中級通信工程師考試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段是指從20世紀60年代后期以來。數(shù)據(jù)管理技術(shù)進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的標志是20世紀60年代末期的三件大事：
(1)1968年美國ffiM公司推出層次模型的IMS系統(tǒng)；
(2)1969年美國CODASYL組織發(fā)布了DBTG報告，提出網(wǎng)狀模型；
(3)1970年美國IBM公司的E.F.Codd連續(xù)發(fā)表論文，提出關(guān)系模型，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。
特別是20世紀70年代以來，計算機應(yīng)用范圍越來越廣泛，要求用計算機管理的數(shù)據(jù)量急劇增長，同時，多種應(yīng)用、多種語言互相覆蓋地共享數(shù)據(jù)集合的要求越來越強烈。一方面，計算機硬件發(fā)展迅速，硬件價格大幅度下降，.出現(xiàn)了大容量磁盤等廉價的內(nèi)、外存儲設(shè)備；
另一方面，軟件價格上升，軟件成本增加。為了解決多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的需求，使數(shù)據(jù)為盡可能多的應(yīng)用服務(wù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到迅速的發(fā)展。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)具有如下特點。
(1)采用特定的數(shù)據(jù)模型，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。在文件系統(tǒng)中，相互獨立的文件的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，通常采取的是等長或變長的記錄格式，但記錄之間沒有聯(lián)系，這種數(shù)據(jù)的獨立性只對一個應(yīng)用而言，仍有局限性，不適應(yīng)多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的需求。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供一個數(shù)據(jù)的抽象視圖，它能隱藏數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法等細節(jié)，并通過數(shù)據(jù)模型作為實現(xiàn)數(shù)據(jù)抽象的主要工具，實現(xiàn)了整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，它要求在描述數(shù)據(jù)時不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。
(2)數(shù)據(jù)的獨立性高。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了3級數(shù)據(jù)抽象（視圖級抽象、概念級抽象和物理級抽象）能力和3種數(shù)據(jù)庫模式（外模式、模式和內(nèi)模式），實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的物理獨立性和邏輯獨立性。數(shù)據(jù)與程序的相互獨立，使得可以把數(shù)據(jù)的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去，而把數(shù)據(jù)的存取由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一進行管理，用戶在應(yīng)用程序中不用考慮存取路徑等細節(jié)，大大簡化了應(yīng)用程序的編制及應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的維護和修改。
(3)數(shù)據(jù)的共享性好，數(shù)據(jù)冗余度低。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)允許多個用戶或多個應(yīng)用程序同時訪問數(shù)據(jù)庫中的相同數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用，而是面向整個系統(tǒng)，從而支持了數(shù)據(jù)的共享，節(jié)省了存儲空間，大大減少了數(shù)據(jù)冗余，避免了數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。
(4)為用戶提供了方便的用戶接口。
用戶可以使用查詢語言（如SQL)或終端命令對數(shù)據(jù)庫進行訪問，也可以借助高級語言(如C語言、COBOL語言等）采用程序方式對數(shù)據(jù)庫進行操作。
　　(5)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，而且管理的是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，因此在使用數(shù)據(jù)時可以有很靈活的方式。一個數(shù)據(jù)庫一般都要支持很多應(yīng)用程序和用戶。不同的應(yīng)用程序和不同的用戶對同一個數(shù)據(jù)庫可能有不同的理解，對同一數(shù)據(jù)庫的每一種理解稱為這個數(shù)據(jù)庫的一個視圖。一個視圖可以是一個數(shù)據(jù)庫子集合，也可以是多個數(shù)據(jù)庫的子集按照某種方式構(gòu)成的虛擬數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了定義、維護和操縱視圖的機制，使得多個用戶可以為他們的應(yīng)用定義、維護和使用自己的視圖。在短短的30多年里，它已從第一代的網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第二代的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，發(fā)展到第三代以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)、并行計算技術(shù)等互相滲透，互相結(jié)合，成為當(dāng)前數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的主要特征。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。因此，數(shù)據(jù)庫發(fā)展階段的劃分應(yīng)該以數(shù)據(jù)模型的進展作為主要依據(jù)和標志。{#page#}第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)--層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。代表是：
①1969年IBM公司研制的層次模型和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS(InformationManagementSystem)；
②美國數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)會CODASYL下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG于20世紀60年代末70年代初提出基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法，它是數(shù)據(jù)庫網(wǎng)狀模型的典型代表。
第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)--關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。1970年，IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.codd發(fā)表了“大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型”論文，提出了數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。其典型代表:
①IBMSanJose實驗室開發(fā)的SystemR;
②Berkeley加利福尼亞大學(xué)研制的INGRES。
第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。從20世紀80年代以來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的巨大成功刺激了其他領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫技術(shù)需求的迅速增長，但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的局限性難以滿足新應(yīng)用的需求。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的局限性主要表現(xiàn)在以下幾方面。
①面向機器的語法數(shù)據(jù)模型。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中采用的數(shù)據(jù)模型強調(diào)數(shù)據(jù)的高度結(jié)構(gòu)化，只能存儲離散的數(shù)據(jù)和有限的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，語義表示能力差。它無法表示客觀世界中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相互聯(lián)系的語義也十分復(fù)雜的對象，從而限制了數(shù)據(jù)庫處理文本、超文本、圖形、圖像、CAD圖件、聲音等多種復(fù)雜對象及工程、地理、測繪等領(lǐng)域中的非格式化、非經(jīng)典數(shù)據(jù)的能力。
②數(shù)據(jù)類型簡單、固定。
③結(jié)構(gòu)與行為完全分離。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主關(guān)心數(shù)要據(jù)的獨立性及存取數(shù)據(jù)的效率，是語法數(shù)據(jù)庫，語義表達能力差，難以抽象化地去模擬行為。對象的結(jié)構(gòu)表示可映射到數(shù)據(jù)庫模式,對象的行為特征最多只能由應(yīng)用程序來表示。
④阻抗失配。它主要是指關(guān)系系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)操縱語言和通用程序設(shè)計語言之間的失配。
⑤被動響應(yīng)。僅能響應(yīng)和重做用戶要求它們做的事情。
⑥存儲、管理的對象有限。僅能存儲和管理數(shù)據(jù)，缺乏知識管理和對象管理的能力。
⑦事務(wù)處理能力較差。僅能支持非嵌套事務(wù)，對長事務(wù)的響應(yīng)較慢，且在事務(wù)發(fā)生故障時恢復(fù)比較困難。
有鑒于此，數(shù)據(jù)庫研究人員積極投入對第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究。
經(jīng)過大量的研究和討論，達成共識，第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特征為：
①支持數(shù)據(jù)管理、對象管理和知識管理；
②必須保持或繼承第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)；
③必須對其他系統(tǒng)開放（其開放性表現(xiàn)在支持數(shù)據(jù)庫語言標準，支持標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)具有良好的可移植性、可連接性、可擴展性和可互操作性)；
④數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合（如分布式數(shù)據(jù)庫與分布處理技術(shù)相結(jié)合，并行數(shù)據(jù)庫與并行處理相結(jié)合，多媒體數(shù)據(jù)庫與多媒體技術(shù)相結(jié)合等)。

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