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數據庫技術是應數據管理任務的需求而產生的,在應用需求的驅動下,在計算機硬件,軟件發展的基礎上,數據管理技術經歷了人工管理,文件系統,數據庫系統三個階段。
一.人工管理階段
在20世紀50年代中期以前,計算機主要用于科學計算。當時的硬件外存只有紙帶,卡片,磁帶,沒有磁盤等直接存取的存儲設備;而軟件方面,沒有操作系統,沒有專門管理數據的軟件;數據的處理方式是批處理。
人工管理階段特點:
①數據不保存(當時計算機主要用于科學計算,一般不需要將數據進行長期保存)
②應用程序管理數據(數據需要由應用程序自己設計,說明和管理,沒有相應的軟件系統負責數據的管理工作。應用程序中不僅要規定數據的邏輯結構,而且要設計物理結構,包括存儲結構,存取方法,輸入方式等)
③數據不共享(數據是面向應用程序的,一組數據只能對應一個程序。當多個應用程序涉及某些相同的數據時必須各自定義,無法相互利用,參照,因此程序與程序之間有大量的冗余數據)
④數據不具有獨立性(數據的邏輯結構或者物理結構發生變化后,必須對應用程序作相應的修改,數據完全依賴于應用程序,數據缺乏獨立性)
應用程序與數據之間一一對應關系:
二.文件系統階段
20世紀50年代后期到60年代中期,此時硬件方面有了發展,有了磁盤,磁鼓等直接存取存儲設備。在軟件方面,操作系統中已經有了專門的數據管理軟件,一般稱為文件系統。不僅有了批處理,還有了聯機實時處理。
磁鼓是利用鋁鼓筒表面涂覆的磁性材料來存儲數據的。鼓筒旋轉速度很高,因此存取速度快
文件管理系統管理數據特點:
①數據可以長期保存(計算機大量用于數據處理,數據需要長期保存在外存上反復進行查詢,修改,插入和刪除等操作)
②由文件系統管理數據(由專門的軟件即文件系統進行數據管理,文件系統把數據組織成相互獨立的數據文件,利用“按文件名訪問,按記錄進行存取”的管理技術,提供了對文件進行打開與關閉,對記錄讀取和寫入等存取方式)
然而文件系統仍存在以下缺點:
①數據共享性差,冗余度大(在文件系統中,一個(或一組)文件基本上對應一個應用程序,即文件仍然是面向應用的。當不同的應用程序具有部分相同的數據時,也必須建立各自的文件,而不能共享相同的數據,因此數據冗余度大,浪費存儲空間。同時,由于相同的數據重復存儲,各自管理,容易造成數據的不一致性,給數據的修改和維護帶來困難)
②數據獨立性差(文件系統中的文件是為某一特定的應用服務的,文件的邏輯結構是針對具體的應用來設計和優化的,因此對文件中的數據再增加一些新的應用會很困難)
文件系統階段的一一對應關系:
三.數據庫系統階段
20世紀60年代后期以來,計算機管理的對象規模越來越大,應用范圍越來越廣泛,數據量急劇增加,同時多種應用,多種語言互相覆蓋的共享集合的要求越來越強烈。
在這種背景下,以文件系統作為數據管理手段已經不能滿足應用的需求,為了解決多用戶,多應用共享數據的要求,出現了統一管理數據的專門軟件系統,數據庫管理系統。
數據庫系統的特點:
①數據結構化(數據庫系統實現整體數據的結構化,在文件系統中,文件中的記錄內部具有結構,但是記錄的結構和記錄之間的聯系被固化在程序中。數據“整體”結構化是指數據庫中的數據不再針對某一個應用,而是面向整個組織或企業)
②數據的共享性高,冗余度低且易擴充(由于數據是面向整個系統,是有結構的數據,不僅可以被多個應用共享使用,而且容易增加新的應用,這使得數據庫系統彈性大,易于擴充)
③數據獨立性高(包括物理獨立性(是指用戶的應用程序與數據庫中數據的物理存儲是相互獨立的)和邏輯獨立性(是指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的))
④數據由數據庫管理系統統一管理和控制
數據庫系統階段:
數據庫是長期存儲在計算機內有組織,大量,共享的數據集合。它可以供各種用戶共享,具有最小冗余度和較高的數據獨立性。數據庫管理系統在數據庫建立,運用和維護時對數據庫進行統一的控制,以保證數據的安全性和完整性,并且在多用戶同時使用數據庫時進行并發控制,在發生故障后對數據庫進行恢復。
