数据库技术新发展

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1、第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统

2、3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 CAD系统需要数据库系统对其使用的大量标准构件、设计中间数据、设计结果等进行统一管理。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应

3、用系统应用系统 典型的地理信息系统(GIS)除要具有传统数据库所具有的功能外，还要支持位置数据和空间数据的操作、组织和管理。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 要求数据库管理系统能够提供面向工程环境的数据模型，具有定义新的数据类型和数据结构的能力，可以实现对

4、复杂对象进行语义完整性和一致性的约束能力，并具有长事务处理及其安全性和可恢复性的保障措施。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 需要数据库对各种开发文档、修改历史、测试结果等进行管理。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新

5、技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 给数据库管理系统提出了存储和处理复杂对象，支持复杂数据类型的应用需求。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 一、应用需求一、应用需求 1.计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统2.地理信息系统地理信息系统 3

6、.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 4.计算机辅助软件工程计算机辅助软件工程 5.办公信息系统办公信息系统 6.Internet应用系统应用系统 要求数据库能够提供对诸如大文本、时间序列等许多非结构化数据类型管理的支撑能力。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 二、关系数据库系统的局限性二、关系数据库系统的局限性 1.关系模型对复杂对象的表达能力较差关系模型对复杂对象的表达能力较差 2.关系模型支持的数据类型有限关系模型支持的数据类型有限 3.关系数据库的管理和处理能力有限关系数据库的管理和处理能力

7、有限 4.关系数据库操纵语言与主语言之间存在着阻抗失配关系数据库操纵语言与主语言之间存在着阻抗失配 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.1 应用需求推动数据库新技术的研究与发展应用需求推动数据库新技术的研究与发展 三、数据库技术新发展三、数据库技术新发展 数据库技术与多学科技术的相互结合与相互渗透是当前数数据库技术与多学科技术的相互结合与相互渗透是当前数据库技术发展的重要特征，并在此基础上产生和发展了一系列支据库技术发展的重要特征，并在此基础上产生和发展了一系列支持特殊应用领域的新型数据库系统，如分布式数据库、面向对象持特殊应用领域的新型数据库系统，如分布式数据库、面向对象数据库

8、、多媒体数据库、主动数据库、并行数据库、演义数据库、数据库、多媒体数据库、主动数据库、并行数据库、演义数据库、模糊数据库、联邦数据库等，形成了共存于当今社会的数据库大模糊数据库、联邦数据库等，形成了共存于当今社会的数据库大家族。家族。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 一、分布式数据库系统的定义及其理论基础一、分布式数据库系统的定义及其理论基础 集中式数据库系统：数据库系统的所有成分都是驻留集中式数据库系统：数据库系统的所有成分都是驻留在一台计算机内的，数据库系统的所有工作都是在一台计在一台计算机内的，数据库系统的所有工作都是在一台计算机上完

9、成的。算机上完成的。 分布式数据库系统将数据分布地存放在由计算机网络分布式数据库系统将数据分布地存放在由计算机网络相连的不同结点的计算机中，其中每一结点都有自治处理相连的不同结点的计算机中，其中每一结点都有自治处理（即独立处理）能力并能完成局部应用，而每一结点并不（即独立处理）能力并能完成局部应用，而每一结点并不是互不相关，它们在分布式数据库管理系统作用下，也参是互不相关，它们在分布式数据库管理系统作用下，也参与（至少一种）全局应用程序的执行，该全局应用程序可与（至少一种）全局应用程序的执行，该全局应用程序可通过通信网络系统存取若干结点的数据。通过通信网络系统存取若干结点的数据。 第九章第九章

10、 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 一、分布式数据库系统的定义及其理论基础一、分布式数据库系统的定义及其理论基础 计算机网PC机1DB1PC机2DB2计算机DB3T1 T2 T3图9.2 分布式数据库示意图第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 二、分布式数据库系统的特点二、分布式数据库系统的特点 （1）在分布式数据库系统里不强调集中控制（2）除数据独立性外还强调分布式透明性（3）数据冗余是分布式系统的重要特性第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 三、分布式数据库

