数据库新技术发展

An Introduction to Database System 中 国 人 民 大 学 信 息 学 院 数 据 库 系 统 概 论An Introduction to Database System第 十 三 章 数 据 库 新 技 术 发 展 An Introduction to Database System 第十三章 数据库技术新发展13.1 数据库技术发展概述13.2 数据库发展的3个阶段13.3 数据库系统发展的特点13.4 数据库技术发展趋势13.5 小结 An Introduction to Database System 13.1 数据库技术发展概述v数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最广的技术之一 n第一代的网状、层次数据库系统n第二代的关系数据库系统n第三代数据库系统-数据库大家族 An Introduction to Database System 数据库技术发展概述(续)v下图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3个方面，描述了数据库系统的发展、特点和相互关系 An Introduction to Database System 第十三章 数据库技术新发展13.1 数据库技术发展概述13.2 数据库发展的3个阶段13.3 数据库系统发展的特点13.4 数据库技术发展趋势13.5 小结 An Introduction to Database System 13.2 数据库发展的3个阶段13.2.1 第一代数据库系统13.2.2 第二代数据库系统13.2.3 新一代数据库系统 An Introduction to Database System 13.2.1 第一代数据库系统v第一代数据库系统指层次和网状数据库系统v代表系统：n IMS（Information Management System） 1969年，IBM公司研制，层次模型的数据库管理系统n DBTG报告(Data Base Task Group)20世纪60年代末70年代初提出确定并建立了数据库系统的许多概念、方法和技术。基于网状结构的，它是数据库网状模型的典型代表 An Introduction to Database System 第一代数据库系统 (续)v层次数据库系统与网状数据库系统的共同特点：n 1. 支持三级模式的体系结构n 2. 用存取路径来表示数据之间的联系n 3. 独立的数据定义语言n 4. 导航的数据操纵语言 An Introduction to Database System 13.2 数据库发展的3个阶段13.2.1 第一代数据库系统13.2.2 第二代数据库系统13.2.3 新一代数据库系统 An Introduction to Database System 13.2.2 第二代数据库系统v1970年，E.F.Codd发表大型共享数据库数据的关系模型论文，为关系数据库技术奠定理论基础 v典型代表：n IBM San Jose研究室开发的System R n Berkeley大学研制的INGRES An Introduction to Database System 第二代数据库系统(续)v这一时期的主要成果 n奠定了关系模型的理论基础，给出了人们一致接受的关系模型的规范说明 n研究了关系数据语言，包括关系代数、关系演算、SQL及QBE等 n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 An Introduction to Database System 第二代数据库系统(续)v关系数据库是以关系模型为基础的v关系模型组成部分：n数据结构n关系操作 n数据完整性 An Introduction to Database System 13.2 数据库发展的3个阶段13.2.1 第一代数据库系统13.2.2 第二代数据库系统13.2.3 新一代数据库系统 An Introduction to Database System 13.2.3 新一代数据库系统v1990年，高级DBMS功能委员会发表了第三代数据库系统宣言的文章，提出第三代DBMS应具有的3个基本特征：n 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 n 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 n 3.第三代数据库系统必须对其他系统开放 An Introduction to Database System 第十三章 数据库技术新发展13.1 数据库技术发展概述13.2 数据库发展的3个阶段13.3 数据库系统发展的特点13.4 数据库技术发展趋势13.5 小结 An Introduction to Database System 13.3 数据库系统发展的特点13.3.1 数据模型的发展13.3.2 数据库技术与其他相关技术相结合13.3.3 面向领域的数据库新技术 An Introduction to Database System 13.3.1 数据模型的发展v1. 对传统的关系模型 (1NF) 进行扩充，引入了少数构造器，称为复杂数据模型 n一种是偏重于结构的扩充n一种是侧重于语义的扩充v2. 增加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v3. 