查理士·巴赫曼

巴赫曼1924年生於堪薩斯州的曼哈頓，高中在密歇根州東蘭辛度過。二戰爆發後，他加入美國陸軍防空高炮師；從1944年3月至1946年2月，他在西南太平洋戰場待了兩年，到過新幾內亞，澳大利亞和菲律賓羣島等地。在這裏，他首次使用90mm炮彈的火力控制系統。之後，他離開軍隊，進入密歇根州立大學學習，並於兩年後獲得了機械工程的學士學位。1950年，他在賓夕法尼亞大學取得碩士學位。同年，他在沃頓商學院完成了三個季度的學習，取得MBA學位。　巴赫曼的整個職業生涯基本上是在工業界裏，而沒有在學術界裏作過研究或教職工作。1950年他進入位於密歇根州米德蘭的陶氏化工，任工程師，後來升至數據處理經理；1960年加入通用電氣，在這裏他開發出了第一代網狀數據庫管理系統——IDS（集成數據存儲，en:Integrated Data Store），並和韋爾豪澤·朗伯（Weyerhaeuser Lumber）一起開發了第一個用於訪問IDS數據庫的多道程序（multiprogramming）；離開GE後，他加入了一家小公司——Cullinane信息系統公司（後改名為Cullinet），該公司為IBM主機提供與IDS類似的數據管理系統IDMS；1983年，他創建了自己的公司——巴赫曼信息系統公司。　巴赫曼也為許多標準化組織工作，他積極推動與促成了數據庫標準的制定，在美國數據系統語言委員會CODASYL下屬的數據庫任務組DBTG提出了網狀數據庫模型以及數據定義（DDL）和數據操縱語言（DML）規範説明，於1971年推出了第一個正式報告——DBTG報告。　1973年，他因“數據庫技術方面的傑出貢獻[2]”而被授予圖靈獎，並做了題為“作為導航員的程序員（The Programmer as Navigator）”的演講。1977年因其數據庫系統方面的開創性工作而被選為英國計算機學會的傑出研究員（Distinguished Fellow）。他也被列入數據庫名人堂。　明尼蘇達大學查爾斯巴貝奇研究所收集了巴赫曼從1951年到2007年的全部論文。論文集包含了詳細的檔案材料，描述了數據庫軟件的開發，涉及他在陶氏化工（1951年－1960年），通用電氣（1960年－1970年），霍尼韋爾公司（1970年－1981年），Cullinet（1972年－1986年），巴赫曼信息系統公司（1982年－1996年），以及一些在其他專業組織的論文。

運籌工作　在陶氏化工，巴赫曼作為工程師主要負責運籌方面的問題，在穿孔卡片機上開發投資回報率的計算程序。1957年，他被任命為中央數據處理部門的第一負責人，負責籌備公司的第一台大型數字計算機。巴赫曼主持了一項可行性研究以選擇新機器，並聘請了一些程序員和分析員。他研究信息論，並參與了程序設計以簡化文件維護和報告生成過程。1961年，巴赫曼來到紐約市，任職於通用電氣，在這裏他提供企業集團內部諮詢服務。他負責了一個涉及GE的所有部門的綜合系統項目，即：使用全新的GE 225計算機，製造一個通用的生產信息和控制系統（MIACS）。　該MIACS應用系統包含了許多要素，最底層的是生產控制系統。它完成生產計劃，配件擴充，工廠調度，新訂單反饋、處理以及正確變更工廠狀況等許多功能。該系統的底層是集成數據存儲（IDS，en:Integrated Data Store），是原始的數據庫管理系統，IDS建造在存儲器上的虛擬內存系統上，用於檢索動態和靜態的數據。它是通用電氣IDS、IDS II，Cullinet的IDMS和其他基於巴赫曼網狀模型的數據庫的基礎，也是第一個用於生產的基於磁盤數據庫管理系統。巴赫曼抓住了當時的許多新機會，成就了一個獨特的產品。

