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1、1,第十二章 数据库技术新发展,12.1 数据库技术三个发展阶段12.1.1 第一代数据库系统指层次和网状数据库系统，其代表是：(1)1969年IBM公司研制的层次模型数据库管理系统IMS(Information Management System)。(2)美国数据库系统语言协商会CODASYL(Conference On Data System Laguage)下属的数据库任务组DBTG(Data Task Group)对数据库方法进行了系统的研究、探讨，于20世纪60年代末70年代初提出若干报告，称为DBTG报告。它确定并建立数据库系统的许多概念、方法和技术。其方法是基于网状结构的。,2,
2、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：1.支持三级模式的体系结构外模式、模式、内模式及其之间的转换(映射)。2.用存取路径来表示数据之间的联系是数据库系统和文件系统的主要区别之一。3.独立的数据定义语言4.导航的数据操纵语言,3,12.1.2 第二代数据库系统关系数据库系统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。1970年IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd发表题为“大型共享数据库数据的关系模型”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
3、理论的研究，为关系数据库技术奠定了理论基础。20世纪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 San Jose研究室开发的System R和Berkeley大学研制的INGRES为代表。主要成果有：,4,(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。在计算机领域有人把20世纪70年代称为数据库时代。,5,关系数据库以关系模型为基础，由三部分组成：1
4、.数据结构2.关系操作3.数据完整性关系模型具有以下主要特点：(1)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；(2)以关系代数为基础，形式化基础好；(3)数据独立性强，数据的物理存储和存取路径对用户隐蔽；(4)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，大大降低用户编程的难度。,6,12.1.3 新一代数据库技术的研究和发展一、新应用领域的需求如CAD/CAM、CIM、OIS、GIS、知识库系统和实时系统等。如VLSI CAD所需的数据管理由许多不同于传统数据管理的地方：(1)VLSI数据要涉及大量的数据，大部分具有复杂结构。(2)由大量的历史数据必
5、须保存，直到设计完成和稳定。(3)在一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持对已开发的部件库的重用。(4)VLSI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。,7,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。,8,二、传统数据库系统的局限性1.面向机器的语法数据模型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
6、7.事务处理能力较差,9,三、新一代数据库技术的特点从多方面发展现行的数据库技术，如：针对不同的应用，对传统的DBMS，主要是RDBMS进行不同层次上的扩充。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。新一代数据库系统的特点：1.面向对象的方法和技术对数据库发展的影响最为深远2.数据库技术与多学科技术的有机结合3.面向应用领域的数据库技术的研究,10,四、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
7、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,11,12.2 数据库新技术,应用领域,科学实验,计划统计,GIS,CA,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,12,12.2.1 数据模型的发展数据模型应满足三方面要求：能比较真实地模拟现实世界容易为人们所理解便于在计算机上实现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,信息
8、世界,机器世界(逻辑部分),机器世界(物理部分),13,一、物理层二、逻辑层三、概念层新的数据模型：1.复杂数据模型：偏重于结构的扩充NF2偏重于语义的扩充POSTGRES2.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。3.将上述语义数据模型和OO程序设计方法结合，提出面向对象的数据模型。,14,12.2.2 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,15,一、分布式数据库系统(1)数据的物理分布(2)数
9、据的逻辑整体性(3)数据的分布独立性(4)场地自治和协调(5)数据的冗余及冗余的透明性二、并行数据库系统,Scan S,Join,Scan P,Join,Group,Sort,Scan,Merge,Sort S,Sort S,Sort S,Scan S,Scan S,Scan S,16,三、知识库系统1.数据库的智能化(1)用知识表示方法描述DBMS(2)将更多的语义信息以知识表示形式存入系统(3)用户界面智能化2.智能化的数据库(1)数据库的演绎功能(2)数据库的搜索功能(3)数据库的问题求解能力(4)数据库的归纳功能(5)数据库的知识管理能力,17,四、主动数据库(1)主动数据库的数据模型
10、和知识模型(2)执行模型(3)条件检测(4)事物调度(5)体系结构(6)系统效率五、多媒体数据库(1)多媒体数据库应能表示多种媒体数据(2)多媒体数据库应能协调处理各种媒体数据(3)提供更强的适合非格式化数据查询的搜索功能,18,六、模糊数据库系统模糊的概念模糊数据库系统的定义关键技术：(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,19,12.2.3 面向应用领域的数据库新技术,数据库技 术,EIS&DSS,CAD/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
11、内容,20,一、数据仓库1.从数据库到数据仓库(1)事务处理和分析处理的性能特性不同(2)数据集成问题(3)数据动态集成问题(4)历史数据问题(5)数据综合问题2.数据仓库的定义和特点(1)主题与面向主题(2)数据仓库的集成(3)数据仓库是不可更新的(4)数据仓库是随时变化的,21,3.分析工具数据仓库系统的重要组成部分(1)联机分析处理技术及工具(2)数据挖掘技术和工具4.基于数据库技术的DSS解决方案(1)在底层数据库保存大量的事物级细节数据(2)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视图(3)OLAP从数据仓库中的集成数据出发(4)数据挖掘以数据仓
12、库和多维数据库中的大量数据为基础,22,二、工程数据库主要功能：(1)支持复杂对象的表示和处理(2)可扩展的数据类型(3)支持多样化的工程数据的存储和继承管理(4)支持长结构数据实体的处理(5)支持工程长事物和嵌套事物的并发控制和恢复(6)支持设计过程中多种不同数据版本的存储和管理(7)支持模式的动态修改和扩展(8)支持多种工程应用程序,23,三、统计数据库统计数据的特性：(1)分类属性和统计属性(2)多维性(3)分类属性的层次结构(4)微数据统计数据库研究的问题和技术：(1)数据模型(2)查询语言和用户接口(3)统计数据的物理组织(4)时序数据(5)统计数据的安全性,24,四、空间数据库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,
