第十三章 数据库技术新发展.ppt

1、数据库技术从“理论研究”到“原型开发和技术难关”，再到“实际产品开发和应用”，形成了健全的循环，已成为计算机领域的成功典范。 吸引了学界和工业界的许多科技人员，使数据库研究日新月异，新技术、新系统陆续出现，科技队伍也在成长。 第十三章数据库技术新发展，数据库技术发展概要数据库发展的三阶段数据库系统发展的特征数据库技术发展趋势总结第十三章数据库技术新发展，13.1数据库技术发展概要，数据库技术产生于20世纪60年代中期，至今40年代已经经过了三代的发展，建立了C.W.Bachman以数据建模和DBMS核心技术为主，发展了内容丰富的学科，推动了巨大的软件产业DBMS产品及其相关工具和解决方案。 这

2、四十多年可以说是辉煌的成就。13.1数据库技术发展概述、数据库技术是校正机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最广泛的技术之一，目前它已成为校正机信息系统和应用系统的核心技术和重要基础。 今天，数据库系统是一个大家庭，数据模型丰富，新技术内容陆续出现，应用领域日益广泛，当读者走在数据库领域时，面对许多复杂的数据库系统，混乱和混乱是不可避免的。 图13.1通过一个三维空间的视图，从数据模型、新技术内容、应用领域三个方面描述了数据库系统的发展、特征和相互关系。13.1数据库技术发展概况、数据模型是数据库系统的核心和基础。 随着数据模型的进展，数据库技术可以相应地划分为三个发展阶段：第一代网状、分

3、层数据库系统的第二代关系数据库系统和迄今为止以第三代数据库系统为中心的数据库的大型化13.2数据库发展的三个阶段，根据数据模型的进展，数据库技术分为三个阶段： 可分为第一代数据库系统：层次和网状数据库系统是IBM于1969年开发的层次模型的数据库管理系统IMS (informationmanagementsystem ) 代表美国数据库系统语言协会coda syl (conferenceondatasystemlanguage )属下的数据库任务组DBTG(Data Base Task Group )就数据库方法进行了系统的研究、探讨DBTG提出的方法是基于网格结构的。 它是数据库网格模型的代

4、表。 层次数据库是数据库系统的先驱，网格数据库是数据库的概念、方法、技术的基础。 这些是数据库技术中研究最早的两种数据库系统。 两者的区别基于数据模型，分层数据库的数据模型是分层结构，网格数据库的数据模型是网格结构，这些数据结构都可以用图表示。 层次模型对应于面向根的规则树，网格模型对应于定向图。 因此，这两个数据模型还可以统称为格式化的数据模型。 13.2在数据库发展的三个阶段，这两个数据库系统具有以下共同特点：支持1 .三级模式的体系结构外模式、模式、内模式。 模式之间有转换(或映射)功能。 2 .在层级和网状数据库系统中通过访问路径来表示并实现数据之间的联系人数据联系。 例如，在DBTG

5、中，系数以一对多联系人(Set )来表示，并且由于系数一般以指南的方式来实现，因此系数值是对数据的访问路径。13.2数据库发展的三个阶段，3 .独立的数据定义语言层次数据库系统和网格数据库系统具有独立的数据定义语言，描绘数据库的外部模式、模式、内部模式以及相互映像。 所有的模式都定义了，所以很难修改。4 .导航的数据操作语言层次和网格数据库的数据查询和数据操作语言是一次记录的导航形式的过程化语言。 此类语言通常嵌入在高级语言中，如COBOL、FORTRAN和PL/1。 导航是指用户不仅知道“做什么”，还指出“怎么做”。 用户必须用一种高级语言编写程序，根据数据库中预定义的访问路径访问数据库，以

6、达到最终访问的数据目标。13.2数据库发展的三个阶段，导航式数据操作语言存在访问效率高、编程复杂、用户难以制作应用程序的缺点。 由于该设定修订在很大程度上依赖于设定修订者自身的经验和实践，因此只有具有计算机专业水平的应用程序员才能够学习并使用这种数据库操作语言。 另外，应用程序的可移植性差，数据的逻辑独立性也差。 在13.2数据库发展的三个阶段，第二、第二代数据库系统关系数据库系统于1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型。 70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代。 其中以IBM公司San Jose研究室开发的System R