CODASYL數據模型的基本結構

1964年，巴赫曼來到位於亞利桑那州的通用電氣計算機部門。在這裏，他和朗伯一起完成了許多數據庫相關的項目，如 GE 400 IDS、GE 600 IDS、DataBASIC、個人數據存儲系統、以及WEYCOS 1、2等。WEYCOS是一個複雜的在線數據庫管理信息系統，巴赫曼認為WERCOS 2是第一個能支持多個應用程序並行訪問的數據庫管理系統。他們開發了“dataBasic”這個產品，為使用BASIC語言的分時系統用户提供數據庫接口支持。1960年代末，他還與沃倫·西蒙斯、比爾·奧萊等人在CODASYL數據庫任務組一起工作，他們製作的數據庫標準深受IDS和巴赫曼想法的影響。

1970年霍尼韋爾收購GE的計算機事務後，巴赫曼來到波士頓，在霍尼韋爾高級研究組從事合併後的運籌工作。仍然從事數據庫方面的工作。他把自己研究數據模型稱之為角色數據模型（role data model）。巴赫曼曾為ISO委員會開發開放系統互連（Open Systems Interconnection，OSI）。曾擔任美國國家標準學會-標準規劃和規定委員會（ANSI-SPARC）的DBMS研究組副主席，並嘗試將數據庫管理語言標準化。1971年DBTG小組提出了DBTG報告，描述了網狀數據庫系統參數接口和協議，以支持與數據無關的概念。報告也確立了現在被稱為“三層模式方法”（Three schema approach）的數據庫模型，即外部，抽象和內部的分層模型。雖然申請美國國家標準失敗，但該模型非常有影響力。1974年，巴赫曼與關係數據庫理論的首創者埃德加·科德在參加了一個會議時，就兩者的功過展開了討論。

1972年，巴赫曼加入Gullinet數據庫系統公司，一個IDMS軟件的主要供應公司，為營銷提供支持。他主要研究企業數據庫的高層模式建模工具和數據定義的翻譯工具。他也研究夥伴集合數據模型（partnership set data model），是增強型網狀數據庫模型和抽象模型建模的基礎。同時他也繼續為ISO/OSI委員會工作。

1983年，他成立了自己的公司——巴赫曼信息系統公司，開發了一些計算機輔助軟件工程產品。這些產品的核心的BACHMAN數據分析，提供了創建維護巴赫曼圖（en:Bachman Diagrams）的圖形支持工具。公司的特色是提供IBM主機上的循環再造程序。包括：

廢舊主機數據庫的逆向工程

數據建模

新物理數據庫的預研

優化物理數據庫的性能和DBMS規格

該公司獲得了風險投資，迅速成長，併成功提出了的首次公開招股。儘管公司在數據分析員產品，逆向工程和預研能力上獲得一定的成功，但一直在財務和管理上掙扎。作為IBM的商業夥伴，公司獲得初步成功，但仍命運多舛。最終它與Cadr系統公司合併成Cayenne軟件公司，1998年被Sterling軟件公司收購，接着被CA公司收購。

巴赫曼發表了很多文章和論文，下面列出一部分：

1962年。"Precedence Diagrams: The Key to Production Planning, Scheduling and Control." In: ProCo Features. Supplement No 24, August 24. .

1965年。"Integrated Data Store." in: DPMA Quarterly, January 1965.

1969年。"Software for Random Access Processing." in: Datamation April 1965.

1969年。"Data Structure Diagrams." in: DataBase: A Quarterly Newsletter of SIGBDP. vol. 1, no. 2, Summer 1969.

1972年。"Architecture Definition Technique: Its Objectives, Theory, Process, Facilities, and Practice." co-authored with J. Bouvard. in: Data Description, Access and Control: Proceedings of the 1972 ACM-SIGFIDET Workshop, November 29-December 1, 1972.

1972年。"The Evolution of Storage Structures." In: Communications of the ACM vol. 15, no. 7, July 1972.

1972－73年。"Set Concept for Data Structure." In: Encyclopedia of Computer Science, 1972-1973.

1973年。"The Programmer as Navigator." In: Communications of the ACM vol. 16, no. 11, November 1973.

