（有色金属冶金专业论文）基于web的稀土化合物热力学数据库的系统研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论义 摘要 摘要 本课题是基于w e b 的稀土化合物热力学数据库的研究和开发。主要 是针对稀土化合物的热力学部分，设计和构建个基于w e b 的数据库。 它是云南省自然科学基金资助项目一一基于w e b 的稀土化合物数据库的 一部分。 本论文是基于w e b 的稀土热力学数据库的系统研究。主要从设计、 建立和开发一个稀土热力学数据库的角度来阐述。正因为本论文所涉及 的热力学数据库是整个稀土数据库的重要部分和数据基础，故此数据库 的系统研究与开发显得格外注重。 本文系统讨论了热力学数据库的总体设计、前台客户端设计、后台 数据库的设计以及后台热力学数据库的热力学计算设计。在总体设计中， 研究了体系结构发展与演变，提出并设计了改进的多层体系结构。它既 涵盖了传统的c s 结构，又融合了流行的b s 结构。接着对这种体系结 构进行功能设计。同时。确定软件集成环境。在前台设计中，对前台窗 口进行分析、设鼍、设计，满足客户端用户的要求。后台设计中，涉及 了数据库设计和热力学计算。数据库设计研究了对数据库中的基本数据 的表示、存储等闯题，以及用s q l 语句进行数据库的基本操作。还详细 研究了用触发器来完成数据库的完整性。后台处理热力学计算操作，研 究了复杂计算的软件m a t l a b ，分析了热力学计算的基本原理，建立了计 算模型，给出计算公式及流程图。 关键词：稀土、数据库、热力学数据库、体系结构、c s 、b s 、m a t l a b 、 热力学计算模型 m 黜t e fd i s s e 眦i o no fk 1 j s t a b s t r a c t a b s t r a c t t h i st a s ki sb a s e du p o nw e bd a t a b a s eo ft h er a r ee a r t hc o m p o u n d t h e r m o d y n a m i c s i t i st h e i n v e s t i g a t i o n a n dt h e d e v e l o p m e n t o ft h i s d a t a b a s e a c c o r d i n gt ot h et h e r m o d y n a m i c so fr e ，i ti si m p o r t a n tt od e s i g n a n dc o n s t r u c tt h ew e bd a t a b a s e t h i st a s ki sonep a r to ft h er ec o m p o u n d w e bd a t a b a s et h a tw a ss u p p e r r e db yn a t u r a l s c i e n c ef u n d i ny u n n a n p r o v i n c e t h i sd i s s e r t a t i o nh a st h ef o c u so n s y s t e m o fr e c o m p o u n d t h e r m o d y n a m i c sd a t a b a s eb yd e s i g n i n g ，e s t a b l i s h i n ga n dd e v i s i n gt h er e c o m p o u n d t h e r m o d y n a m i c s d a t a b a s e s y s t e m t h e r e c o m p o u n d t h e r m o d y n a m i c sd a t a b a s ei nt h i s t h e s i si st h ev e r yi m p o r t a n tc o n s t i t u t e s a n df o u n d a t i o no fd a t a s ot h es y s t e mo ft h i sd a t a b a s eb e c o m e se s p e c i a l l y n o t a b l e t h i st h e s i ss y s t e m i c a l l yd i s c u s s e dt h et o t a ll a y o u t ，c l i e n ti n t e r f a c e d e s i g n ， b a c k g r o u n d d a t a b a s e m a n i p u l a t i o n a n dc a l c u l a t i o n o f t h e r m o d y n a m i c sp a r a m e t e r s i n t h et o t a l l a y o u t ，i n v e s t i g a t e d t h e d e v e l o p m e n ta n dc h a n g e ，t h i sa r t i c l eh a sp u tf o r w a r da n dd e v i s e dm u l t i l a