十二章节数据库技术新发展.ppt

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1、十二章节数据库技术新发展 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n n层次数据库和网状数据的数据模型分别是分层层次数据库和网状数据的数据模型分别是分层结构和网状的，据可用图来表示，前者对应于结构和网状的，据可用图来表示，前者对应于有根定向有向树，后者对应于有向图，故统称有根定向有向树，后者对应于有向图，故统称为格式化数据模型。其特点：为格式化数据模型。其特点：1.1.支持三级模式的体系结构支持三级模式的体系结构n n外模式、模式、内模式及其之间的转换外模式

2、、模式、内模式及其之间的转换(映射映射)。2.2.用存取路径来表示数据之间的联系用存取路径来表示数据之间的联系n n是数据库系统和文件系统的主要区别之一。是数据库系统和文件系统的主要区别之一。3.3.独立的数据定义语言独立的数据定义语言4.4.导航的数据操纵语言导航的数据操纵语言212.1.2 12.1.2 第二代数据库系统第二代数据库系统关系数据库系统关系数据库系统n n支持关系数据库模型的关系数据库系统是第二支持关系数据库模型的关系数据库系统是第二代数据库系统。代数据库系统。n n19701970年年IBMIBM公司公司San JoseSan Jose研究室的研究员研究室的研究员E.F.C

3、oddE.F.Codd发表题为发表题为“大型共享数据库数据的关大型共享数据库数据的关系模型系模型”论文，提出数据库的关系模型，开创论文，提出数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研究，为了数据库关系方法和关系数据理论的研究，为关系数据库技术奠定了理论基础。关系数据库技术奠定了理论基础。n n2020世纪世纪7070年代是关系数据库理论研究和原型开年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代。其中以发的时代。其中以IBM San JoseIBM San Jose研究室开发的研究室开发的System RSystem R和和BerkeleyBerkeley大学研制的大学研制的INGRES

4、INGRES为代表。为代表。主要成果有：主要成果有：3(1)奠定了关系模型的理论基础，给出一致接受的关系模型的规范说明。(2)研究了关系数据语言，有关系代数、关系演算、SQL语言及QBE等，为20世纪80年代数据库语言标准化打下基础。(3)研制了大量的RDBMS的原型，攻克了系统实现中查询优化、并发控制、故障恢复等一系列关键技术。n n在计算机领域有人把20世纪70年代称为数据库时代。4n n关系数据库以关系模型为基础，由三部分组成：关系数据库以关系模型为基础，由三部分组成：1.1.数据结构数据结构2.2.关系操作关系操作3.3.数据完整性数据完整性n n关系模型具有以下主要特点：关系模型具有

5、以下主要特点：(1)(1)关系模型的概念单一，实体以及实体之间的关系模型的概念单一，实体以及实体之间的联系读用关系表示；联系读用关系表示；(2)(2)以关系代数为基础，形式化基础好；以关系代数为基础，形式化基础好；(3)(3)数据独立性强，数据的物理存储和存取路径数据独立性强，数据的物理存储和存取路径对用户隐蔽；对用户隐蔽；(4)(4)关系数据库语言是非过程化的，将用户从编关系数据库语言是非过程化的，将用户从编程数据库记录的导航式检索中解脱出来，大大程数据库记录的导航式检索中解脱出来，大大降低用户编程的难度。降低用户编程的难度。512.1.3 12.1.3 新一代数据库技术的研究和发展新一代数

6、据库技术的研究和发展一、新应用领域的需求一、新应用领域的需求n n如如CAD/CAMCAD/CAM、CIMCIM、OISOIS、GISGIS、知识库系统和实、知识库系统和实时系统等。时系统等。n n如如VLSI CADVLSI CAD所需的数据管理由许多不同于传统数所需的数据管理由许多不同于传统数据管理的地方：据管理的地方：(1)VLSI(1)VLSI数据要涉及大量的数据，大部分具有复杂结数据要涉及大量的数据，大部分具有复杂结构。构。(2)(2)由大量的历史数据必须保存，直到设计完成和稳由大量的历史数据必须保存，直到设计完成和稳定。定。(3)(3)在一个复杂芯片设计中存在大量可重用的原始部在一

7、个复杂芯片设计中存在大量可重用的原始部件，对这些原始部件提供数据库管理将极大地支件，对这些原始部件提供数据库管理将极大地支持对已开发的部件库的重用。持对已开发的部件库的重用。(4)VLSI(4)VLSI基本单元模型由许多不同方面的表示，每一基本单元模型由许多不同方面的表示，每一方面都有自己独立的描述。方面都有自己独立的描述。6n n新的应用需要数据库系统支持以下功能：(1)存储和处理复杂对象。(2)支持复杂的数据类型。(3)需要常驻内存的对象管理以及支持大量对象的存取和计算。(4)实现程序设计语言和数据库语言的无缝的集成。(5)支持长事务和嵌套事务的处理。7二、传统数据库系统的局限性1.面向机

