数据库技术的历史和发展

  数据库技术是本世纪60年代开始兴起的一门信息管理自动化的新兴学科，是计算机科学中的一个重要分支。随着计算机应用的不断发展，在计算机应用领域中，数据处理越来越占主导地位，数据库技术的应用也越来越广泛。
数据库是数据管理的产物。数据管理是数据库的核心任务，内容包括对数据的分类、组织、编码、储存、检索和维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据库技术也不断地发展。从数据管理的角度看，数据库技术到目前共经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。
A.人工管理阶段
人工管理阶段是指计算机诞生的初期(即20世纪50年代后期之前)，这个时期的计算机主要用于科学计算。从硬件看，没有磁盘等直接存取的存储设备；从软件看，没有操作系统和管理数据的软件，数据处理方式是批处理。
这个时期数据管理的特点是：
1. 数据不保存
该时期的计算机主要应用于科学计算，一般不需要将数据长期保存，只是在计算某一课题 时将数据输入，用完后不保存原始数据，也不保存计算结果。
2. 没有对数据进行管理的软件系统
程序员不仅要规定数据的逻辑结构，而且还要在程序中设计物理结构，包括存储结构、存取方法、输入输出方式等。因此程序中存取数据的子程序随着存储的改变而改变，数据与程序不具有一致性。
3. 没有文件的概念
数据的组织方式必须由程序员自行设计。
4. 一组数据对应于一个程序，数据是面向应用的
即使两个程序用到相同的数据，也必须各自定义、各自组织，数据无法共享、无法相互利用和互相参照，从而导致程序和程序之间有大量重复的数据。
B.文件系统阶段
文件系统阶段是指计算机不仅用于科学计算，而且还大量用于管理数据的阶段(从50年代后期到60年代中期)。在硬件方面，外存储器有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。在软件方面，操作系统中已经有了专门用于管理数据的软件，称为文件系统。
这个时期数据管理的特点是：
1. 数据需要长期保存在外存上供反复使用
由于计算机大量用于数据处理，经常对文件进行查询、修改、插入和删除等操作，所以数据需要长期保留，以便于反复操作。
2. 程序之间有了一定的独立性
操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法，程序和数据之间有了数据存取的接口，程序可以通过文件名和数据打交道，不必再寻找数据的物理存放位置，至此，数据有了物理结构和逻辑结构的区别，但此时程序和数据之间的独立性尚还不充分。
3. 文件的形式已经多样化
由于已经有了直接存取的存储设备，文件也就不再局限于顺序文件，还有了索引文件、链表文件等，因而，对文件的访问可以是顺序访问，也可以是直接访问。
4. 数据的存取基本上以记录为单位
C.数据库系统阶段
数据库系统阶段是从60年代后期开始的。在这一阶段中，数据库中的数据不再是面向某个应用或某个程序，而是面向整个企业(组织)或整个应用的。数据库系统阶段的特点是：
1. 采用复杂的结构化的数据模型
数据库系统不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。这种联系是通过存取路径来实现的。
2. 较高的数据独立性
数据和程序彼此独立，数据存储结构的变化尽量不影响用户程序的使用。
3. 最低的冗余度
数据库系统中的重复数据被减少到最低程度，这样，在有限的存储空间内可以存放更多的数据并减少存取时间。
4. 数据控制功能
数据库系统具有数据的安全性，以防止数据的丢失和被非法使用；具有数据的完整性，以保护数据的正确、有效和相容；具有数据的并发控制，避免并发程序之间的相互干扰；具有数据的恢复功能，在数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力把数据库恢复到最近某个时刻的正确状态。
二、三代数据库系统的发展
数据模型是数据库系统的核心。按照数据模型发展的主线，数据库技术的形成过程和发展可从
以下三个方面反映：
A. 第一代数据库系统 层次和网状数据库管理系统
层次和网状数据库的代表产品是IBM公司在1969年研制出的层次模型数据库管理系统。层次数据库是数据库系统的先驱，而网状数据库则是数据库概念、方法、技术的奠基。
B. 第二代数据库系统 关系数据库管理系统(RDBMS)
1970年，IBM公司的研究员E.F.Codd在题为《大型共享数据库数据的关系模型》的论文中提出了数据库的关系模型，为关系数据库技术奠定了理论基础。到了80年代，几乎所有新开发的数据库系统都是关系型的。真正使得关系数据库技术实用化的关键人物是James Gray。Gray在解决如何保障数据的完整性、安全性、并发性以及数据库的故障恢复能力等重大技术问题方面发挥了关键作用。关系数据库系统的出现，促进了数据库的小型化和普及化，使得在微型机上配置数据库系统成为可能。
C. 新一代数据库技术的研究和发展
目前已从多方面发展了现行的数据库系统技术。我们可以从数据模型、新技术内容、应用领域三个方面概括新一代数据库系统的发展。
(1) 面向对象的方法和技术对数据库发展的影响最为深远
80年代，面向对象的方法和技术的出现，对计算机各个领域，包括程序设计语言、软件工程、信息系统设计以及计算机硬件设备等都产生了深远的影响，也给面临新挑战的数据库技术带来了新的机遇和希望。数据库研究人员借鉴和吸收了面向对象的方法和技术，提出了面向对象的数据库模型(简称对象模型)。当前有许多研究是建立在数据库已有的成果和技术上的，针对不同的应用，对传统的DBMS，主要是RDBMS进行不同层次上的扩充，例如建立对象关系(OR)模型和建立对象关系数据库(ORDB)。
(2) 数据库技术与多学科技术的有机结合
数据库技术与多学科技术的有机结合是当前数据库发展的重要特征。计算机领域中其他新兴技术的发展对数据库技术产生了重大影响。传统的数据库技术和其他计算机技术的结合、互相渗透，使数据库中新的技术内容层出不穷。数据库的许多概念、技术内容、应用领域，甚至某些原理都有了重大的发展和变化。建立和实现了一系列新型的数据库，如分布式数据库、并行数据库、演绎数据库、知识库、多媒体库、移动数据库等，它们共同构成了数据库大家族。
(3) 面向专门应用领域的数据库技术的研究
为了适应数据库应用多元化的要求，在传统数据库基础上，结合各个专门应用领域的特点，研究适合该应用领域的数据库技术，如工程数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库、地理数据库、Web数据库等，这是当前数据库技术发展的又一重要特征。同时，数据库系统结构也由主机/终端的集中式结构发展到网络环境的分布式结构，随后又发展成两层、三层或多层客户/服务器结构以及Internet环境下的浏览器/服务器和移动环境下的动态结构。多种数据库结构满足了不同应用的需求，适应了不同的应用环境。