第18章 数据库技术的发展.ppt

第18章数据库技术的发展 18 1数据库技术的发展历程18 2面向对象技术与数据库技术的结合18 3数据库技术面临的挑战18 4数据库技术的研究方向 18 1数据库技术的发展历程 18 1 1层次数据库18 1 2网状数据库18 1 3关系数据库18 1 4新一代数据库管理系统 层次数据库 按层次存取数据 其中最基本的数据关系是层次关系 它代表两个记录之间一对多的关系 也叫做双亲子女关系 一个数据库系统中有且仅有一个记录无双亲 称为根节点 其它记录有且仅有一个双亲 比较著名的是IBM公司的IMS 网状数据库 将记录作为数据的基本存储单位 一个记录可以包含若干数据项 数据项可以是多值的也可以是复合的数据 每个记录有一个唯一的内容标识符 数据间的联系用系表示 网状数据库是系的集合 其存储结构归结为系的实现方法 第一个网状数据库管理系统是由美国通用电气公司的IDS IntegratedDataStore 网状数据库示例 关系数据库 关系数据模型是以集合论中的关系概念为基础发展起来的 在关系模型中 无论是实体还是实体间的联系均由单一的结构类型 关系来表示 在实际的关系数据库中 关系也称为表 一个关系数据库由若干张表组成 新一代数据库管理系统 关系数据库管理系统能够很好地支持格式化数据 满足商务事务处理的需求 近年来 新的数据库应用领域包括 计算机辅助设计 CAD 计算机辅助软件工程 CASE 多媒体数据库 办公信息系统 OIS 超文本数据库等 这些新领域中的应用在某些方面超出了关系数据模型所能支持的范畴 新的面向对象的建模方法能够满足这些新的应用领域的需求 因此 将面向对象技术与数据库技术结合起来是数据库技术发展的一个重要方向 18 2面向对象技术与数据库技术的结合 18 2 1新的数据库应用和新的数据类型18 2 2面向对象数据模型18 2 3面向对象数据库的优点18 2 4对象关系数据库与对象数据库 新的数据库应用和新的数据类型 面向对象数据库除了支持关系数据库提供的数据类型外 还应该支持如下复杂的数据类型 用户定义的抽象数据类型 可以存储声音 图像 视频等数据 甚至还包括这些数据的处理函数 构造类型 利用构造器从原子数据类型构造出集合 数组 元组等新的数据类型 继承 概括出不同数据类型之间的共同点 新的数据库应用和数据类型的特征 大数据项 新的数据库应用中的数据项中可能存在以兆计的一个数据项 比如视频数据 结构复杂 很多新的数据库应用的结构相当复杂 可能包括程序模块 图形 图像 文档 数字媒体流等等 操作特殊 针对特殊数据类型 可能存在许多特殊的操作方式 例如旋转 播放 排版等等 关系数据库的局限 表达能力有限 关系数据库的基本结构是二维表 是一种平面结构 无法表达嵌套的信息结构 类型有限 关系数据库的类型是系统内置的 用户只能使用固定的几种 结构与行为分离 关系数据库中存储的只是实体的数据 而实体的行为则交由应用程序来编码实现 面向对象数据模型 面向对象数据库是数据库技术和面向对象程序设计相结合的产物 面向对象的方法是面向对象数据库模型和对象数据库的基础 一个面向对象数据库系统是一个持久的 可共享的对象库的存储者和管理者 而一个对象库是由一个面向对象模型所定义的对象的集合体 对象与类 一个对象类似于E R模型中的一个实体 因此 在面向对象系统中 一切概念上的实体都抽象或模拟为对象 与E R模型中实体不同的是 对象不仅有数据特征 还有状态和行为特征 比如仓库的编号 所在城市 面积可以看作是仓库的数据特征 仓库是否可用可以看作仓库的状态特征 而商品的出库和入库可以看作是仓库的行为特征 对象应具有的特征 每一个对象必须能够通过某种方式区别于其他对象 用特征或属性来描述对象 有一组操作 每一个操作决定对象的一种行为 类 把具有相同数据特征和行为特征的所有对象称为一个对象类 简称为类 对象是类的一个实例 类是型的概念 对象是值得概念 类似于传统的程序设计语言用类型说明变量 在面向对象系统中用类创建对象 在面向对象中 类是一个模版 而对象是用模版创建的一个实例 示例 学生王明是一个对象 对象名 王明对象的属性 学号 0103824年龄 21性别 男专业 数学对象的操作 选修课程参加考试学籍处理参加活动而所有像王明这样的学生对象就可以构成一个学生类 对象之间的交互 对象的属性和操作对外部是透明的 对象之间的通讯是通过消息传递实现的 一个对象可以通过接收来自其他对象的消息而执行某些操作 方法 同时一个对象可以向多个对象发送消息 由此看来 消息的传递类似于传统程序设计语言的过程调用和参数传递 一般把发送消息的对象称为发送者或请求者 