y e r s y s t e mf r a m e w o r k i tc o n t a i n e dn o to n l y c t s ，b u tb s ，b yt h es y s t e m f r a m e w o r k ，w ec a r r i e dt h r o u g hf u n c t i o nd e s i g n w ea l s o m a d ec e r t a i n i n t e g r a t e dc o n d i t i o no fs o f t w a r e c l i e n ti n t e r f a c ed e s i g nm u s ta n s w e rc l i e n t n e e d so fm o s tu s e r s i nb a c k g r o u n dd a t a b a s e ，t h es t o r a g ea n dt h ee x p r e s so f d a t ah a ss h o w n u s i n gs q ls e n t e n c e sw ec o u l dh a n d l et h eb a s i co p e r a t i o n p a r t i c u l a r l yt h et h e s i si n t r o d u c e ds o m et r i g g e r st or e a l i z et h ei n t e g r a l i t yo f d a t a b a s e i tr e c o m m e n d e dm a t l a b ，t o o m a t l a bh a s h i g h e re f f i c i e n c y i n p r o g r a m m i n gd u et o t h ea d v a n t a g e si nn u m e r i c c o m p u t i n g a n a l y s i n gt h e k e y s t o n eo ft h e r m o d y n a m i c sc a l c u l a t i o n ，t h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e db o t h f o r m u l a sa n df l o wc h a t s k e y w o r d s ：r e a re a r t h ；d a t a b a s e ；t h e r m o d y n a m i c sd a t a b a s e ；c s ；b s ； s y s t e mf r a m e w or k ；m a t l a b ；t h e r m o d y n a m i c sc o m p u t em o d e l i i 本课题为云南省自然科学基金资助项 目。项目名称：基于w e b 的稀土化合物数据 库的研究和开发，批准号：2 0 0 4 e 0 0 1 7 m 。 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 7 研究r r _ 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不合 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：苍畅翻8 日 期：越年7 月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，p , p ： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：j 垒璺论文作者 签名：搠 日期：醚生z 县! 旦 昆埘理工大学硕士学位论文 篇一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 1 1 1稀土化合物的性质 稀士( r a r ee a r t h ) 元素是元素周期表中镧系等1 7 种元素总称。稀土 元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元 素，而比其他金属元素活泼。在1 7 个稀土元素当中，按金属的活泼次序 排列，由钪、钇、镧递增，由镧到镥递减，即镧元素最活泼。化合物稀 土元素能形成化学稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、 氢、碳、磷发生反应，易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。稀土元素及其化合 物具有许多优异的独特性质、如磁学性质、光学性质、电性质、核性质、 化学性质等，决定了它们在电子、信息、石油化工、冶金、机械、能源、 轻工、环保、农业等领域得到了极为广泛的应用。例如稀土元素具有独 特的4 f 电子结构，大的原予磁距，很强的自旋轨道耦合等特性。与其它 元素形成稀土配合物时，配位数可在3 1 2 之间变化，且稀土化合物的晶 体结构也是多样化的。在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学及磁 学特性更是得到了广泛应用。