11、系统的分类三、分布式数据库系统的分类 （1）同构同质型DDBS：指各个场地都采用同一类型的数据模型(例如，都采用关系模型)，并且都采用同一型号的数据库管理系统。 （2）同构异质型DDBS：指各个场地都采用同一类型的数据模型，但采用了不同型号的数据库管理系统(例如，分别采用了Oracle、SQL/DS、DB2等)。（3）异构型DDBS：指各个场地采用了不同类型的数据模型，显然也就采用了不同类型的数据库管理系统。第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 四、分布式数据库系统的目标四、分布式数据库系统的目标 （1）各节点上的数据库具有自治性（2）非集中式管

12、理（3）高可用性（4）位置独立（5）分片独立（6）复制独立（7）优化的分布式查询处理（8）可进行分布式事务管理（9）具有硬件的独立性（10）具有操作系统独立性（11）具有网络独立性（12）数据库独立第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 五、分布式数据库系统的组成五、分布式数据库系统的组成 本地DB1 DDB 本地DB2DDB 图9.3 DDBMS的典型组成方式DBDCDDDBDCDD（1）数据库管理模块(DB)（2）数据通信模块(DC)（3）数据字典(DD)（4）分布式数据库(DDB) 场地1 场地2 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发

13、展9.2分布式数据库系统分布式数据库系统 六、分布式数据库系统的参考体系结构六、分布式数据库系统的参考体系结构 图9.4 分布式数据库系统的参考体系结构 （1）全局外模式：是分布式数据库系统全局应用的用户视图，是全局模式的子集。 （2）全局模式：定义了分布式数据库系统中的所有数据的逻辑结构。 （3）分片模式(Fragmentation Schema)用于定义全局关系与片段之间的映射。 （4）分配模式(Allocation Schema)根据应用需求和分配策略定义片段的存放场地。 全局模式位置分配模式分片模式局部映射模式1局部映射模式2局部内模式2局部内模式1场地1的局部数据库场地2的局部数据库

14、用户视图用户视图全局外模式 （其它场地） 分布式数据库所独有的部分 集中式数据库原有部分 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 一、对象的逻辑结构一、对象的逻辑结构 （1）对象描述客观世界中的一个实体，构成面向对象数据库中的一个基本单元。）对象描述客观世界中的一个实体，构成面向对象数据库中的一个基本单元。（2）每个对象有一个唯一的对象标识符。）每个对象有一个唯一的对象标识符。（3）对象具有自身的状态，且对象的状态是由一组属性值来描述的。）对象具有自身的状态，且对象的状态是由一组属性值来描述的。（4）对象的状态可以通过方法或操作改变。）对象的状

15、态可以通过方法或操作改变。（5）有关对象的私有数据）有关对象的私有数据(对象的状态对象的状态)和对他们的操作和对他们的操作(行为行为)被封装在一起。被封装在一起。（6）对象与系统中的其他对象之间的相互作用是通过消息实现的。）对象与系统中的其他对象之间的相互作用是通过消息实现的。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 二、对象间的限制和联系二、对象间的限制和联系 图9.6 类的一般结构 （1）类(Class)是所有具有相同属性和方法的对象组成的集合。 消息模式1： 处理能力1 消息模式n： 处理能力n消息模式1： 处理能力1的实现 消息模式n：

16、 处理能力n的实现外部特性内部实现第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 二、对象间的限制和联系二、对象间的限制和联系 （1）类(Class)是所有具有相同属性和方法的对象组成的集合。 （2）类层次：所有的类组成一个有根的层次结构，称为类层次(Class Hierarchy)。（3）继承： 一个类可以从其直接祖先(超类)或间接祖先(即，类的超类)继承(Inheritance)所有的属性和方法。（4）复合对象：如果一个对象的某个或某些属性不是一个如整数、实数、字符或字符串等这样的基本数据类型，而是其他的对象，就称这样的对象为复合对象(Compos

17、ite Object)。 部门编号：Dept005部门名称：公关部 经理：职员：职工编号：Drn001职工姓名：李莹 职工编号：Drn001职工姓名：李莹工作岗位：营销员 图9.7 复合对象 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 三、面向对象数据库管理系统的基本要求三、面向对象数据库管理系统的基本要求 （1） 支持面向对象的数据模型 （2） 提供面向对象的数据库语言 （3）提供面向对象数据库的管理机制，并具备传统数据库的管理能力 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 四、四、 面向对象数据库