1974年。"Implementation Techniques for Data Structure Sets." In: Data Base Management Systems, 1974.

1977年。"Why Restrict the Modeling Capability of Codasyl Data Structure Sets?" In: National Computer Conference vol. 46, 1977.

1978年。"Commentary on the CODASYL Systems Committee's Interim Report on Distributed Database Technology." National Computer Conference vol. 47, 1978.

1978年。"DDP Will Be Infinitely Affected, So Managers Beware!" in: DM, March 1978.

1980年。"The Impact of Structured Data Throughout Computer-Based Information Systems." In: Information Processing 80, 1980.

1980年。"The Role Data Model Approach to Data Structures." In; International Conference on Data Bases, March 24, 1980.

1982年。"Toward a More Complete Reference Model of Computer-Based Information Systems." Co-authored with Ronald G. Ross. In: Computers and Standards 1, 1982.

1983年。"The Structuring Capabilities of the Molecular Data Model." In; Entity-Relationship Approach to Software Engineering. C. G. Davis, S. Jajodia, and R. T. Yeh. eds. June 1983.

1987. "A Case for Adaptable Programming." In: Logic vol. 2, no. 1, Spring 1987.

1989年。"A Personal Chronicle: Creating Better Information Systems, with Some Guiding Principles." In: IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering vol. 1, no. 1, March 1989.

20世紀60年代中期以來，數據庫技術的形成、發展和日趨成熟，使計算機數據處理技術躍上了一個新台階，並從而極大地推動了計算機的普及與應用。因此，1973年的圖靈獎首次授予在這方面作出傑出貢獻的數據庫先驅查爾斯·巴赫曼(Charles W．Bachman)。

為了説明巴赫曼的功績，讓我們先簡要回顧一下計算機數據處理發展的歷史。

算機在20世紀40年代誕生之初只用於科學與工程計算，不能用於數據處理，因為當時的計算機還只能處理數字，不能處理字母和符號，而字母和符號恰是數據處理中的主要處理對象。此外，當時的計算機也還沒有數據處理所需要的大容量存儲器。20世紀50年代初，發明了字符發生器(Character Generator)，使計算機具有了能顯示、存儲與處理字母及各種符號的能力；又成功地將高速磁帶機用於計算機作存儲器，這是對計算機得以進人數據處理領域具有決定意義的兩大技術進展。但是磁帶只能順序讀寫，速度也慢，不是理想的存儲設備。1956年，IBM公司和Remington Rand公司先後實驗成功磁盤存儲器方案，推出了商用磁盤系統。磁盤不但轉速快，容量大，還可以隨機讀寫，為數據處理提供丁更加理想的大容量、快速存儲設備。有了這些硬件的支持，計算機數據處理便日益發展起來。

但是，初期的數據處理軟件只有文件管理(file management)這種形式，數據文件和應用程序一一對應，造成數據冗餘，數據不一致性和數據依賴(data dependence)。所謂數據依賴就是編寫程序依賴於具體數據，拿COBOL這種常用的商用語言來説吧，程序員必須在數據部的文件節(DATADIVISION，FILESECTION)中詳細説明文件中各數據項的類型和長度、格式，在設備部的輸入一輸出節(ENVIRON—MENTDIVISION，INPUT-OUTPUTSECTION)中還要通過SELECT語句和ASSIGN語句把文件和具體設備聯繫起來，並使用ORGANIZATION語句和ACCESSMODE語句嚴格規定文件的組織方式和存取方式。根據這些具體規定，程序員再在過程部(PROCEDUREDIVISION)中用一系列命令語句導航，才能使系統完成預期的數據處理任務。應用程序與數據的存儲、存取方式密切相關這種狀況給程序的編制、維護都造成很大的麻煩。