8、器的语法数据模型2.数据类型简单、固定3.结构与行为分离4.阻抗失配5.被动响应6.存储、管理的对象有限7.事务处理能力较差8三、新一代数据库技术的特点三、新一代数据库技术的特点n n从多方面发展现行的数据库技术，如：从多方面发展现行的数据库技术，如：uu针对不同的应用，对传统的针对不同的应用，对传统的DBMSDBMS，主要是，主要是RDBMSRDBMS进行不同层次上的扩充。进行不同层次上的扩充。uu与其他学科的新技术紧密结合，丰富和发展与其他学科的新技术紧密结合，丰富和发展数据库系统的概念、功能和技术。数据库系统的概念、功能和技术。n n新一代数据库系统的特点：新一代数据库系统的特点：1.1

9、.面向对象的方法和技术对数据库发展的影响最面向对象的方法和技术对数据库发展的影响最为深远为深远2.2.数据库技术与多学科技术的有机结合数据库技术与多学科技术的有机结合3.3.面向应用领域的数据库技术的研究面向应用领域的数据库技术的研究9四、第三代数据库系统1990年高级DBMS功能委员会发表“第三代数据库系统宣言”，提出第三代DBMS应具有的三个基本特征，并导出十三个具体的特征和功能。1.第三代数据库系统应支持数据管理、对象管理和知识管理2.第三代数据库系统必须保持或继承第二代数据库系统的技术3.第三代数据库系统必须对其他系统开放1012.2 12.2 数据库新技术数据库新技术应用领域科学实验

10、计划统计GISCA商业管理分布处理并行处理人工智能多媒体模糊技术其它计算机技术层次网状模型关系模型复杂数据模型语义数据模型OO,OR数据模型分布数据库并行数据库数据模型新一代数据库系统及其相互关系示意图新一代数据库系统及其相互关系示意图1112.2.1 12.2.1 数据模型的发展数据模型的发展n n数据模型应满足三方面要求：数据模型应满足三方面要求：uu能比较真实地模拟现实世界能比较真实地模拟现实世界uu容易为人们所理解容易为人们所理解uu便于在计算机上实现便于在计算机上实现n n数据抽象的三个层次：数据抽象的三个层次：现实世界概念模型(逻辑)数据模型物理数据模型认识抽象最高层中间层最低层信

11、息世界机器世界(逻辑部分)机器世界(物理部分)12一、物理层一、物理层二、逻辑层二、逻辑层三、概念层三、概念层n n新的数据模型：新的数据模型：1.1.复杂数据模型：复杂数据模型：n n偏重于结构的扩充偏重于结构的扩充NF2NF2n n偏重于语义的扩充偏重于语义的扩充POSTGRESPOSTGRES2.2.提出和发展全新的数据构造器和数据处理原语，提出和发展全新的数据构造器和数据处理原语，以表达复杂的结构和丰富的语义。以表达复杂的结构和丰富的语义。3.3.将上述语义数据模型和将上述语义数据模型和OOOO程序设计方法结合，程序设计方法结合，提出面向对象的数据模型。提出面向对象的数据模型。1312

12、.2.2 12.2.2 数据库技术与其他相关技术相结合数据库技术与其他相关技术相结合数据库技 术分布处理技术并行处理技术人工智能技术多媒体技术模糊技术分布式数据库系统并行数据库系统知识库系统、主动数据库系统多媒体数据库系统模糊数据库系统14一、分布式数据库系统一、分布式数据库系统(1)(1)数据的物理分布数据的物理分布(2)(2)数据的逻辑整体性数据的逻辑整体性(3)(3)数据的分布独立性数据的分布独立性(4)(4)场地自治和协调场地自治和协调(5)(5)数据的冗余及冗余的透明性数据的冗余及冗余的透明性二、并行数据库系统二、并行数据库系统Scan SJoinScan PJoinGroupSor

13、tScanMergeSort SSort SSort SScan SScan SScan S15三、知识库系统三、知识库系统1.1.数据库的智能化数据库的智能化(1)(1)用知识表示方法描述用知识表示方法描述DBMSDBMS(2)(2)将更多的语义信息以知识表示形式存入系统将更多的语义信息以知识表示形式存入系统(3)(3)用户界面智能化用户界面智能化2.2.智能化的数据库智能化的数据库(1)(1)数据库的演绎功能数据库的演绎功能(2)(2)数据库的搜索功能数据库的搜索功能(3)(3)数据库的问题求解能力数据库的问题求解能力(4)(4)数据库的归纳功能数据库的归纳功能(5)(5)数据库的知识管理