面向对象的数据模型v4. XML数据模型 An Introduction to Database System 13.3 数据库系统发展的特点13.3.1 数据模型的发展13.3.2 数据库技术与其他相关技术相结合13.3.3 面向领域的数据库新技术 An Introduction to Database System 13.3.2 数据库技术与其他相关技术相结合v数据库技术与其他学科的内容相结合，出现的各种新型的数据库系统：n分布式数据库系统n并行数据库系统n知识库系统和主动数据库系统n多媒体数据库系统n模糊数据库系统等 n移动数据库系统等n Web数据库等 An Introduction to Database System 数据库技术与其他相关技术相结合(续) 数据库技术与其他计算机技术的相互渗透 An Introduction to Database System 数据库技术与其他相关技术相结合(续)一、并行数据库v概念n在并行机上运行的具有并行处理能力的数据库系统n是数据库技术与并行计算技术相结合的产物v并行处理技术与数据库技术结合的可行性 n数据库操作是集合操作，许多情况下可分解为一系列对子集的操作n并行计算技术利用多处理机并行处理产生的规模效益来提高系统的整体性能，为数据库系统提供了一个良好的硬件平台 An Introduction to Database System 并行数据库(续) v并行数据库系统研究以三种并行计算结构为基础：n共享内存(主存储器)结构(Shared_Memory)(简称SM结构)n共享磁盘结构(Shared_Disk)(简称SD结构)n无共享结构(Shared_Nothing)(简称SN结构) An Introduction to Database System 并行数据库(续)v并行数据库原型系统n加州Berkeley大学的XPRS系统n Colorado大学的Volcano系统n Wisconsin大学的Gamma系统等 An Introduction to Database System 数据库技术与其他相关技术相结合(续)二、主动数据库(Active Data Base)v概念n是在传统数据库基础上，结合人工智能技术和面向对象技术产生的数据库新技术。v目标n提供对紧急情况及时反应的能力 v方法n嵌入ECA，即事件-条件-动作规则 An Introduction to Database System 主动数据库(续)v为支持ECA规则，主动数据库的研究集中于解决以下问题：n 1. 主动数据库的数据模型和知识模型 n 2. 执行模型 n 3. 条件检测 n 4. 事务调度 n 5. 体系结构 n 6. 系统效率 An Introduction to Database System 13.3 数据库系统发展的特点13.3.1 数据模型的发展13.3.2 数据库技术与其他相关技术相结合13.3.3 面向领域的数据库新技术 An Introduction to Database System 13.3.3 面向领域的数据库新技术v数据库技术被应用到特定的领域中，出现了多种数据库，使数据库领域的应用范围不断扩大 特定应用领域中的数据库技术 An Introduction to Database System 面向领域的数据库新技术(续)一、工程数据库v概念n工程数据库（Engineering Database）是一种能存储和管理各种工程设计图形和工程设计文档，并能为工程设计提供各种服务的数据库。 v目的n利用数据库技术对工程对象有效地加以管理，并提供相应的处理功能及良好的设计环境 An Introduction to Database System 工程数据库(续)v工程数据库管理系统应具有的功能n 1. 支持复杂对象 （如图形数据、工程设计文档） 的表示和处理；n 2. 可扩展的数据类型；n 3. 支持复杂多样的工程数据的存储和集成管理；n 4. 支持变长结构数据实体的处理；n 5. 支持工程长事务和嵌套事务的并发控制和恢复； n 6. 支持设计过程中多个不同数据版本的存储和管理；n 7. 支持模式的动态修改和扩展；n 8. 支持多种工程应用程序等 An Introduction to Database System 面向领域的数据库新技术(续)二、空间数据库v空间数据n用于表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等诸方面信息的数据，适用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的现象。v特点n包括物体本身的空间位置及状态信息n包括表示物体的空间关系（即拓扑关系）的信息v概念 n描述、存储和处理空间数据及其属性数据的数据库系统 An Introduction to Database System 空间数据库(续)v研究内容n (1)空间数据模型n (2)空间数据查询语言n (3)空间数据库管理系统 An Introduction to Database System 空间数据模型 空间数据结构 An Introduction to Database System 空间数据查询语言v空间数据查询包括位置查询、空间关系查询和属性查询。前两种查询是空间数据库特有的，基本方式有：n面-面查询n线-线查询n点-点查询n线-面查询n点-线查询 n点-面查询v空间数据查询语言是为了正确表达以上查询请求 An Introduction to Database System 空间数据库管理系统v功能n提供对空间数据和空间关系的定义和描述n提供空间数据查询语言，实现对空间数据的高效查询和操作n提供对空间数据的存储和组织n提供对空间数据的直观显示等 An Introduction to Database System 第十三章 数据库技术新发展13.1 数据库技术发展概述13.2 数据库发展的3个阶段13.3 数据库系统发展的特点13.4 数据库技术发展趋势13.5 小结 An Introduction to Database System 13.4 数据库技术发展趋势v推动数据库发展的3个主要动力n数据n应用需求n计算机相关技术 An Introduction to Database System 数据库技术发展趋势(续)v一、信息特征和来源的变化v二、应用领域的变化v三、相关技术的发展v四、当前若干研究热点 An Introduction to Database System 第十三章 数据库技术新发展13.1 数据库技术发展概述13.2 数据库发展的3个阶段13.3 数据库系统发展的特点13.4 数据库技术发展趋势13.5 小结 An Introduction to Database System 13.5 小结v数据库技术发展的三个阶段 n第一代的网状、层次数据库系统n第二代的关系数据库系统n第三代数据库系统-数据库大家族 An Introduction to Database System 小结(续)v数据库系统发展的特点n数据模型的发展n数据库技术与其他相关技术相结合n面向应用领域的数据库新技术 An Introduction to Database System 小结(续)v推动数据库发展的3个主要动力n数据n应用需求n计算机相关技术