後來出現了文件管理系統FMS(Pile Management System)作為應用程序和數據文件之間的接口，一個應用程序通過FMS可以和若干文件打交道，在一定程度上增加了數據處理的靈活性。但這種方式仍以分散、互相獨立的數據文件為基礎，數據冗餘、數據不一致性、處理效率低等問題仍不可避免。這些缺點在較大規模的系統中尤為突出。以美國在20世紀60年代初制定的阿波羅登月計劃為例，阿波羅飛船由約200萬個零部件組成，它們分散在世界各地製造生產。為了掌握計劃進度及協調工程進展，阿波羅計劃的主要合約者Rock-well公司曾研製、開發了一個基於磁帶的零部件生產計算機管理系統，系統共用了18盤磁帶，雖然可以工作，但效率極低，18盤磁帶中60%是冗餘數據，維護十分困難。這個系統的狀況曾一度成為實現阿波羅計劃的重大障礙之一。

針對上述問題，各國學者、計算機公司、計算機用户以及計算機學術團體紛紛開展研究，為改革數據處理系統進行探索與試驗，其目標主要就是突破文件系統分散管理的弱點，實現對數據的集中控制，統一管理。結果就是出現了一種全新的高效的管理技術——數據庫技術。Rockwell公司就與IBM公司合作，在當時新推出的IBM 360系列上研製成功了世界上最早的數據庫管理系統之一IMS(1nformation Management System)，為保證阿波羅飛船1969年順利登月作出了貢獻。IMS是基於層次模型的。幾乎同時，巴赫曼在通用電氣公司主持設計與實現了網狀的數據庫管理系統IDS(Integrated Data System)。

巴赫曼1924年12月11日生於堪薩斯州的曼哈頓。1948年在密歇根州立大學取得工程學士學位，1950年在賓夕法尼亞大學取得碩土學位。20世紀50年代在Dow化工公司工作，1961—1970年在通用電氣公司任程序設計部門經理，1970—1981年在Honeywell公司任總工程師，同時兼任Cullinet軟件公司的副總裁和產品經理。Cullinet公司對中國人來説知之者不多，但這個公司當時在美國很有名氣，它是1978年第一家在紐約股票交易所上市的軟件公司，其時微軟在新墨西哥州的阿爾伯克基開張不久，鮮為人知，它的股票是1986年上市的，比Cullinet晚8年之久。但Cullinet最終被CA公司購併。1983年巴赫曼創辦了自己的公司Bachman Information System，Inc．。

巴赫曼在數據庫方面的主要貢獻有兩項，第一就是前面説的，在通用電氣公司任程序設計部門經理期間，主持設計與開發了最早的網狀數據庫管理系統IDS。IDS於1964年推出後，成為最受歡迎的數據庫產品之一，而且它的設計思想和實現技術被後來的許多數據庫產品所仿效。其二就是巴赫曼積極推動與促成了數據庫標準的制定，那就是美國數據系統語言委員會CODASYL下屬的數據庫任務組DBTG提出的網狀數據庫模型以及數據定義和數據操縱語言即DDL和DML的規範説明，於1971年推出了第一個正式報告——DBTG報告，成為數據庫歷史上具有里程碑意義的文獻。該報告中基於IDS的經驗所確定的方法稱為DBTG方法或CODASYL方法，所描述的網狀模型稱為DBTG模型或CODASYL模型。DBTG曾希望美國國家標準委員會ANSI接受DBTG報告為數據庫管理系統的國家標準，但是沒有成功。1971年報告之後，又出現了一系列新的版本，如1973、1978、1981年和1984年的修改版本。DBTG後來改名為DBLTG(Data Base Language Task Group，數據庫語言工作小組)。DBTG首次確定了數據庫的三層體系結構，明確了數據庫管理員DBA(Data Base Administrator)的概念，規定了DBA的作用與地位。DBTG系統雖然是一種方案而非實際的數據庫，但它所提出的基本概念卻具有普遍意義，不但國際上大多數網狀數據庫管理系統，如IDMS、PRIME DBMS、DMSl70、DMSⅡ和DMS 1100等都遵循或基本遵循DBTG模型，而且對後來產生和發展的關係數據庫技術也有很重要的影響，其體系結構也遵循DBTG的三級模式(雖然名稱有所不同)。下面我們簡要介紹一下DBTG的系統結構。 ^[1]