近几年数据库的最新成就和发展

近几年数据库的最新成就和发展数据库技术经过短短三十年，已从第一代的网状、层次数据库系统，第一代的关系数据库系统，发展到第三代以面向对象模型为主要特征的数据库系统。并且数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术等等互相渗透，互相结合，也成为当前数据库技术发展的主要特征。数据库技术的发展体现在三个方面：数据模型、新技术内容、应用领域。通过右图，立体的阐述了新一代数据库系统及其相互关系。数据模型是数据库系统的核心和基础。1、第一代数据库系统（层次数据库系统和网状数据库系统）-格式化模型，层次模型是网状模型的特例2、第二代数据库系统（关系数据库系统）-关系模型简单、清晰，关系代数作为语言模型，关系数据理论作为理论基础。关系数据库系统具有形式基础好、数据独立性强、数据库语言非过程化等特色。3、第三代数据库系统-更加丰富的数据模型、更强大的数据管理功能、满足新应用要求。新一代数据库技术的研究与发展。一、新应用领域的需求新的数据库应用领域，如CAD/CAM、CIM、CASE、OIS(办公信息系统)、GIS(地理信息系统)、知识库系统、实时系统等，需要数据库的支持，而其所需的数据管理功能有相当一部分是传统的数据库系统所不能支持的。例如它们通常需要数据库系统支持以下功能：–存储和处理复杂对象。这些对象不仅内部结构复杂，很难用普通的关系结构来表示，而且相互之间的联系也有复杂多样的语义。–支持复杂的数据类型。包括抽象数据类型、半结构或无结构的超长数据、时间和版本数据等。还要具备支持用户自定义类型的可扩展能力。–需要常驻内存的对象管理以及支持对大量对象的存取和计算。–实现程序设计语言和数据库语言无缝地集成。–支持长事务和嵌套事务的处理。二、传统数据库系统的局限性传统数据库系统的局限性主要表现在以下几个方面：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（编程模式不同、类型系统不匹配）5.被动响应6.存储、管理的对象有限7.事务处理能力较差（只能支持非嵌套事务）三、新一代数据库技术的特点•一方面立足于数据库已有的成果和技术，加以发展进化，有人称之为“进化论”的观点和方法。另一方面的努力是立足于新的应用需求和计算机未来的发展，研究全新的数据库系统，有人称之为“革新论”的观点和方法。可以说新一代数据库技术的研究，新一代数据库系统的发展呈现了百花齐放的局面。其特点是：1.面向对象的方法和技术对数据库发展的影响最为深远八十年代出现的面向对象的方法和技术对计算机各个领域，包括程序设计语言、软件工程、信息系统设计，以及计算机硬件设计等都产生了深远的影响，也给面临新挑战的数据库技术带来了机会和希望。数据库研究人员借鉴和吸收了面向对象的方法和技术，提出了面向对象数据模型(简称对象模型)。该模型克服了传统数据模型的局限性，为新一代数据库系统的探索带来了希望，促进了数据库技术在一个新的技术基础上继续发展。2.数据库技术与多学科技术的有机结合数据库技术与多学科技术的有机结合是当前数据库技术发展的重要特征。计算机领域中其它新兴技术的发展对数据库技术产生了重大影响。传统的数据库技术和其它计算机技术的互相结合，建立和实现了一系列新型数据库系统，如分布式数据库系统、并行数据库系统、演绎数据库系统、知识库系统、多媒体数据库系统等等。它们共同构成了数据库系统大家族。3.面向应用领域的数据库技术的研究–为了适应数据库应用多元化的要求，在传统数据库基础上，结合各个应用领域的特点，研究适合该应用领域的数据库技术，如数据仓库、工程数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库、地理数据库等，这是当前数据库技术发展的又一重要特征。–研究和开发面向特定应用领域的数据库系统的基本方法是以传统数据库技术为基础，针对某一领域的数据对象的特点，建立特定的数据模型，它们有的是关系模型的扩展和修改，有的是具有某些面向对象特征的数据模型。四、第三代数据库系统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–除提供传统的数据管理服务外，第三代数据库系统将支持更加丰富的对象结构和规则，应该集数据管理、对象管理和知识管理为一体。由此可以导出第三代数据库系统必须支持OO数据模型。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–即必须保持第二代数据库系统的非过程化数据存取方式和数据独立性。3.第三代数据库系统必需对其它系统开放–数据库系统的开放性表现在：支持数据库语言标准；在网络上支持标准网络协议；系统具有良好的可移植性、可连接性、可扩展性和可互操作性等。面向应用领域数据库新技术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。数据库技术DSS特定领域数据仓库一、数据仓库数据仓库、ＯＬＡＰ和数据挖掘是作为三种独立的信息处理技术出现的。数据仓库用于数据的存储和组织，OLAP集中于数据的分析，数据挖掘则致力于知识的自动发现。它们都可以分别应用到信息系统的设计和实现中，以提高相应部分的处理能力。但是，由于这三种技术内在的联系性和互补性，将它们结合起来即是一种新的ＤＳＳ构架。这一构架以数据库中的大量数据为基础，系统由数据驱动。•其特点是：(1）在底层的数据库中保存了大量的事务级细节数据。这些数据是整个DSS系统的数据来源。