數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展

　　眾所周知，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并不是在計算機產(chǎn)生的同時就出現(xiàn)的，而是隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，在特定的歷史時期、特定的需求環(huán)境下出現(xiàn)的。人類在1946年發(fā)明了世界上的第一臺計算機到20世紀(jì)60年代這漫長的20年里，計算機操作系統(tǒng)還主要局限于文件的操作，同樣，對數(shù)據(jù)的管理也主要是通過文件系統(tǒng)來實現(xiàn)。進行計算所需要的各種數(shù)據(jù)存放在各自的文件里面。當(dāng)要使用這些數(shù)據(jù)的時候，將文件打開，讀取文件中的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。當(dāng)計算完畢后，將計算結(jié)果仍舊寫入到文件中去。

　　雖然這種在文件中存放數(shù)據(jù)的方式目前在很多系統(tǒng)中還在使用，但是，這樣的數(shù)據(jù)存放方式在三四十年前的當(dāng)時，就已經(jīng)顯示出了非常明顯的不足。這些不足主要集中在無法對數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)一管理。具體表現(xiàn)在這樣幾個方面：

程序員編寫應(yīng)用程序非常不方便。應(yīng)用程序的設(shè)計者需要對程序所使用的文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)都了解的非常清楚。而計算機操作系統(tǒng)只提供將文件打開、關(guān)閉、保存等非常低級的操作，而對數(shù)據(jù)的修改、查詢操作則需要應(yīng)用程序來解決，如果程序所需要的數(shù)據(jù)存放在不同的文件里，而且這些文件的存儲格式又迥然不同。這樣就給應(yīng)用程序的開發(fā)帶來了巨大的麻煩，程序員要為程序中所用到的每一個文件都寫好相應(yīng)的接口，而且不同的文件格式相差很大，這樣就大大的增加了編程的工作量，從而使得在文件級別上開發(fā)應(yīng)用程序的效率非常低下，嚴(yán)重影響應(yīng)用軟件的發(fā)展。


文件結(jié)構(gòu)的每一處修改都將導(dǎo)致應(yīng)用程序的修改，從而使得應(yīng)用程序的維護工作量特別大。編過程序的人都有這種體會，就是每當(dāng)自己開發(fā)完畢的程序需要修改的時候，又不得不將源程序重新修改、編譯、鏈接。其麻煩程度可想而知。因為有人戲稱編程人員為“老改”人員，個中滋味，外人恐怕很難體會到的。


計算機操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)一般不支持對文件的并發(fā)訪問。而在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)的資源使用效率，一般都允許多個程序“同時”運行，即并發(fā)性。對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同樣有并發(fā)性的要求，現(xiàn)在比較大型的數(shù)據(jù)庫都有非常強的并發(fā)訪問機制，這樣可以充分利用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的軟、硬件資源，避免浪費。


由于基于文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理缺乏整體性、統(tǒng)一性，在數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、編碼、表示格式等諸多方面不能做到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，不同的操作系統(tǒng)有風(fēng)格迥異的表示方式，因此在一定程度上造成了數(shù)據(jù)管理的混亂。另外，基于文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理在數(shù)據(jù)的安全性和保密性發(fā)面難以采取有效的措施，在一些對安全性要求比較高的場合，這種安全上的缺陷是完全不允許的。
　　針對文件系統(tǒng)的這些重要缺點，人們逐步發(fā)展了以統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)和共享數(shù)據(jù)為主要特征的系統(tǒng)，這就是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就是在這樣的背景下發(fā)展起來了。1964年，美國通用電氣公司開發(fā)成功了世界上的第一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)——IDS(Integrated Data Store)。IDS奠定了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，并且得到了廣泛的發(fā)行和應(yīng)用，成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展史上的一座豐碑。1969年，美國國際商用機器公司（IBM）也推出世界上第一個層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS（Information Management System），同樣在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展史上占有重要的地位。

　　七十年代初，E.F.Codd在總結(jié)前面的層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念。他提出了關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算（直到今天，在E.F.Codd的這些基本理論還在左右這數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展，也依然是高校計算機專業(yè)課堂上所要講述的重要內(nèi)容）。在整個七十年代，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無論從理論上還是實踐上都去的了豐碩的成果。在理論上，確立了完整的關(guān)系模型理論、數(shù)據(jù)依賴?yán)碚摵完P(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計理論（在后面將重點講述這些關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本理論）；在實踐上，世界上出現(xiàn)了很多著名的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，比較著名的如System R，INGRES，Oracle等。

和文件系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有一系列的特點，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)向用戶提供高級的接口。在文件系統(tǒng)中，用戶要訪問數(shù)據(jù)，必須了解文件的存儲格式、記錄的結(jié)構(gòu)等。而在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，這一切都不需要了。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶處理了這些具體的細(xì)節(jié)，向用戶提供非過程化的數(shù)據(jù)庫語言（即通常所說的SQL語言），用戶只要提出需要什么數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心如何獲得這些數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)的管理完全由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS: Database Management System）來實現(xiàn)。
　
查詢的處理和優(yōu)化。查詢通常指用戶向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提交的一些對數(shù)據(jù)操作的請求。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)向用戶提供了非過程化的數(shù)據(jù)操縱語言，因此對于用戶的查詢請求就由DBMS來完成，查詢的優(yōu)化處理就成了DBMS的重要任務(wù)。
　
并發(fā)控制。前面曾經(jīng)提到，文件系統(tǒng)一般不支持并發(fā)操作，這樣大大的限制了系統(tǒng)資源的有效利用。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，情況就不一樣了?，F(xiàn)代的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有很強的并發(fā)操作機制，多個用戶可以同時訪問數(shù)據(jù)庫，甚至可以同時訪問同一個表中的不同記錄。這樣極大的提高了計算機系統(tǒng)資源的使用效率。
　
數(shù)據(jù)的完整性約束。凡是數(shù)據(jù)都要遵守一定的約束，最簡單的一個例子就是數(shù)據(jù)類型，例如定義成整型的數(shù)據(jù)就不能是浮點數(shù)。由于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是持久的和共享的，因此對于使用這些數(shù)據(jù)的單位來說，數(shù)據(jù)的正確行顯得非常重要。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，比較重要的完整性約束有實體完整性、域完整性、參照完整性和用戶自定義的完整性等，在后面的文章中將有重點講述。
　　進入二十世紀(jì)八十年代之后，計算機硬件技術(shù)有了飛速的提高。計算機技術(shù)的提高促使計算機應(yīng)用不斷深入，產(chǎn)生了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助教學(xué)、辦公自動化、智能信息處理、決策支持等。這些新的領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)提出了新的要求。但是由于應(yīng)用的多元化，不能設(shè)計出一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型來表示這些新型的數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系，因而出現(xiàn)了百家爭鳴的局面，產(chǎn)生了演繹數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、時態(tài)數(shù)據(jù)庫、模糊數(shù)據(jù)庫等新型數(shù)據(jù)庫的研究和應(yīng)用。

　　不過到目前為止，在世界范圍內(nèi)得到主流應(yīng)用的還是經(jīng)典的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，比較知名的如Sybase，Oracle，Informix，SQL Server，DB2等。在本系列專題文章中，我們也將根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，重點介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。其他的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也將作簡單的介紹。