使数据与程序有了一定的独立性。用户的程序与数据可分别存放在外存储器上，各应用程序可以共享一组数据，实现了以文件为单位的数据共享，文件系统结构图如图1-3所示。

在文件系统中，一个txt文档既可以由Word软件打开，也可以由记事本软件打开，两种应用程序共享一个txt文档，如图1-4所示。由于文件系统中数据的组织仍然是面向程序的，存在大量数据冗余，数据的逻辑结构不能方便地修改和扩充，数据逻辑结构的每一点微小改变都会影响到应用程序。

另一方面，文件之间互相独立，不能反映现实世界中事物之间的联系，操作系统不维护文件之间的联系信息。如果文件之间有内容上的联系，也只能由应用程序处理。例如，在Windows操作系统中的一个Word文档，其中的文字数据不能够被另外一个Word文档直接使用，如图1-5所示。如果两个Word文档有相同的数据，则必须各自复制一份，这种重复就是冗余，不方便维护。当图1-5中任何一个学生更换电话号码时，必须同时修改两个文档。如果修改有遗漏，则号码不一致，其中必然有一个号码是错误的。

1.2.3 数据库系统阶段

20世纪60年代后，随着计算机在数据管理领域的普遍应用，人们对数据管理技术提出了更高的要求：希望面向企业或部门，以数据为中心组织数据，减少数据的冗余，提供更高的数据共享能力，同时要求程序和数据具有较高的独立性，当数据的逻辑结构改变时，不涉及数据的物理结构，也不影响应用程序，以降低应用程序研制与维护的费用。数据库技术正是在这样一个应用需求的基础上发展起来的。

数据库技术有如下特点：

①面向企业或部门，以数据为中心组织数据，形成综合性的数据库，为各应用共享。

②采用一定的数据模型。数据模型不仅要描述数据本身的特点，而且要描述数据之间的联系。

③数据冗余小，易修改，易扩充。不同应用程序根据处理要求，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也便于增加新的数据结构，便于维护数据的一致性。

④程序和数据有较高的独立性。

⑤具有良好的用户接口，用户可方便地开发和使用数据库。

⑥对数据进行统一管理和控制，提供了数据的安全性、完整性及并发控制。

从文件系统发展到数据库系统，这在信息领域中具有里程碑的意义。在文件系统阶段，人们在信息处理中关注的中心问题是系统功能的设计，因此程序设计占主导地位；在数据库方式下，数据开始占据了中心位置，数据的结构设计成为信息系统首先关心的问题，而应用程序则以既定的结构为基础进行设计。本阶段文件系统结构图如1-6所示。例如，在某大学的网络服务软件中“教师管理系统”、“学生管理系统”、“教务管理系统”通过SQL Server管理系统共享教务数据库中的“学生表”、“课程表”、“教师表”、“成绩表”，如图1-7所示。