14、能力数据库的知识管理能力16四、主动数据库四、主动数据库(1)(1)主动数据库的数据模型和知识模型主动数据库的数据模型和知识模型(2)(2)执行模型执行模型(3)(3)条件检测条件检测(4)(4)事物调度事物调度(5)(5)体系结构体系结构(6)(6)系统效率系统效率五、多媒体数据库五、多媒体数据库(1)(1)多媒体数据库应能表示多种媒体数据多媒体数据库应能表示多种媒体数据(2)(2)多媒体数据库应能协调处理各种媒体数据多媒体数据库应能协调处理各种媒体数据(3)(3)提供更强的适合非格式化数据查询的搜索功提供更强的适合非格式化数据查询的搜索功能能17六、模糊数据库系统n n模糊的概念n n模糊

15、数据库系统的定义n n关键技术：(1)模糊数据的表示和语义解释(2)模糊数据模型(3)模糊数据库管理系统的实现技术(4)模糊数据库和模糊知识库的结合1812.2.3 12.2.3 面向应用领域的数据库新技术面向应用领域的数据库新技术数据库技 术EIS&DSSCAD/CAM/CIM计划、统计GIS数据仓库工程数据库统计数据库空间数据库特定应用领域数据库新技术内容19一、数据仓库一、数据仓库1.1.从数据库到数据仓库从数据库到数据仓库(1)(1)事务处理和分析处理的性能特性不同事务处理和分析处理的性能特性不同(2)(2)数据集成问题数据集成问题(3)(3)数据动态集成问题数据动态集成问题(4)(4

16、)历史数据问题历史数据问题(5)(5)数据综合问题数据综合问题2.2.数据仓库的定义和特点数据仓库的定义和特点(1)(1)主题与面向主题主题与面向主题(2)(2)数据仓库的集成数据仓库的集成(3)(3)数据仓库是不可更新的数据仓库是不可更新的(4)(4)数据仓库是随时变化的数据仓库是随时变化的203.3.分析工具分析工具数据仓库系统的重要组成部分数据仓库系统的重要组成部分(1)(1)联机分析处理技术及工具联机分析处理技术及工具(2)(2)数据挖掘技术和工具数据挖掘技术和工具4.4.基于数据库技术的基于数据库技术的DSSDSS解决方案解决方案(1)(1)在底层数据库保存大量的事物级细节数据在底层

17、数据库保存大量的事物级细节数据(2)(2)数据仓库对底层数据库中的事物级数据进行数据仓库对底层数据库中的事物级数据进行集成、转换、综合，重新组成面向全局的数据集成、转换、综合，重新组成面向全局的数据视图视图(3)OLAP(3)OLAP从数据仓库中的集成数据出发从数据仓库中的集成数据出发(4)(4)数据挖掘以数据仓库和多维数据库中的大量数据挖掘以数据仓库和多维数据库中的大量数据为基础数据为基础21二、工程数据库二、工程数据库n n主要功能：主要功能：(1)(1)支持复杂对象的表示和处理支持复杂对象的表示和处理(2)(2)可扩展的数据类型可扩展的数据类型(3)(3)支持多样化的工程数据的存储和继承

18、管理支持多样化的工程数据的存储和继承管理(4)(4)支持长结构数据实体的处理支持长结构数据实体的处理(5)(5)支持工程长事物和嵌套事物的并发控制和恢支持工程长事物和嵌套事物的并发控制和恢复复(6)(6)支持设计过程中多种不同数据版本的存储和支持设计过程中多种不同数据版本的存储和管理管理(7)(7)支持模式的动态修改和扩展支持模式的动态修改和扩展(8)(8)支持多种工程应用程序支持多种工程应用程序22三、统计数据库三、统计数据库n n统计数据的特性：统计数据的特性：(1)(1)分类属性和统计属性分类属性和统计属性(2)(2)多维性多维性(3)(3)分类属性的层次结构分类属性的层次结构(4)(4)微数据微数据n n统计数据库研究的问题和技术：统计数据库研究的问题和技术：(1)(1)数据模型数据模型(2)(2)查询语言和用户接口查询语言和用户接口(3)(3)统计数据的物理组织统计数据的物理组织(4)(4)时序数据时序数据(5)(5)统计数据的安全性统计数据的安全性23四、空间数据库n n空间数据库技术研究的主要内容：(1)空间数据模型(2)空间数据查询语言(3)空间数据库管理系统24