(２)数据仓库对底层数据库中的事务级数据进行集成、转换、综合，重新组织成面向全局的数据视图，为DSS提供数据存储和组织的基础。(３)OLAP从数据仓库中的集成数据出发，构建面向分析的多维数据模型，再使用多维分析方法从多个不同的视角对多维数据进行分析、比较，分析活动从以前的方法驱动转向了数据驱动，分析方法和数据结构实现了分离。(４)数据挖掘以数据仓库和多维数据库中的大量数据为基础，自动地发现数据中的潜在模式，并以这些模式为基础自动地作出预测。数据挖掘表明知识就隐藏在日常积累下来的大量数据之中，仅靠复杂的算法和推理并不能发现知识，数据才是知识的真正源泉。数据挖掘为AI技术指出了一条新的发展道路。二、工程数据库(EngineeringDataBase)•工程数据库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。它适用于CAD/CAM、计算机集成制造(CIM)等通称为CAX的工程应用领域。工程数据库针对工程应用领域的需求，对工程对象进行处理，并提供相应的管理功能及良好的设计环境。•工程数据库管理系统是用于支持工程数据库的数据库管理系统主要应具有以下功能:(1)支持复杂多样的工程数据的存储和集成管理；(2)支持复杂对象(如图形数据)的表示和处理；(3)支持变长结构数据实体的处理；(4)支持多种工程应用程序；(5)支持模式的动态修改和扩展；计划、统计地理信息系统CAX(CAD/CAM/CIM…)工程数据库空间数据库空间数据库统计数据库(6)支持设计过程中多个不同数据库版本的存储和管理；(7)支持工程长事务和嵌套事务的处理和恢复；•在工程数据库的设计过程中，由于传统的数据模型难于满足CAX应用对数据模型的要求，需要运用当前数据库研究中的一些新的模型技术，如扩展的关系模型、语义模型、面向对象的数据模型三、统计数据库(StatisticalDataBase)•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。采用数据库技术实现对统计数据的管理，对于充分发挥统计信息的作用具有决定性的意义。•统计数据库是一种用来对统计数据进行存贮、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。•第一，多维性是统计数据的第一个特点，也是最基本的特点。•其次，统计数据是在一定时间（年度、月度、季度）期末产生大量数据，故入库时总是定时的大批量加载。经过各种条件下的查询以及一定的加工处理，通常又要输出一系列结果报表。这就是统计数据的“大进大出”特点。•第三，统计数据的时间属性是一个最基本的属性，任何统计量都离不开时间因素，而且经常需要研究时间序列值，所以统计数据又有时间向量性。•第四，随着用户对所关心问题的观察角度不同，统计数据查询出来后常有转置的要求。四、空间数据库(SpacialDataBase)•空间数据库，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。其中的位置数据为空间数据，属性数据为非空间数据。•空间数据是用于表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等信息的数据，用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的信息，它不仅具有表示物体本身的空间位置及状态信息，还具有表示物体的空间关系的信息。•非空间信息主要包含表示专题属性和质量描述数据，用于表示物体的本质特征，以区别地理实体，对地理物体进行语义定义。•由于传统数据库在空间数据的表示、存储和管理上存在许多问题，从而形成了空间数据库这门多学科交叉的数据库研究领域。•目前的空间数据库成果大多数以地理信息系统的形式出现，主要应用于环境和资源管理、土地利用、城市规划、森林保护、人口调查、交通、税收、商业网络等领域的管理与决策。•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实用。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。数据库技术与其他相关技术相结合一、分布式数据库系统随着地理上分散的用户对数据库共享的要求，结合计算机网络技术的发展，在传统的集中式数据库系统基础上产生和发展了分布式数据库系统二、多媒体数据库媒体是信息的载体。多媒体是指多种媒体，如数字、正文、图形、图象和声音的有机集成，而不是简单的组合。其中数字、字符等称为格式化数据，文本、图形、图象、声音、视象等称为非格式化数据，非格式化数据具有大数据量、处理复杂等特点。三、主动数据库主动数据库（ActiveDataBase）是相对于传统数据库的被动性而言的。许多实际的应用领域，如计算机集成制造系统、管理信息系统、办公室自动化系统中常常希望数据库系统在紧急情况下能根据数据库的当前状态，主动适时地做出反应，执行某些操作，向用户提供有关信息。主动数据库通常采用的方法是在传统数据库系统中嵌入ECA（即事件-条件-动作）规则，在某一事件发生时引发数据库管理系统去检测数据库当前状态，看是否满足设定的条件，若条件满足，便触发规定动作的执行。四、对象-关系数据库对象－关系数据库系统兼有关系数据库和面向对象的数据库两方面的特征。•小结：本文从这三个方面介绍了数据库技术的进展：1.数据库技术发展的核心是数据模型的发展；2.数据库技术在特定领域的应用使数据库的应用范围不断扩大，从而为数据库技术的发展提供源源不断的动力；3.传统的数据库技术和其他计算机技术的互相结合、互相渗透是数据库新技术的主要特征。