18、管理系统的组成面向对象数据库管理系统的组成 （1） 对象子系统由模式管理、事务管理、查询处理、版本管理、长数据管理、外围工具等模块组成。 （2）存储子系统主要包括缓冲区管理和存储管理等模块。 一个面向对象数据库管理系统主要由对象子系统和存储子系统组成。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 五、面向对象数据库系统的实现途径五、面向对象数据库系统的实现途径 （1）通过在面向对象程序设计语言的基础上扩充面向对象数据模型来建立面向对象数据库管理系统 （2）通过在现有的关系数据库系统上扩展关系数据模型，增加对面向对象数据类型的支持来建立面向对象数据库

19、管理系统 （3）利用面向对象数据模型，从零开始建立全新的面向对象数据库管理系统第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.3面向对象数据库系统面向对象数据库系统 六、六、 面向对象数据库系统的优越性面向对象数据库系统的优越性 （1）面向对象的复杂对象构造能力增强了对客观世界的模拟能力 （2）面向对象的封装性屏蔽了实现细节和复杂性，降低了数据库应用系统开发和维护的难度 （3）面向对象的继承性使数据库应用程序的可重用成为可能第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.4 多媒体数据库多媒体数据库一、多媒体数据处理和数据管理的新技术要求一、多媒体数据处理和数据管理的新技术要求 （1）多媒

20、体数据的组织和存储要求）多媒体数据的组织和存储要求 （2）多媒体数据的处理要求）多媒体数据的处理要求 （3）多媒体数据的查询要求）多媒体数据的查询要求 （4） 其他处理和管理要求其他处理和管理要求第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.4 多媒体数据库多媒体数据库二、多媒体数据库管理系统的组织结构二、多媒体数据库管理系统的组织结构 图9.8 组合型多媒体数据库的组织结构 （1）组合型多媒体数据库的组织结构用户应用程序图像数据库管理系统视频数据库管理系统文本数据库管理系统声音数据库管理系统规则数据的数据库管理系统图像DB视频DB声音DB文本DB规则数据DBDBMSDB第九章第九章 数据

21、库技术新发展数据库技术新发展9.4 多媒体数据库多媒体数据库（2）主从型多媒体数据库的组织结构 图9.9 主从型多媒体数据库的组织结构 二、多媒体数据库管理系统的组织结构二、多媒体数据库管理系统的组织结构 主数据库管理系统图像DB视频DB声音DB文本DB规则数据DBDB用户应用程序图像数据库管理系统视频数据库管理系统文本数据库管理系统声音数据库管理系统规则数据的数据库管理系统从DBMS第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.4 多媒体数据库多媒体数据库三、研究现状和有待进一步研究的技术问题三、研究现状和有待进一步研究的技术问题 （1）多媒体数据模型的研究（2）多媒体数据库的标准化查询

22、与操作语言研究（3）多媒体数据库的用户接口技术研究（4）多媒体数据的存取和组织技术研究（5）多媒体数据的一体化管理技术研究（6）多媒体数据库的控制与并发机制研究等第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统一、主动数据库的知识模型一、主动数据库的知识模型 主动数据库的核心是要求数据库系统具有各种主动服务的功能，并利用某种机制实现各种主动性要求。 主动数据库(Active Database)系统是数据库技术与基于知识的系统(或广义地说是人工智能系统)技术相结合的产物，能够提供某种主动性的操作和服务。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动

23、数据库系统主动数据库系统一、主动数据库的知识模型一、主动数据库的知识模型 （1） 事件及其分类事件及其分类 主动数据库(Active Database)系统是数据库技术与基于知识的系统(或广义地说是人工智能系统)技术相结合的产物，能够提供某种主动性的操作和服务。 与时间有关的事件与数据库状态相关的事件 与数据库语言有关的事件 与信号灯有关的事件 与公共变量有关的事件 与中断有关的事件 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统一、主动数据库的知识模型一、主动数据库的知识模型 （2）事件运算与事件表达式事件运算与事件表达式 主动数据库(Active Dat

24、abase)系统是数据库技术与基于知识的系统(或广义地说是人工智能系统)技术相结合的产物，能够提供某种主动性的操作和服务。 事件的运算包括两个事件的同时发生()、两个事件的选择发生(|)，即两个事件仅有其中一个发生、两个事件的合并发生()、两个事件的相继发生()，即前一个事件结束后马上发生后一个事件、一个事件在另一个事件之前发生()、某个事件不发生()等运算。 事件及其相互之间的各种运算构成事件表达式。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统一、主动数据库的知识模型一、主动数据库的知识模型 （3） 事件规则事件规则 主动数据库(Active Data