7、和Berkeley大学开发的INGRES为代表。 经过大量的高级研究和开发，取得了一系列的成果。 主要为关系模式奠定了理论基础，给出了人们一致接受的关系模式规范说明。 在13.2数据库发展的三个阶段，研究了关系数据库语言、关系代数、关系运算、SQL语言及QBE等。 这些描述语言改变了传统编程语言和网格、分层数据库系统中数据库语言的风格，以其易于掌握的优点赢得了最终用户的喜爱，为20世纪80年代数据库语言的标准化奠定了基础。 开发了大量的RDBMS原型，克服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。 不仅是DBMS实现技术和数据库理论，促进RDBMS产品的繁荣和广泛应用也很重要。

8、13.2数据库发展的三个阶段，关系数据库以关系模式为基础。 关系模型概括起来，1 .数据结构的数据结构包括域和域中定义的关系等。 在关系模型中，实体、实体和实体之间的关系由称为关系的单一结构类型表示。 2 .关系操作关系操作的能力可以在关系代数(或等效关系运算)中用并、交、差、广义笛卡儿积、选择、投影、连接、除法等操作表示。 关系操作的特征是集合操作。 3 .数据完整性数据完整性包括实体完整性、引用完整性和与应用程序相关的完整性。 在13.2数据库发展的三个阶段，关系模型建立在严格的数学概念的基础上，概念简单、清晰，用户易于理解和使用，大大简化了用户的工作。 关系模型的主要特征是，关系模型的概

9、念单一，实体与实体之间的联系由关系表示。基于关系代数，形式化基础好的数据独立性高，数据的物理存储和访问路径对用户隐藏。 关系数据库语言是非流程化的，使用户从编程数据库记录的导航式检索中解放出来，大大降低了用户编程的难度。 13.2数据库发展的三个阶段，三、下一代数据库技术的研究与发展自20世纪80年代以来，数据库技术在商业领域的巨大成功刺激了其他领域数据库技术需求的迅速增长。 这些新领域为数据库应用开辟了新的天地，而在应用中提出的一些新的数据管理需求也直接面向数据库技术的研究与发展，尤其是对象数据库系统(Object Oriented DataBase System，简称OODBS )13.2

10、数据库发展的三个阶段，1、应用领域的需求新的数据库应用领域，如计算机辅助设置修订/管理(CAD/CAM )、计算机集成制造(CIM )、办公信息系统(OIS )、地理信息系统(GIS )、13.2数据库的发展传统数据库系统的限制性传统数据库系统的限制性主要体现在以下方面： 机器语法数据模型传统数据库中采用的数据模型强调数据的高度结构化，是机器语法数据模型。 它们只能记忆离散数据与有限数据的关系，语义表现能力差，无法表现客观世界中的复杂对象，即结构复杂且相互关联的语义也非常复杂的对象。 这限制了数据库处理复杂对象(如文本、超文本、图形、图像、CAD绘图、音频)的能力，以及在工程、地理、映射等领域

11、处理非格式、非经典数据的能力。 另外，传统的数据模型不能明确数据之间的深层意义和内在联系，缺乏数据抽象化。 13.2数据库发展的三个阶段，数据类型简单，固定传统的DBMS只能理解、存储和处理简单的数据类型。 整数、浮点数、字符串、日期、货币等。 传统的RBMS仅支持固定类型集，无法根据应用程序所需的特定数据类型扩展类型集。 例如，无法定义包含三个实数分量的数据类型vector来表示三维向量。从结构和行为的分离应用程序设计师的角度来看，在某个应用领域内识别的对象应该包含两个方面的内容：结构表示行为规格前者可以映射到数据库模式，后者在以往的数据库系统中完全丢失。13.2数据库发展的三个阶段，在阻抗

12、失配关系数据库系统中，将数据操作语言，例如SQL和通用编程语言之间的失配进行阻抗失配，这种不匹配表现，编程模式不同， 用描述性的SQL语言和c语言等指令性编程语言不同这两个方面表现的第二个是类型系统不一致，编程语言不能直接表现关系等的数据库构造，在其接口上信息丢失。 另外，由于制作了2种类型的系统，自动的类型检查也成为了问题。无源应答以往的数据库管理系统是无源应答，这意味着只能响应用户的请求，无法重做。 13.2数据库发展的三个阶段，保存、管理对象有限的传统DBMS仅保存、管理数据，缺乏知识管理和对象管理能力。 在以往的数据库管理中，主要进行数据的存储、管理、查询、排序、报告等比较简单且离散的