在高新技术领域，发挥着重要作用的稀土 新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氨材料、稀土催 化剂材料、稀土陶瓷材料及其他稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨 磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等。 总之，镧、铈、镨、钕、钇等1 7 种稀土元素由于原子结构特殊，电 子能级异常丰富，具有许多优异的光、电、磁、核等特性，加之化学性 质十分活泼，能与其它元素组成品类繁多、功能千变万化、用途各异的 新型材料。稀土元素己被世界公认为2 1 世纪的战略元素和高技术元素， 受到世界各国的高度重视。 我国稀土资源储量大，占世界首位。稀土元素齐全、稀土品位高、 矿点分布合理。据最近资料统计，我国稀土储量占世界稀土储量的4 1 3 ， 远景储量占4 2 5 3 ；其它已探明储量较多的国家为独联体占1 9 ，美国 占13 ，澳大利亚占5 2 ，印度占1 1 。同时，品种全、易加工、低成 本也成为我国稀土发展的重要优势条件。我图现有生产的产品品种约3 0 0 垦塑型三丕兰堡主堂垡笙苎 苎二兰堕笙 种，规格约5 0 0 个。单一稀土氧化物纯度一般为9 9 9 9 9 ，批量生产 最高可达9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 。2 0 0 2 年，我国稀土矿产量占世界总产量的 8 9 4 ，我国各类稀土产品产量占世界总产量的8 9 t2 1 。 随着我国国民经济的快速发展，相关行业对稀土的需求将越来越大， 必将更有力地推动稀土工业的发展。稀土工业发展一直受到国家的重视。 虽然目前稀土产量、出口量居世界第一，市场前景广阔，但也存在 着诸如产品结构、经营模式、技术落后等影响发展的问题。目前我国稀 土工业发展的主要问题是【3 1 ： ( 1 ) 产大于销，生产能力不能充分发挥，造成资源浪费； ( 2 ) 产品质量和一致性差，产品未实现系列化，难以形成综合竞争力； ( 3 ) 国内市场还不够十分强大。不足以保证稀土工业平稳发展。 这些问题的解决与否，对于保证我国在国际稀土市场中的长期领先 地位至关重要。因此，为了促进稀土的研究和开发，稀土数据库就显得 格外重要。 1 1 2 冶金数据库研究现状 如今，由于网络对人们生活、学习及工作的日益渗透，各个学科都 开发利用w e b 数据库来促进本学科的进一步快速发展。在国际上，热力 学数据库的发生与发展是近3 0 年的事情，1 9 8 0 年美国建立了特殊单质的 热化学及热力学数据库2 个，西欧建立了热力学数据库2 个。经过多年 的发展，数据库技术已经趋于成熟，特别是在商用化和网络化的方面。 世界上最为著名的大型热力学数据库有以下几个1 4 9 ： ( i ) f a c t ，加拿大，两个主要数据库，即化合物数据库和溶液数据库； ( 2 ) m t d a t a ，英国。包括纯物质数据库、溶液数据库、一元数据库、 合金数据库、半导体数据库等； ( 3 ) c h e m s a g e ，德国，强大的热力学计算软件，2 0 0 1 年与f a c t 整合， 成为热化学数据库软件f a c t s a g o ； ( 4 ) t h e r m o d a t a ，法国，系统结构类似予专家系统，在线服务； ( 5 ) t h e r m o c a l c ，瑞典，多种详细分类的数据库及相应的热力学 计算，同时提供多种过程模拟等； ( 6 ) t h e r d a s ，德国，与m t d a t a 、t h e r m o d a t a 等同属于s g t e 成员，具备热力学数据库常用功能。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 在国内，目前最有影响、规模最大、功能最多的数据库视中国科学 院化学冶金研究所研制开发的无机热化学数据库( i t d b ) ho 。另外有成 功的开发了基于数据库的i n t c r n e t 化学资源导航系统c h i n ，并已发展到 第2 版【引。清华大学也建立了基于w w w 的有机化合物物性数据库【1 1 1 ， 主要用于化学、化工工作者对有机物物性数据的查询。 综上所述，纵观国内外，有关稀土化合物热力学、物理性质、相图 和结构参数等物性的w e b 数据库研究则是鲜有报道【1 4 1 。针对这一情况， 开发和构建一个稀土w e b 数据库显得极为重要。 1 1 3稀土数据库的引入 随着i n t e r n e t 技术和w e b 技术的发展，网络给人们提供了全面的、 最新的、便捷的信息资源。近年来因特网的日益普及、快速渗透更进一 步促进了w e b 数据库的发展。通过浏览器为用户提供简便直接的查询信 息方式受到了普遍欢迎。而且目前已有许多有关稀土化合物物性的热力 学、物理性质和结构等方面的参数，但都比较零散，没有进行归纳整理 集中。 为了发挥我国得天独厚的稀土资源优势，方便稀土高新材料的研究 与开发，促进我国稀土工业的迸一步发展，构建和设计一个功能完备、 使用方便的稀土化合物w e b 数据库越发成为必然。这一稀土数据库将为 稀土的研究提供可靠的理论依据和必要的基础数据。对高科技材料稀土 的研究、开发和利用以及稀土工业的发展具有极其重要的实际意义。 