1.1 数据管理技术的发展

上古时期，人们使用“结绳记事”的方式来表示数量。绳子上有一个结表示发生了一件事，大结表示大事，小结表示小事。在农业社会，农民们日出而作、日落而息，通过计日和计时来掌握气候变化的规律。古埃及人开始使用十进制的计数法。苏美尔人开始使用账单、收据和票据等物，这可谓是现代会计学的鼻祖。印度则发明了阿拉伯数字，并且创立了“0”的概念。后来阿拉伯人把古希腊的数学融进自己的数学，又把这一简便易写的十进制位值记数法传遍欧洲，逐渐演变成今天的阿拉伯数字。20世纪计算机的发明和应用，让数字展现了不一样的魅力。它不仅是一种量的概念，而且成为了一种信息储存方式。如今，随着物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术的发展，数据的产生、传输、储存、处理过程都发生了巨大变化，数据已经成为重要的资源。

在计算机科学中，凡是能输入计算机中并被计算机程序处理的符号都被统称为数据。随着计算机处理能力的增强，网页内容、论坛评论、自然语言、图像、视频等均被纳入数据的范畴。数据中蕴含的价值也日益显著。

所谓数据管理，是指利用计算机硬件和软件技术对数据进行有效的收集、存储、处理和应用的过程。其目的在于充分有效地发挥数据的作用。数据管理的发展与计算机技术的发展是同步的。数据管理经历了四个发展阶段：早期的人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段，以及数据库系统的新发展阶段，如图1-1所示。

图1-1 数据管理的发展阶段

1. 人工管理阶段

人工管理阶段，应用程序及其数据集是一一对应关系，不同应用程序的数据集之间不能共享，如图1-2所示。

图1-2 人工管理数据

2. 文件系统阶段

文件系统不仅实现了数据的长期保存，还允许用户直接通过文件名管理数据，但是程序及其数据之间依然是一一对应关系。文件系统管理数据如图1-3所示。

图1-3 文件系统管理数据

假设某高校用文件系统管理在校学生的信息，在校学生的信息分别存储在不同部门的文件中，如图1-4所示。学生在校期间，除了要办理学生证之外，出入寝室还需要办理门禁卡，洗衣服需要办理洗衣卡等。当新生注册时，人事处、宿管中心需要分别录入学生的学号、姓名、性别、学院、专业等基本信息。当学生换专业时，人事处和宿管中心都需要修改该生的学院和专业信息，如果修改不同步，会造成学生的信息不一致。当学生办理毕业手续时，相关部门都需要删除该生的信息。

图1-4 文件系统管理数据应用示例

3. 数据库系统阶段

数据集中管理提高了数据的共享程度，降低了数据冗余，如图1-5所示。

假设用数据库系统管理在校学生信息，如图1-6所示。当新生注册时，学生的学号、姓名、性别、出生年月、学院、专业等基础数据只需要由有录入权限的人事处一次性录入，宿管中心、洗衣房等部门不需要重复录入也可查看学生的信息。当宿管中心为学生分配宿舍、发放门禁卡的时候，只需补充学生的住址信息即可；同时，宿管中心无权限录入或修改学生基本信息，只能为已经注册的学生安排宿舍。当学生换专业时，宿管中心和人事处在任何时间查看该生的学院和专业信息，结果都是一样的，不会出现数据不一致问题。数据库统一存取数据，实现了在程序之间共享数据，有效缓解了数据冗余问题，保证了数据的一致性。

图1-5 数据库管理数据

图1-6 数据库管理数据应用示例

此外，数据库技术提供强大的数据管理功能。例如，数据库管理系统提供数据的完整性约束、权限管理和并发控制，保证了数据的完整性、安全性与一致性，提高了数据管理效率。

4. 数据库系统的新发展阶段

随着移动互联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，传统数据库系统与其他新兴技术结合，形成了多种满足特定应用领域的新型数据库。例如，数据库技术与网络通信技术融合的分布式数据库系统，与面向对象技术融合的面向对象数据库系统，与多媒体技术融合的多媒体数据库，与人工智能技术融合的智能数据库，与大数据融合的NoSQL（Not Only SQL）数据库等都有着广阔的发展前景。