數據管理三個階段比較:
數據庫系統概論課后答案
答:
(1)數據(Data):描述事務的符號記錄稱為數據。數據的種類有數字、文字、圖形、圖像、聲音、正文等。數據與其語義是不可分的。解析在現代計算機系統中數據的概念是廣義的。早期的計算機系統用于科學計算,處理的數據是正數、實數、浮點數等傳統數學中的數據。
(2)數據庫(,簡稱DB):數據庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和存儲,具有較少的冗余度、較高的數據獨立性和易擴展性,并可為各種用戶共享。
(3)數據庫系統(DataBas,簡稱DBS):數據庫系統是指在計算機系統中引用數據庫后的系統構成,一般由數據庫、數據庫管理系統(及開發工具)、應用系統、數據庫管理員構成。數據庫是數據庫系統的一個組成部分,數據庫是一個人一機系統。
(4)數據庫管理系統( ,簡稱DBMS):數據庫管理系統是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件,用于科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據。DBMS的主要功能包括數據定義功能、數據操作功能、數據庫的運行管理功能、數據庫的建立和維護功能。
延伸:
數據庫系統概述 數據庫的4個基本概念
數據、數據庫、數據庫管理和數據庫系統。
1.數據(data)
數據是數據庫中存儲的基本對象。數據在大多數人頭腦中的第一反應就是一串數字,例如123、456、¥123、$456等。其實數字是最簡單的一種,是一種較為狹義的理解。廣義的理解認為數據的種類很多,例如文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生檔案等等,這些都是數據。
可以對數據作出如下定義:描述事務的符號記錄稱為數據。
在日常生活中,人們可以直接描述事務。例如這樣描述一位軟件系同學的基本情況:hcybx同學,男,1999年1月01日出生,XX省XX市人,2017年入學。在計算機常常這樣描述:
(hcybx,男,1999101,XX省XX市,軟件系,2017)
即把學生的姓名、性別、出生年月、出生地、所在院系、入學時間組織一起,構成一個記錄。
2.數據庫(, DB)
數據庫,顧名思義是存放數據的倉庫,不過數據是按照一定的格式存放的。
數據庫是長期存儲在計算機內、有組織、可共享數據的集合。(特點)
3.數據庫管理系統( System, DBMS)
如何科學的組織和存儲數據,如何高效獲取和維護數據。完成這個任務的是一個系統軟件——數據庫管理系統。
數據庫管理系統是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件。主要包括:
1)數據定義功能
數據庫管理系統提供數據定義語言,用戶通過它可以方便的對數據庫中的數據對象的組成與結構進行定義。
2)數據組織、存儲和管理
數據庫管理系統要分類組織、存儲和管理各種數據,包括數據字典、用戶數據、數據的存儲途徑等。要確定以何種文件結構和存放方式在存儲級上組織這些數據,如何實現數據之間的聯系。數據組織和存儲的基本目標就是提高存儲空間利用率和方便存取,提供多種存取方法(如索引查找、hash查找、順序查找等)來提高存取效率。
3)數據操縱功能
用戶可以使用它操縱數據,如:查詢、插入、刪除和修改等。
4)數據庫的事務管理和運行管理
5)數據庫的建立和維護功能
6) 其他
4.數據庫系統( System, DBS)
數據庫系統是由數據庫、數據庫管理系統、應用程序和數據庫管理員組成的存儲、管理、處理和維護數據的系統。數據庫的建立、使用和維護等工作只是靠一個數據庫管理系統遠遠還不夠,要有專門的人員來完成,這些被稱為數據庫管理員。
數據庫系統
引用數據庫后計算機系統的層次結構
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