1 2 w e b 数据库 随着网络的迅猛发展，互联网不只是网上冲浪、聊天室和下载r a p 3 ， 而是成为一个统一的通讯和信息体系的核心。人们期望在互联网上将全 世界的信息汇总、分析、交流，使全球经济得以更加高效的运转。从而 产生出更高的经济效益，更好的资源利用。因此w e b 数据库技术在网络 上的应用越来越受到人们的重视，得到了飞速发展与应用。 基于w e b 的数据库具有用户界面统一，自动更新，使用方便、利用 率高等优点，体系完备，查询方便。因此为了向用户提供大量有用的可 交互信息，凡是能够数据库化的内容，应尽量做成数据库形式。因为数 据库形式的数据比其他形式的数据容易更新与管理，当数据变动时，一 昆明理工大学硕士学位论立第一章绪论 个简短的s q l 的查询就可以迅速准确地解决，使w e b 的内容随着数据库 数据的变化显示。特别是当与用户交互信息时，更需要幕后数据库的支 持。下面将介绍w e b 数据库的基本内容。 1 2 1 数据库简述 数据库技术产生于2 0 世纪6 0 年代，发展至今已有3 0 多年的历史。 数据库技术作为数据管理最有效的手段，它的出现极大促进了计算机应 用的发展，目前基于数据库技术的计算机应用已成为计算机应用的主流。 1 2 1 1 数据库概念【1 3 1 所谓数据库( d a t a b a s e ，d b ) 就是长期储存在计算机内、有组织的、 可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储 存：具有较低的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可被多个用 户、多个应用共享使用。 数据库里的数据是如何科学的组织和存储的又是如何高效的获取 维护并进行工作的，这就需要一个系统软件一一数据库管理系统 ( d a t a b a s e m a n a g es y s t e m 。d b m s ) 。它是专门用来建立、管理、维护和 控制数据的软件，提供定义数据库表、查询数据和数据修改等功能e d b m s 还必须能够保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用 ；l 及 发生故障后的系统恢复。 人们常说的数据库实际是个系统即数据库系统( d a t a b a s e s y s t e r n ，d b s ) 。它是由若干相互独立而又相互作用的要素所构成豹，是在 计算机系统中引入数据库后的系统。一般由数据库、数据库管理系统及 其开发工具、应用系统( a p p ) 、数据库管理员( d a t a b a s ea d m i n i s t r a t o r ， d b a ) 和用户构成。即d b s = d b + d b m s + a p p + d b a + u s e r 。数据库 系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据 库为中心的新阶段。这样既便于数据的集中管理，又有利于应用程序的 研制和维护，提高了数据的利用率和相窑性，提高了决策的可靠性。 1 2 1 2 数据库分类 根据数据模型来对数据库进行分类。数据模型是现实世界数据特征 的抽象、模拟，用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。数据 模型是数据库系统的核心和基础。各种机器上实现的d b m s 软件都是基 模型是数据库系统的核心和基础。各种机器上实现的d b m s 软件都是基 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 于某种数据模型。 数据库领域中最常用的数据模型有四种，它们是：层次模型，网状 模型，关系模型，面向对象模型。其中前两种称为非关系模型，在2 0 世 纪7 0 年代至8 0 年代初非常流行。现已逐步被关系数据模型取代。目前， 后两种更为常用，故现今常见的数据库为关系数据库、面向对象数据库。 面向对象数据库( o b j e c to r i e n t e dd a t a b a s e ，o o d b ) 是数据库技术 与面向对象技术相结合的产物。面向对象是一种新的程序设计方法学、 认知方法学。2 0 世纪8 0 年代中后期，人们开始对面向对象进行探讨。人 们认为o o d b 将成为下一代数据库的典型代表，但是它的o o d b s 在奠定 其新一代数据库系统地位之前还要清除两个障碍：标准化和性能【6 】。因此， o o d b s 为了获得满意的性能，还需要在辅助索引、物理聚集、并发控制、 查询优化等方面不断改进技术。 1 2 i 3 关系数据库 关系数据库( r e l a t i o n a ld a t a b a s e ) 是目前使用最广泛的数据库系统。 市面上绝大多数是这种，2 0 世纪7 0 年代以后开发的几乎都是基于关系的。 更进一步，数据库领域近3 0 年来的研究也主要是关系的。在数据库发展 史上。最重要的成就是关系模型。关系理论的确立标志了关系数据库系 统的基础研究已经接近顶峰。因此，关系数据库系统已经占据了数据库 系统的市场。 关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据。关系数据库系统 是支持关系模型的数据库系统。