把接收消息的对象称为接收者或响应者 面向对象中的消息的性质 一个对象可以接收来自不同对象的相同形式的消息 可以做出相同的响应 一个对象可以接收来自其它对象不同形式的多个消息 做出不同的响应 相同形式的消息可以传递给不同的对象 从而得到不同的响应 如果消息的发送不考虑具体的对象 则对象可以响应消息 也可以不响应消息 类的确定和划分 如何确定和划分类 是面向对象方法中的关键 没有统一的方法和固定的标准 更多的是依赖于设计人员的知识 经验和对实际问题的把握程度 设计类的一个基本原则是把握事物的共性 将有相同属性 相同操作的对象确定为一个类 类的三个重要特性 封装性类包括了数据和操作 它们是被 封装 在类定义中的 用户通过类的接口进行操作 继承性允许使用一个已有的类来定义一个新类 或者用几个已有类来定义一个新类 又或者用一个已有类来定义多个新类 新的类包含原来类的所有属性和方法 多态性同一个函数根据不同的引用对象可以完成不同的功能 同一个函数即便引用同一个对象 但由于传递的参数不同也可以完成不同的功能 继承示例 继承性的两个优点 是一个强有力的建模工具 可以以自然的 符合人们思维规律的方式给现实世界一个简明准确的描述 有助于软件可重用性的实现 对象标识符 在面向对象数据库中 对象由对象标识符唯一标识 对象标识符是内置的 它不像在文件系统中用文件名标识一个文件 也不像在关系数据库中用关键字标识一个元组 对象标识符在创建对象时由数据库管理系统自动生成 并在整个生命周期中唯一标识一个对象 面向对象数据库的优点 对象在一个程序运行期间建立 在程序结束时撤销 可存储一个程序运行期间的对象的数据库具有很好的灵活性和安全性 只允许将活动的对象装入内存 从而使对虚存的需求达到最小 可以实现对其他数据资源的访问 特别是混合关系数据库管理系统 它既可以访问关系表 也可以访问其他对象类型 能够支持其他模型不能处理的复杂应用 增加了程序的可设计性和性能 提高了导航访问能力 简化了并发控制 对象关系数据库与对象数据库 对象关系数据库系统对象关系数据库系统可以看作是关系数据库系统的扩充 它以关系数据库系统为基础 扩展了对面向对象概念的支持 对象数据库系统对象数据库系统被认为是不同于关系数据库系统的另一种选择 其目标是针对那些以复杂对象扮演核心角色的应用领域 三个缩写关系数据库管理系统 RDBMS对象关系数据库管理系统 ORDBMS面向对象数据库管理系统 OODBMS 18 3数据库技术面临的挑战 信息爆炸可能产生大量垃圾数据类型的多样化和一体化要求当前的数据库技术还不能处理不确定或不精确的模糊信息数据库安全对数据库理解和知识获取的要求 18 4数据库技术的研究方向 18 4 1布式数据库系统18 4 2面向对象的数据库管理系统18 4 3多媒体数据库18 4 4数据库中的知识发现18 4 5专用数据库系统 分布式数据库系统 分布式数据库系统有两种 一种是物理上分布的 但逻辑上却是集中的 这种分布式数据库只适宜于用途比较单一的 规模不大的单位或部门 另一种是在物理上和逻辑上都是分布的 也就是所谓联邦式分布数据库系统 由于组成联邦的各个子数据库系统是相对 自治 的 因此这种系统可以容纳多种不同用途的 差异较大的数据库 无全局数据模式概念 比较适宜于大范围内数据库的集成 面向对象的数据库管理系统 现已出现了一些借鉴了面向对象程序设计的思想和成果的原型和产品 可以看成是在DBMS中革新数据模型的重要尝试和实践 在数据模型方面 对象 封装 对象有识别符 类层次 子类 继承概念和功能已初步形成 在数据库管理方面 提出了持久性对象 长的事务处理 版本管理 方案进化 一致性维护和分散环境的适应性问题 在数据库访问界面上 提出了消息扫描 持久性程序设计语言 计算完备性等概念 多媒体数据库 从本质上说 要解决三个难题 第一是信息媒体的多样化 不仅仅是数值数据和字符数据 还包括图形 图象 语音 视频 动画 音乐数据等 形成超文本 第二是要解决多媒体数据集成或表现集成 实现多媒体数据之间的交叉调用和融合 第三是多媒体数据与人之间的实时交互性 数据库中的知识发现 人工智能和数据库技术相结合是很重要的发展趋势 各种各样的智能数据库 演绎数据库和专家系统 促进了数据库中的知识发现 KDD 研究 用数据库作为知识源 把逻辑学 统计学 机器学习 模糊学 数据分析 可视化计算等学科成果综合到一起 进行从数据库中发现知识的研究 使得数据库不仅仅能任意查询存放在数据库中的数据 而且上升到对数据库中的数据的整体特征的认识 获得一些与数据库数据相吻合的中观或宏观的知识 在这个领域 目前讨论的热点集中在数据仓库和数据