1.2 數據管理技術的發展

自從世界上第一臺電子數字計算機誕生以來，數據管理技術經歷了人工管理、文件系統和數據庫系統3個階段。

1. 人工管理階段

在20世紀50年代中期以前，受到當時計算機軟硬件技術的限制，計算機主要用于科學計算。硬件的外部存儲設備只有磁帶、卡片和紙帶；軟件方面還沒有操作系統，更沒有進行數據管理的軟件。在這個階段，計算機沒有數據管理功能，程序員將程序和數據編寫在一起，每個程序都有屬于自己的一組數據，程序之間數據不能共享，即便是幾個程序處理同一批數據，也必須重復輸入，數據冗余度很大。人工管理階段應用程序與數據的關系如圖1-1所示。

例如，要求分別編寫程序求出10個整數的最大值和最小值。采用人工管理方式的C語言程序如圖1-2所示。

從這個例子可以看出，在人工管理階段，程序和數據是不可分割的整體。每個程序都有自己的數據，而且數據不獨立，完全依賴于程序，根本無法實現數據共享，冗余度極大。

2. 文件系統階段

到了20世紀60年代中期，計算機不僅用于科學計算，還大量用于信息處理。硬件上已經有了可直接存取的存儲設備（如磁盤），軟件上出現了操作系統。在這個階段，數據能夠以文件形式存儲在外存上，由操作系統中的文件系統統一管理，按名存取。這就使得程序與數據可以分離，程序與數據之間有了一定的獨立性。不同應用程序可以共享一組數據，實現了數據以文件為單位的共享，文件系統階段應用程序與數據的關系如圖1-3所示。

例如，同樣是分別編寫程序求出10個整數的最大值和最小值。采用文件系統管理，可以將這10個整數存放在一個文本文件（如data.txt）中，在Windows的附件程序“記事本”中可以編輯文本文件，如圖1-4所示。然后，由應用程序從該文件中獲得數據，實現數據共享。具體的C語言程序如圖1-5所示。此外，如果想繼續求出另外10個整數的最大值和最小值，不需改變程序，只需修改文本文件中的數據即可，使得程序與數據具有一定的獨立性。

從這個例子可以看出，在文件系統階段，數據可以長期保存，由文件系統統一管理。但由于文件中只保存了數據，并未存儲數據的結構信息，導致讀取文件數據的操作必須在程序中實現，從而使程序與數據之間的獨立性仍然有局限性，數據不能完全脫離程序。

3. 數據庫系統階段

到了20世紀60年代后期，隨著計算機應用的日益廣泛，數據管理的規模越來越大，為了解決數據的獨立性問題，實現數據的統一管理，達到數據共享的目的，數據庫技術應運而生，使數據管理進入了數據庫系統階段。數據庫系統階段應用程序與數據的關系通過數據庫管理系統實現，如圖1-6所示。數據庫系統提供了對數據更高級、更有效的管理，使數據不再面向特定的某個或多個應用，而是面向整個應用系統。

例如，同樣是求10個整數的最大值和最小值。采用數據庫系統方式實現時，可以將這10個整數存放在Access數據庫的一個data表（見圖1-7）中，然后通過Access數據庫管理系統提供的標準化的查詢語句就能夠得出結果。

求最大值的標準化查詢語句為：Select Max（Num）From data

求最小值的標準化查詢語句為：Select Min（Num）From data

其中，Max是求最大值的函數，Min是求最小值的函數，data是存放數據的表名稱，Num是表中具體存放數據的列名稱。

從這個例子可以看出，在數據庫系統階段，數據庫中不僅保存了數據，還保存了數據表的結構信息（如Num列），程序中可以不用考慮數據的存取問題，具體的工作由數據庫管理系統完成。只有數據庫系統階段，數據才真正實現了獨立和共享。

隨著數據庫技術的發展和科學技術的不斷進步，各個行業領域對數據庫技術提出了更多的需求，除了傳統的數據庫系統（層次數據庫系統、網狀數據庫系統和關系數據庫系統）之外，還出現了分布式數據庫系統、并行數據庫系統、面向對象數據庫系統和多媒體數據庫系統等多種數據庫系統。