而它的关系模型由关系数据结构、关系 操作集合、和关系完整性约束三部分组成。 关系模型的数据结构一一关系，是以集合代数为基础的。也就是说， 关系数据库以二维表“行”和“列”的形式表示存储数据，若干表及其 联系称为关系数据库。关系操作的特点就是集合操作方式，也就是说操 作的对象和结果都是集合。而且从用户的角度来看，只须指出“干什么” 或“找什么”，而不用详细说明“怎么干”或“怎么找”，从而可以大大 提高数据的独立性，提高用户生产率。同时，这些操作都有条件就是完 整性约束。 关系数据库建立在严格的理论基础上，概念容易理解，使用又很方 便因此获得了广泛的应用。现在流行的、性能良好的大型关系数据库管 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 理系统( r d b m s ) 有o r a c l e 、s q ls e r v e r 、i n f o r m i x 、s y b a s e 等，常用 的小型r d b m s 有厶, c c e s s 和f o x p r o 等。 1 2 2w e b 简介 计算机和信息处理技术正在日新月异的向前发展，w o r l dw i d ew e b 成为技术发展的核心。w e b 不仅是人们通过i n t c r n e t 共享文档的媒体，而 且已经成为向世界各地千百万人提供信息和其他应用资源的分布式开发 环境。然而，w o r l dw i d ew e b 并不等于i n t e r n e t ，i n t e r n e t 也不等于w o r l d w i d ew e b ，两者之间又是密切相关的。 1 2 2 1i n t e r n e t 的发展 从广义上讲，i n t e r n e t 就是由计算机主机、客户机和服务器组成的许 多不同网络的一个集合或互相连接的综合性网络，负责信息和连网服务 的提供和使用。这个“计算机网中之网”现已形成了一个实体，世界上 几乎每个国家都已成为它的成员。i n t e r n e t 又名n e t ，它可以提供多种技 术标准、服务和协议，使得个人可以访问i n t e r n e t 上的大量可用资源。 i n t e r n e t 起源于美国，前身是美国国防部资助的a r p a 网，始建于1 9 6 9 年。随着研究的深入先建立了主干网，又在主干网上挂接了许多地区性 网络，19 8 9 年，美国国防远景研究规划局( d a r p a ) 的a r p a 脱离了 a r p a 网络，n s f 网取代了a r p a 网，成为本地和地区性t c p i p 网络集 合的主干网，这就是人们现在所说的i n t e r n e t 。 i n t e r n e t 将局域网和广域嗣互联，访问i n t e r n e t 的计算机包括所有品 牌和型号，运行着种类繁多的操作系统和应用程序，它们都通过t c p i p 技术这一套公用规则，进行必要的协议转换来实现不同网络间的相互通 信。现在任何用户只要拥有一台计算机和一个m o d e m ，然后向i n t e r n e t 服务商i s p 申请一个帐号，便可进入i n t e r n e t ，共享网络上其它计算机系 统中的资源，并相互通信和交换信息。i n t e r n e t 提供的传统服务包括电子 邮件、文件传输、文件测览、数据库查询、终端服务、网上聊天、电子 公告板等。可以说i n t e r n e t 不仅是世界上覆盖面最广、规模最大的计算机 网络，而且是一个庞大的、实用的、可大量共享的信息源。 1 2 2 2w e b 的基本概念l “ w o r l dw i d ew e b ( 也叫w w w l ，中文名称万维网，简称w e b ，使由一 6 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 组软件和协议组成的开放式信息系统，是超文本基础上形成的庞大信息 网。w e b 是后来才出现的一种i n t e r n e 服务，目的是为i n t e r n e t 用户提供 一个简便而能相容的接口来利用i n t e r n e t 上的巨大资源。w e b 通过超文本 多媒体及直观的、友好的图形操作系统界面让所有用户都能够很容易的、 图文并茂的浏览i n t e r n e t 上的各类信息，或向他人提供信息服务。 w e b 技术的核心是：超文本传输协议( h t t p ：h y p e r t e x tt r a n s p o r t p r o t o c 0 1 ) 和超文本标志语言( h t m l ：h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 。w e b 是许多的w e b 站点构成的。每个站点是一组资源的集会，其上的资源一 般存放在i n t e r n e t ，i n t r a n e t 的某台服务器上。但也可能分布在多台服务器 上。客户机通过浏览器向w e b 服务器发出一个请求( 一般是要求显示一 个用户想看的网页) ，然后w e b 服务器返回一个响应( 通常是一个h t m l 页面或图像) f 7 1 。这些w e b 服务器上专门提供超文本多媒体文件浏览服 务，负责管理信息和对来自客户端的请求作出回答。