資料庫原理學習筆記——引言

  一、人工管理階段。這一階段（20世紀50年代中期以前），計算機主要用於科學計算。外部儲存器只有磁帶、卡片和紙帶等還沒有磁碟等直接存取儲存裝置。軟體只有組合語言，尚無資料管理方面的軟體。資料處理方式基本是批處理。這個階段有如下幾個特點：

1.計算機系統不提供對使用者資料的管理功能。使用者編制程式時，必須全面考慮好相關的資料，包括資料的定義、儲存結構以及存取方法等。程式和資料是一個不可分割的整體。資料脫離了程式就無任何存在的價值，資料無獨立性。

2.資料不能共享。不同的程式均有各自的資料，這些資料對不同的程式通常是不相同的，不可共享；即使不同的程式使用了相同的一組資料，這些資料也不能共享，程式中仍然需要各自加人這組資料，誰也不能省略。基於這種資料的不可共享性，必然導致程式與程式之間存在大量的重複資料，浪費了儲存空間。

3.不單獨儲存資料。基於資料與程式是一個整體，資料只為本程式所使用，資料只有與相應的程式一起儲存才有價值，否則就毫無用處。所以，所有程式的資料均不單獨儲存。

   二、檔案系統階段。在這一階段（20世紀50年代後期至60年代中期）計算機不僅用於科學計算，還利用在資訊管理方面。隨著資料量的增加，資料的儲存、檢索和維護問題成為緊迫的需要，資料結構和資料管理技術迅速發展起來。此時，外部儲存器已有磁碟、磁鼓等直接存取的儲存裝置。軟體領域出現了作業系統和高階軟體。作業系統中的檔案系統是專門管理外存的資料管理軟體，檔案是作業系統管理的重要資源之一。資料處理方式有批處理，也有聯機實時處理。這個階段有如下幾個特點：

1.資料以“檔案”形式可長期儲存在外部儲存器的磁碟上。由於計算機的應用轉向資訊管理，因此對檔案要進行大量的查詢、修改和插人等操作。

2.資料的邏輯結構與物理結構有了區別，但比較簡單。程式與資料之間具有“裝置獨立性”，即程式只需用檔名就可與資料打交道，不必關心資料的物理位置。由作業系統的檔案系統提供存取方法（讀／寫）。

3.檔案組織已多樣化。有索引檔案、連結檔案和直接存取檔案等。但檔案之間相互獨立、缺乏聯絡。資料之間的聯絡要通過程式去構造。

4.資料不再屬於某個特定的程式，可以重複使用，即資料面向應用。但是檔案結構的設計仍然是基於特定的用途，程式基於特定的物理結構和存取方法，因此程式與資料結構之間的依賴關係並未根本改變。

5.對資料的操作以記錄為單位。這是由於檔案中只儲存資料，不儲存檔案記錄的結構描述資訊。檔案的建立、存取、查詢、插人、刪除、修改等所有操作，都要用程式來實現。

隨著資料管理規模的擴大，資料量急劇增加，檔案系統顯露出一些缺陷：

1.資料冗餘。由於檔案之間缺乏聯絡，造成每個應用程式都有對應的檔案，有可能同樣的資料在多個檔案中重複儲存。

2.不一致性。這往往是由資料冗餘造成的，在進行更新操作時，稍不謹慎，就可能使同樣的資料在不同的檔案中不一樣。

3.資料聯絡弱。這是由於檔案之間相互獨立，缺乏聯絡造成的。

檔案系統階段是資料管理技術發展中的一個重要階段。在這一階段中，得到充分發展的資料結構和演算法豐富了電腦科學，為資料管理技術的進一步發展打下了基礎，現在仍是計算機軟體科學的重要基礎。

三、資料系統階段

這一階段（60年代後期），資料管理技術進入資料庫系統階段。資料庫系統克服了檔案系統的缺陷，提供了對資料更高階、更有效的管理。這個階段的程式和資料的聯絡通過資料庫管理系統來實現（DBMS），見圖1.1.14所示。

概括起來，資料庫系統階段的資料管理具有以下特點：

1.採用資料模型表示複雜的資料結構。資料模型不僅描述資料本身的特徵，還要描述資料之間的聯絡，這種聯絡通過存取路徑實現。通過所有存取路徑表示自 然的資料聯絡是資料庫與傳統檔案的根本區別。這樣，資料不再面向特定的某個或多個應用，而是面向整個應用系統。資料冗餘明顯減少，實現了資料共享。

2.有較高的資料獨立性。資料的邏輯結構與物理結構之間的差別可以很大。使用者以簡單的邏輯結構運算元據而無需考慮資料的物理結構。資料庫的結構分成用 戶的區域性邏輯結構、資料庫的整體邏輯結構和物理結構三級。使用者（應用程式或終端使用者）的資料和外存中的資料之間轉換由資料庫管理系統實現。

3.資料庫系統為使用者提供了方便的使用者介面。使用者可以使用查詢語言或終端命令運算元據庫，也可以用程式方式（如用C一類高階語言和資料庫語言聯合編制的程式）運算元據庫。

4.資料庫系統提供了資料控制功能。例如，1。資料庫的併發控制：對程式的併發操作加以控制，防止資料庫被破壞，杜絕提供給使用者不正確的資料；2。數 據庫的恢復：在資料庫被破壞或資料不可靠時，系統有能力把資料庫恢復到最近某個正確狀態；3。資料完整性：保證資料庫中資料始終是正確的；4。資料安全 性：保證資料的安全，防止資料的丟失、破壞。

5.增加了系統的靈活性。對資料的操作不一定以記錄為單位，可以以資料項為單位。