计算机数据处理发展的三个历史阶段

(一)简单应用 (20世纪50年代以前)

这个阶段最基本的特征是无数据管理及完全分散的手工方式。它表现在：

·无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。

·无 *** 作系统，无文件管理系统，无管理数据的软件。

·数据是程序的组成部分，数据不独立。修改数据必须修改程序。处理时，数据随程序一道送入内存，用完后全部撤出计算机，不能保留。数据大量重复，不能共享。

·文件系统尚未出现，程序员必须自行设计数据的组织方式。

(二)文件系统 (50年代后期到60年代中期)

这个阶段的基本特征是有了面向应用的数据管理功能，工作方式是分散的非手工的，其表现为：

·外存有了很大的发展，除磁带机外，还出现了大容量的硬盘和灵活的软磁盘。输入、输出能力大大加强。

·系统软件方面出现了 *** 作系统、文件管理系统和多用户的分时系统，出现了专用于商业事务管理的高级语言COBOL。它主要用于文件处理，也可以进行非数值处理。

·数据管理方面，实现了数据对程序的一定的独立性，数据不再是程序的组成部分，修改数据不必修改程序，数据有结构，被组织到文件内，存储在磁带、磁盘上，可以反复使用和保存。文件逻辑结构向存储结构的转换由软件系统自动完成，系统开发和维护工作得到减轻。

·文件类型已经多样化。由于有了直接存取设备，就有了索引文件、链接文件、直接存取文件等，而且能对排序文件进行多码检索。

·数据存取以记录为单位。

这一阶段数据管理的不足之处表现在：

·数据冗余度大。文件系统中文件基本上对应于某个应用程序，数据仍是面向应用的，不同应用程序所需数据有部分相同时，仍需建立各自的数据文件，不能共享，数据维护困难，一致性难以保证。

·数据与程序独立性仍不高。文件是为某一特定应用服务的，系统不易扩充。一旦数据逻辑结构改变，就必须修改文件结构的定义及应用程序；应用程序的变化也将影响文件的结构。因而文件仍不能反映现实世界事物之间的联系。

(三)数据库系统 (60年代后期开始)

60年代后期，计算机在管理中的应用更加广泛，数据量急剧增大，对数据共享的要求越来越迫切；同时，大容量磁盘已经出现，联机实时处理业务增多；软件价格在系统中的比重日益上升，硬件价格大幅下降，编制和维护应用软件所需成本相对增加。在这种情况下，为了解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用程序服务，出现了数据库系统，其特点是：

·面向全组织的复杂数据结构。数据库中的数据结构不仅描述了数据自身，而且描述了整个组织数据之间的联系，实现了整个组织数据的结构化。

·数据冗余度小，易于扩充。由于数据库从组织的整体来看待数据，数据不再是面向某一特定的应用，而是面向整个系统，减少了数据冗余和数据之间不一致现象。在数据库系统下，可以根据不同的应用需求选择相应的数据加以使用，使系统易于扩充。

·数据与程序独立。数据库系统提供了数据的存储结构与逻辑结构之间的映射功能及总体逻辑结构与局部逻辑结构之间的映射功能，从而使得当数据的存储结构改变时，逻辑结构保持不变，或者当总体逻辑结构改变时，局部逻辑结构可以保持不变，从而实现了数据的物理独立性和逻辑独立性，把数据的定义和描述与应用程序完全分离开。

·统一的数据控制功能。数据库系统提供了数据的安全性控制 (Security)和完整性控制 (Integrity)，允许多个用户同时使用数据库资源。数据库的上述特点，使得信息系统的研制从围绕加工数据的以程序为中心转移到围绕共享的数据库来进行，实现了数据的集中管理，提高了数据的利用率和一致性，从而能更好地为决策服务。因此，数据库技术在信息系统应用中正起着越来越重要的作用。

数据库的基本结构

数据库的基本结构分三个层次，反映了观察数据库的三种不同角度。

(1)物理数据层。它是数据库的最内层，是物理存贮设备上实际存储的数据的集合。这些数据是原始数据，是用户加工的对象，由内部模式描述的指令 *** 作处理的位串、字符和字组成。

(2)概念数据层。它是数据库的中间一层，是数据库的整体逻辑表示。指出了每个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系，是存贮记录的集合。它所涉及的是数据库所有对象的逻辑关系，而不是它们的物理情况，是数据库管理员概念下的数据库。

(3)逻辑数据层。它是用户所看到和使用的数据库，表示了一个或一些特定用户使用的数据集合，即逻辑记录的集合。

数据库不同层次之间的联系是通过映射进行转换的。数据库具有以下主要特点：

(1)实现数据共享。数据共享包含所有用户可同时存取数据库中的数据，也包括用户可以用各种方式通过接口使用数据库，并提供数据共享。

(2)减少数据的冗余度。同文件系统相比，由于数据库实现了数据共享，从而避免了用户各自建立应用文件。减少了大量重复数据，减少了数据冗余，维护了数据的一致性。

(3)数据的独立性。数据的独立性包括数据库中数据库的逻辑结构和应用程序相互独立，也包括数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。

(4)数据实现集中控制。文件管理方式中，数据处于一种分散的状态，不同的用户或同一用户在不同处理中其文件之间毫无关系。利用数据库可对数据进行集中控制和管理，并通过数据模型表示各种数据的组织以及数据间的联系。

(5)数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。主要包括：①安全性控制：以防止数据丢失、错误更新和越权使用；②完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性；③并发控制：使在同一时间周期内，允许对数据实现多路存取，又能防止用户之间的不正常交互作用；④故障的发现和恢复：由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏

数据库设计的基本步骤：1需求分析阶段：2概念结构设计阶段：是整个数据库设计的关键,通过对用户的需求进行综合、归纳与抽象,形成一个独立于具体DBMS的概念模型从实际到理论3逻辑结构设计阶段：将概念结构转换为

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