客户机和服务器使 用h t t p 协议传送信息，同时还需要支持f t p 、g o p h e r 等不同协议，以 便用户用同一套浏览器获得各种网络服务。 w e b 使i n e r n e t 上的信息量和用户数迅速增长，并在很短的时间内得 到迅速发展、广泛认可和使用，主要原因是因为它的资源可以互相连接、 容易使用和信息内容的多媒体化。w e b 服务器的基本信息单位是网页， 页面上有许多超链结，每个超链结包含有指向其它信息的统一资源定位 器( u n i f o r mr e s o u r c el o e a t o r ：u r l ) 。当用户选择某一链接是，就会根 据该链接所指向的u r l 地址转到不同的网页或不同的服务器，从而彻底 摆脱了只能按照特定路径一步步查找信息的限制。而用户在浏览器软件 的支持下，通过简单的点击鼠标操作，就可以照得所需的信息。 简言之，w e b 是一个基于i n t e r n e t 的、全球连接的、分布式的、动态 的、多平台的交互式超媒体信息系统，它允许用户在一台计算机上通过 i n t e r n e t 存取在世界各地的计算机系统中的信息。从技术角度上说，w e b 是i n t e r n e t 上那些支持t c p i p 和h t t p 的客户机与服务器的集合，透过 它可以存取世界各地的超媒体文件( 用h t m l 编写) ，内容包括文字、图 形、声音、动画、资料库及各种软件资源。 1 2 3w e b 数据库 在传统的w e b 服务中，文本和其它多媒体信息都是以文件的形式来 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 进行存储和管理的，随着信息量的不断增加，系统的速度受到越来越大 的影响。同时因为w e b 的应用领域在不断扩展，静态的w e b 页面越来越 不能满足人们对w e b 上信息服务的动态性、实时性和交互性的要求。另 一方面，数据库技术经过几十年的发展，其功能越来越强大、完备。各 种数据库系统都具有对大批量数据进行有效的组织管理和快速的查询检 索功能。为了进行网上数据的高效存取，实现交互式动态w e b 网页，就 必须以大量的数据资源为基础，因此必然在w e b 中引入数据库。 1 2 3 1w e b 数据库的简述 w e b 数据库是指将数据库技术与w e b 技术融合，使数据库成为w e b 的重要组成部分的数据仓库。w e b 数据库集合了w e b 技术和数据库技术 的优点，使二者都发生了质的变化：w e b 网页从静态网页发展成了由数 据库驱动的动态网页，而数据库实现了开发环境和应用环境的分离，用 户端可以用统的浏览器实现跨平台和多媒体服务。 w e b 数据库是一种通过w e b 应用程序，可利用查询语言或编程a p i 进行访问的数据仓库或信息存储库。具体来说w e b 数据库是通过其他w e b 应用程序、用标准化的h t m l 文档标记语言( 在某些情况下用供应商特 定的扩展功能) 开发的特殊形式的应用程序来访闯数据库。利用h t m l 中的工具，w e b 服务器上的应用程序是通过服务器端的机制访问的，这 种机制也叫公共网关接口( c g i ) 。运用h t m l 形式的界面，可以创建集 成了数据库功能的应用程序，并可代表w e b 客户( 即用户和浏览器) 访 问机构的数据库。还可以专门设计一些应用程序，用于查询数据库和返 回某些特定的信息【1 5 l 。 1 2 3 2w e b 数据库的优点 w e b 技术和数据库技术的结合不仅把w e b 和数据库的所有的优点集 中在一起，也随着w e b 数据库的发展，优势也在不断改进和加强。 第一代w e b 数据库提供静态访问和静态内容的应用。可以实现数据 库资源的共享，缺点是不实时、修改维护工作量很大。为了克服缺点， 第二代w e b 数据库提供了静态访问和动态内容应用。实现了基于数据库 的动态文档的管理和访问，实施动态地将数据库信息反映在静态网页上。 但他不能保持数据库连接状态，存在性能瓶颈，缺少扩展性和保密性等 限制逐渐被淘汰。第三代除了提供以前的功能外，还提供基于w e b 的联 8 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 机事务处理( o l t p ) 能力【l6 1 。在w e b 的客户端和服务器实现了动态的和 个性化的交流和互动。它使所有对数据库的操作( 增加、删除、修改) 、 信息的查询和管理都通过统一标准的i n t e r n e t 浏览器界面来进行，这对于 终端用户来说是很好的、便捷的方式。也更加适应i n t e r n e t 技术的发展和 网络的需要。 总之，w e b 数据库可以实现方便廉价的资源共享，数据信息是资源 的主体，因而网络数据库技术自然成为互联网的核心技术。 1 3本文拟作的研究 综上所述，w e b 数据库充分利用了大量已有的数据库信息资源，可 以使用户在w e b 浏览器上方便的、动态的检索和浏览数据库的内容。而 且随着i n t e r n e t 的日益普及、广泛应用，目前它已成为人们学习工作的必 要工具，引起了各行各业的关注。各种企业和学科都争相利用、开发w e b 数据库以促进本企业和学科的进一步快速发展。本论文所作的稀土化合 物w e b 数据库的开发和研究其目的是为了进一步发挥我国稀土资源优 势，方便稀土高新材料的研究与开发，促进我国稀土工业的发展。 