13、信息处理作业。 数据库反映了客观世界中的静态被动的事实。 传统的DBMS还缺乏描述和表达知识的能力，缺乏对知识的处理能力，缺乏演绎和推理功能，无法满足MIS、DSS、OA和AI等领域的高级管理和决策要求，限制了数据库技术的高级应用。13.2数据库发展的三个阶段，事务处理能力低的传统数据库只能支持非嵌套事务。 对长事务的响应缓慢，在长事务出现故障时也很难恢复。 13.2数据库发展的三个阶段3 .下一代数据库技术的特点面向对象的方法和技术对数据库发展影响最深的面向数据库技术和多学科技术有机结合应用领域的数据库技术研究4，第三代数据库系统的基本特征， 第三代数据库系统支持数据管理的对象管理和知识管理

14、第三代数据库系统必须维护或继承第二代数据库系统的技术第三代数据库系统必须向其他系统开放。从最初的阶层、网格数据模型发展为关系数据模型，数据库技术取得了很大的飞跃。 提出关系模式是对数据库发展史具有划时代意义的重大事件。 关系理论研究和关系数据库管理系统的研发的巨大成功进一步促进了关系数据库的发展，使关系数据模型成为支配性数据模型。 20世纪80年代以后，大多数的数据库系统都是有关系的，其应用遍及各个领域。 13.3数据库系统的发展特点是，随着数据库应用领域的扩大，数据对象的多样化，传统的关系数据模型对复杂对象的显示能力差，语义表现能力弱，灵活且缺乏丰富的建模能力，文本、时间、空间、语音、语音因

15、此，人们提出并发展了许多新的数据模型。 这些尝试是沿着以下几个方向进行的。 13.3数据库系统的发展特点，1 .扩展传统关系模型(1NF )，导入少数结构，表现出比较复杂的数据类型，能够增强其结构建模能力，这样的数据模型称为复杂的数据模型。 根据这些扩展的方面，复杂的数据模型可以分为两类。 一是偏向于结构的扩张。 最初出现的这种模型是嵌套关系模型(NF2 )。 表示表中的表，表中的域可以是称为虚拟域的函数。 另一个重点是扩大意义，如U.C.Berkeley大学的POSTGRES系统。 支持关系之间的继承，也支持为关系定义函数和运算符，但关系的结构仍然是平面表。 表格中的表格只能用关系中定义的函

16、数来模拟。 13.3数据库系统的发展特点，2 .提出了新的建议，与发展的数据模型相比，在关系模型中增加了新的数据结构和数据处理原语，表现了复杂的结构和丰富的意义。 在此类模型中有代表性的是函数数据模型(FDM )、语义数据模型(SDM )、RM/T模型以及er模型等，将它们总称为语义数据模型。 这些特征可以引发ISA、ISP等丰富的语义关联，更自然、更恰当地表现客观世界中实体间的联系。 另外，由于具有TUPLE、LIST、SET等比较丰富的结构构造函数，所以结构表现能力也很强。 13.3数据库系统的发展特点是语义数据模型复杂，在编程语言和技术方面没有相应的支持，在数据库系统的实现上没有很大突破

17、，作为数据库设置修正中的概念建模工具(如E-R模型)。 13.3数据库系统的发展特点，3 .结合上述语义数据模型和面向对象编程方法，提出了面向对象的数据模型。 面向对象的数据模型吸收了面向对象编程方法论的核心概念和基本思想。 一个面向对象的数据模型是以面向对象的观点记述现实世界的实体(对象)的逻辑组织、对象间的制约、联系等的模型。 一系列面向对象的核心概念构成了面向对象的数据模型的基础。13.3数据库系统的发展特点、对象关系数据库系统是关系数据库系统与面向对象数据模型的结合。 保持关系数据库系统的非流程化数据访问方式和数据独立性，继承关系数据库的现有技术，支持现有的数据管理，支持面向对象的模型和对象管理。 13.3数据库系统的发展特点，4