25、base)系统是数据库技术与基于知识的系统(或广义地说是人工智能系统)技术相结合的产物，能够提供某种主动性的操作和服务。 事件规则的一般表示形式为： WHEN IFTHEN产生式规则集合 事件规则的含义是：当为真时，执行IFTHEN产生式规则集合。 主动数据库系统中的事件规则构成了主动数据库的知识模型。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统二、二、 主动数据库系统的组成主动数据库系统的组成 一个主动数据库系统主要由三部分组成：（1）传统的数据库系统。用于实现传统数据库的基本功能（2）事件知识库。是一组由事件驱动的知识集合（3）事件监视器 第九章第九

26、章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统三、主动数据库管理系统的功能三、主动数据库管理系统的功能 （1）各种实时监控、时间同步及其控制功能（2）数据库的使用与更新、数据库状态、数据库异常、数据库的一致性与完整性检查的动态监视等及其处理功能。（3）数据库的自动审计、例外处理、出错监控等及其处理功能。（4）分布式数据库系统中各站点和各子系统之间的通讯与同步功能。（5）模块之间、用户之间、用户与系统之间的通讯与交互功能。（6）对数据库系统中各种中断对象的实时监视、实时响应、实时处理和实时控制功能。（7）具有那些反映系统性能的有关功能要求 第九章第九章 数据库技术新发展

27、数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统四、主动数据库的实现四、主动数据库的实现 （1） 在原有的数据库管理系统上进行改造。 （2）先将某种程序语言改造成一种主动程序设计语言，对事件知识库的管理和事件监视器的功能与机制由主动程序设计语言承担。然后与传统的宿主系统类似，把对数据库的操作嵌入到主动程序设计语言中。 （3）设计全新的主动数据库管理系统，实现数据库与事件知识库在同一系统的相容，实现数据库语言(包括DDL、DML和DCL)、主动(应用) 程序设计语言和事件监视器的彻底融合。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统五、事件知识库的实现

28、五、事件知识库的实现 根据事件规则和基于IFTHEN的产生式规则的一般表示形式，事件规则库的组织实质上可以按照人工智能和/或专家系统中的产生式系统的知识库形式进行组织和设计。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统六、事件监视器的实现六、事件监视器的实现 （1）确定事件监视器的执行模式 （2）确定条件检测的方式 （3）并发事务与并发执行处理等 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.5 主动数据库系统主动数据库系统七、主动数据库系统的现状和有待进一步研究的问题七、主动数据库系统的现状和有待进一步研究的问题 （1）触发器的表达能力有限，还无法

29、描述和表示复杂的事件 （2）主动机制的实现还没有形成一套完整的技术理论和普遍认同的技术方法，局限性和可移植性较差 （3）触发执行的可靠性等还优待于进一步完善 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.6 面向应用领域的数据库新技术面向应用领域的数据库新技术一、工程数据库一、工程数据库 工程数据库(Engineering Database)是一种能存储和管理各种工程图形，并能为工程设计提供各种服务的数据库。 数据库技术被应用到特定的领域中，出现了工程数据库、地理数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库等多种数据库，使数据库领域中新的技术内容层出不穷。 第九章第九章 数据库技术新发展数据

30、库技术新发展9.6 面向应用领域的数据库新技术面向应用领域的数据库新技术二、统计数据库二、统计数据库 统计数据是人类对现实社会各行各业、科技教育、国情国力的大量调查数据。统计数据库(Statistical Database)是一种用来对统计数据进行存储、统计(如求数据的平均值、最大值、最小值、总和等等)、分析的数据库系统。 第九章第九章 数据库技术新发展数据库技术新发展9.6 面向应用领域的数据库新技术面向应用领域的数据库新技术三、空间数据库三、空间数据库 空间数据库(spacial database)是以描述空间位置和点、线、面、体特征的拓扑结构的位置数据及描述这些特征的性能的属性数据为对象的数据库。 空间数据库的目的是利用数据库技术实现空间数据的有效存储、管理和检索，为各种空间数据库用户使用。目前，空间数据库的研究主要集中于空间关系与数据结构的形式化定义、空间数据的表示与组织、空间数据查询语言、空间数据库管理系统。