1 3 1 稀土化合物w e b 数据库 这个数据库是以w e b 为基础平台，以稀土化合物为对象，研究和开 发稀土化合物w e b 数据库系统( 简称r ew e bd b ) 。对稀土化合物的相关 物性进行分析、研究、预测和仿真模拟计算，为稀土的研究提供可靠的 理论依据和必要的基础数据。 根据稀土及其化合物的特性和应用范围，研究和开发稀土化合物的 数据库。包括五个方面： 稀热力学数据库。提供热力学数据； 稀土物理性质数据库，提供电、磁、声、光方面的性能数据； 稀土结构数据库，提供晶格参数、结晶形态等结构参数； 稀土相图数据库，提供平衡图等相关相图； 稀土工艺参数数据库，提供提炼、提纯以及重要稀土材料及其典型 化合物的制备工艺流程、工艺参数【1 。数据库框架如图l 所示。 完整的数据库软件是一个包含数据查询、数据维护、数据计算、图 形绘制、以及过程模拟的综合工程软件。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 1 稀土化合物w e b 数据库总体结构 1 3 2 稀土热力学w e b 数据库 热力学是基于自然现象而总结出来的一门学科，是研究冶金和化学 过程的主要理论基础。科研和生产中必然要用到热力学中许多相关数据。 用热力学解决实际研究和生产中的问题时，查找相应的各种热力学数据 是一件比较费事的工作，也十分烦琐。因此，热力学数据库是稀土化合 物w e b 数据库的一个重要组成部分和数据基础。 本课题是稀土热力学w e b 数据库的系统研究与开发。稀土热力学数 据库是热化学( t h e r m o d y n a m i s t r y ) 、计算热力学( c o m p u t a t i o n a l t h e r m o d y n a m i c s ) 与数据库技术的结合。它又是稀土化合物w e b 数据库 的一部分，要保持一致性。因此，研究和开发时都要进行全局考虑，并 留有后期可在软件和数据方面进行完善、改进和更新空间。 i 3 2 1 研究内容 稀土热力学w e b 数据库是以w e b 为平台，采用多层体系结构模式来 研究、设计w e b 热力学数据库，初步搭建和开发其数据库。收集稀元 素及其化合物的基本数据，来提供热容、熵、焓等热力学参数，为其他 部分相图等数据库提供一些基本的计算数据。这部分数据也是开发稀土 新材料、新应用的基础。 具体来说就是对稀土热力学w e b 数据库进行研究，设计数据库合理 1 0 昆明理工大学硕士学位论文 第一章绪论 的体系结构、系统功能等，选择适当的软件集成环境、合理方便的编程 软件，初步搭建w e b 数据库的前台与后台，提供基于网络稀土热力学基 本参数的基本操作等，根据热容用计算机模拟热力学计算进一步给出熵、 焓、吉布斯自由能热力学参数。 1 3 2 2 研究目的 本课题将以全面的研究分析热力学数据库构成、功能和体系结构等 要素，初步合理的搭建该数据库给用户提供有效、便捷的服务为总目 标。为稀土工业的研究和发展提供基础数据服务，节约研究人员的劳动 时间；提供最新稀土研究的热力学数据，推进稀土研究的信息服务；利 用计算机建立计算模型来模拟数学计算，指导和预测实验研究和实际工 业研究。 昆明理工大学硕士学位论文 第二章w e b 数据库的研究与设计 第二章w e b 数据库的研究与设计 设计是指提出思路并对其进行安排以满足某些需要，必须综合考虑 许多相关的问题。它包括内容的设计和系统的设计。内容的设计涉及数 据、信息及如何将其显示给用户等一系列问题，关系到为用户提供什么 以及如何显示为用户提供的信息。系统设计主要涉及传递信息的机制和 进行信息传递所需的基础设施。要解决操作系统、w e b 服务器的硬件和 信息处理平台、选用的数据库系统、系统性要达到的目标等几方面的问 题。换句话说，系统设计主要涉及如何向用户提供信息和服务，需要全 面考察现有系统的输入、输出、环境、处理进程、工作流等一系列，还 要预估、预测将来升级等问题。所以在数据库设计中设计比较困难，但 也尤为重要。 2 1体系结构研究 数据库系统的体系结构指的是带有数据库系统的计算机系统中各组 成部分之间的相互关系，它是硬件、软件、算法、语言的综合性概念。 研究数据库系统的体系结构就是研究它的硬件分布和软件的功能分配。 从数据库系统开发的角度看来，只有站在系统的高度，以统一的体系结 构作为指导，认真规划系统软硬件分布和功能分配，才能建立一个逻辑 清楚、易于开发和维护的数据库系统。也就是说体系结构的正确设置和 选择往往是整个数据库系统最终成功的关键。 随着i n t e r n e t 技术、尤其是w e b 技术的迅速发展，数据库应用系统 的体系结构在不断演变。计算机的应用经历了从单一主机或p c 机，l a n ， w a n ，到现在广为普及的i n t e r n e t 和w e b 。因此数据库系统的体系结构从 主机集中模式到客户机，服务器模式( c s ) ，再到浏览器，服务器模式 ( b s ) ，以致发展到n ( n 4 ) 层结构，体系结构不断完善，应用系统 功能不断加强。 数据库应用系统从逻辑上来说，按其功能分为三个部分：界面表示 逻辑、事务处理逻辑和数据处理逻辑。 界面表示逻辑是应用系统中面向用户的部分，主要完成应用的 前端界面处理，即人机界面处理；利用w e b 服务器发送页面并接收用户 1 2 昆明理工大学硕士学位论文第二章w e b 数据库的研究与设计 命令请求。 事务处理逻辑能实现应用系统的事务规则处理。使用输入数据 来完成业务处理和规则的应用代码。一般包含数据库支持的s q l 语句，完 成数据访问的逻辑操作。 数据处理逻辑管理数据库的分布特性，是应用系统中对数据进 行管理的部分，主要完成对数据的存储、更新和管理等工作。数据处理 逻辑可以是一个通用的数据库管理软件( 如o r a c l e 、s y b a s e 和s q ls e r v e r 等) ，一般具有较强的适应性和可扩展能力，提供数据库管理的一般接口， 以保证访问数据的安全性、完整性和一致性，提供数据库通信的安全保障。 其基本功能单元如图2 1 所示： ( 三三虱一一( 三三回一一一( 三圄 图2 1 应用系统功能 2 1 1主机集中式结构 也叫做单层应用模式( m o n o l i t h i c ) 。最初的计算机是一种基于主机 终端模式的计算，所有计算机任务都集中由主机来完成。终端只是作为 一种输出设备。应用系统的三个部分都集中在一台主机或p c 机上。这种 体系结构在7 0 年代及8 0 年代初非常流行。所以早期数据库应用系统采 用这种模式。但随着计算机网络技术的发展，信息资源的多元化和分散 化，程序开发的自由度小，工作效率低，使得这种体系结构越来越难以 适应现代的要求。 2 1 2二层客户机，服务器结构 在传统的数据库应用体系结构中，一般都采用= 层客户机j l l 务器体 系结构( t w o t i e rc l i e n t ，s e r v e r ) 。从广义上讲，c i s 这种信息处理结构可 以称为信息分散和再分配技术。c s 结构的开发受到了局域网( l a n ) 技 术推广应用的促进。需要得到服务的进程或程序被视为客户机，而提供 服务的进程或程序则称为服务器。客户机和服务器的处理进程可以分布 式的进行，可以在分开的和不同类型的机器上运行，每个机器运行不同 的软件和操作系统。因此，也被称为c l i e n t s e r v e r 分布式计算模式。该 11 昆明理工太学硕士学位论文 第二章w e b 数据库的研究与设计 模式1 9 8 9 年由麻省剑桥的f o r e s t e rr e s e a r c h 首先提出来的。如图2 2 所 示： 客户端 图2 2二层c s 体系结构 服务器端 应用系统的三个逻辑仅一分为二，或位于客户机，或位于服务器。 c s 模式机制运作的基本过程是：服务器监听相应端口的输入。c l i e n t 端发出请求，服务器接收并处理请求，并将结果返回给c l i e n t 端。从而 c l i e n t 端与数据库完全分开，在c l i e n t 端运行了大部分服务，如数据访问 规则、操作处理规则、合法性校验等。每一个c l i e n t 端都存在数据库引 擎，并且每个c l i e n t 端与数据库服务器建立独立的数据库连接( d b c o n n e c t i o n ) 。 基于该种体系的w e b 数据库应用系统的优势是：开发周期较短，能 够适应大部分中小型单一数据库应用系统韵要求( 当c l i e n t 端数量少于 5 0 时) ，能在安全、快速的网络环境( 如l a n ) 运行。但是，随着数据库 应用的日渐发展、数据容量的不断增加、c l i e n t 端数量的不断增多，该体 系结构显出了诸多缺陷。如系统可扩展性差、可移植性差、安全性差， 维护困难、成本高，且对后台数据库的访问容易出现瓶颈拥塞现象。 2 1 3三层客户机，服务器结构 随着应用程序的规模不断扩大，复杂性越来越高，在多用户( 1 0 0 ) 、 多数据库、且非安全性的网络环境( 如i n t e r n e t ) 下，上述的体系结构将 无法适应。为了克服二层c s 体系结构存在的问题，引入了一种经过改 进的c s 配置方案一一三层c s 体系结构( t h r e e - t i e rc l i e n t s e r v e r ) 。 从应用系统的逻辑上来看在三层c s 结构里界面表示逻辑仍放在 c l i e n t 端，事务处理逻辑则放在个独立的中间服务器上，数据处理逻辑 放在另一个服务器上。它解决了由二层结构的事务处理逻辑摆放位置而 昆明理工大学硕士学位论文第二章w e b 数据库的研究与设计 引发的问题，即事务处理逻辑放在c l i e n t 端增加了应用的维护难度，放 在服务器端又增加s e r v e r 的负载、降低整个系统的性能。 因此，形成了c ，s 三层体系结构：客户层( 实现用户界面，提供信息 浏览) 、中间层( 实现客户的全部业务逻辑) 、数据服务层( 实现数据定义、 存储、备份、检索等功能) 。如图2 3 所示： 图2 3三层c s 体系结构 人们在c l i e n t 端和数据层数据库之间夹了一个“中间层”，即应用服 务器，也叫网络服务器( w e bs e r v er ) 。它是由传统的二层c s 体系结构 发展而来的，在这种结构中，系统资源和应用任务更加合理的分配到多 台机器上，使数据库技术向功能分配的集中与分散的合理统一又前进了 一步。也就是说以主机为主的数据库系统是功能高度集中在主机之上， 二层c s 结构将功能分布到计算机网络之中，而三层c s 结构又重新将 功能集中到服务器之上。然而，这种集中与主机集中式体系结构不同， 它不是完全的高度集中，而是将主要的数据库处理交给中间层( 应用服 务器) 去做。从而寻求一种功