13章-数据库技术发展概述-数据库系统概论(第五版)
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An Introduction to Database System
1.面向对象数据模型
❖ 发展现状
面向对象数据库(OODB)的研究始Fra Baidu bibliotek20世纪80年代，有许多面向 对象数据库产品相继问世，较著名的有Object Store、02、 ONTOS等。
➢ 与传统数据库一样，对数据的操纵包括数据查询、增加、删除、修改 等，也具有并发控制、故障恢复、存储管理等完整的功能。
空间数据库等 ……
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
❖ 1990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：
1. 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，应支持更加丰富的对象结构和 规则，应集数据管理、对象管理和知识管理为一体。
➢ 典型代表
– IBM San Jose研究室开发的 System R – Berkeley大学研制的INGRES
➢ 攻克了系统实现中查询优化、事务 管理、并发控制、故障恢复等一 系列关键技术。
➢ 大大丰富了数据库管理系统实现技术和数据库理论，促进了数据库的 产业化。
An Introduction to Database System
第一代的网状、层次数据库系统 第二代的关系数据库系统 新一代数据库大家族
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
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
操作性等。
An Introduction to Database System
第十三章 数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势 13.5 小结
An Introduction to Database System
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，是网状模型数据库系统的典型代表。
An Introduction to Database System
第一代数据库系统 (续1)
❖ 层次数据库系统与网状数据库系统的共同特点：
➢ 不仅能支持传统数据库应用，也能支持非传统领域的应用，包括 CAD/CAM、OA、CIMS、GIS以及图形、图像等多媒体领域、工程 领域和数据集成等领域。
由于面向对象数据库操作语言过于复杂，没有得到广大用户，特 别是开发人员的认可，加上面向对象数据库企图完全替代关系数 据库管理系统的思路，增加了企业系统升级的负担，客户不接受 ，面向对象数据库产品终究没有在市场上获得成功。
➢ 优点是按照预设的路径存取数据，效率高；缺点是编程繁琐，应用程 序的可移植性较差，数据的逻辑独立性也较差。
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
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
13.1数据库技术发展历史回顾
❖ 数据库技术产生于20世纪60年代中期 ❖ 造就了 C.W. Bachman、E. F. Codd、James Gray、Michael
Stonebraker四位图灵奖得主
发展了以数据建模和数据库管理系统核心技术（如物理和逻辑独立性、描述性查 询和基于代价的优化等）为主，内容丰富的一门学科，带动了一个巨大的软件产 业。
数据库语言非过程化和标准化等特色。
An Introduction to Database System
第二代数据库系统(续1)
❖ 这一时期的主要成果
1.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
2.研究了关系数据语言，包括关系代数、关系演算、SQL及QBE 等 。确立了SQL 为关系数据库语言标准。
13.2.1 第一代数据库系统
❖ 第一代数据库系统指层次和网状数据库系统
层次模型和网状模型都是格式化模型。它们从体系结构、数据库 语言到数据存储管理均具有共同特征
❖ 代表系统：
IMS（Information Management System） ➢ 1969年，IBM公司研制，层次模型的数据库管理系统
第一代数据库系统 (续2)
❖ 层次数据库系统与网状数据库系统的共同特点：
3. 独立的数据定义语言
➢ 层次和网状数据库系统有独立的数据定义语言，用以描述数据库的三 级模式以及相互映像。
➢ 模式一经定义，就很难修改。
4. 导航的数据操纵语言
➢ 层次和网状数据库的数据查询和数据操纵语言是一次一个记录的导航 式的过程化语言。通常嵌入某一种高级语言，如COBOL、 FORTRAN、PL/1、C语言中。
第十三章 数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势 13.5 小结
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
❖ 数据模型是数据库系统的核心和基础。依据数据 模型的进展，数据库技术可以相应地分为三个发 展阶段。
An Introduction to Database System
13.2.2 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发表论文，提 出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研 究，为关系数据库技术奠定理论基础。
A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks 《大型共享数据库数据的关系模型》 20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代。 第二代关系数据库系统具有模型简单清晰、理论基础好、数据独立性强、
❖ 简单介绍当前大数据时代数据管理技术遇到的挑 战以及数据管理新技术的发展与展望。
An Introduction to Database System
数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势
❖ 新一代数据库系统以更丰富多样的数据模型和数据管理功能为特征， 满足广泛复杂的新应用的要求。
❖ 当今数据库系统的大家族包括：
基于面向对象模型、基于对象关系(OR)数据模型 分布式、客户机-服务器体系结构，混合式体系结构 在SMP或MPP并行机上运行的并行数据库系统 应用于某一领域（如工程、统计、地理信息系统）的工程数据库、统计数据库、
An Introduction to Database System
1.面向对象数据模型
❖ 定义
将语义数据模型和面向对象程序设计方法结合起来，用面向对象观点来描述 现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型。
❖ 核心概念
(1)现实世界中的任何事物都被建模为对象。每个对象具有一个唯一的对象标 识 (OID)。
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
❖ 数据库的发展集中表现在数据模型的发展上
层次、网状再到关系，随着数据库应用领域的扩展以及数据对象 的多样化，传统的关系数据模型开始暴露出许多弱点。
❖ 当今数据库系统是一个大家族，数据模型丰富多样，新技术内容层出不穷， 应用领域广泛深入。当读者步入数据库领域时，面对众多复杂的数据库技术 和系统难免产生迷惑和混乱。
❖ 下图通过一个三维视图从数据模型、相关技术、应用领域三个方面描述了数 据库系统的发展历史、特点和相互关系。
An Introduction to Database System
独立性
这不仅能很好的支持对象管理和规则管理，而且能更 好地支持原有的数据管理，支持多数用户需要的即席 查询等。
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
3. 必须对其他系统开放
➢支持数据库语言标准； ➢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
➢ 没有一个统一的关系模型，不管支持何种复杂的、非传统的数 据模型，它都应该具有面向对象模型的基本特征。
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
2. 必须保持或继承第二代数据库系统的技术
➢应继承第二代数据库系统已有的技术； ➢保持第二代数据库系统的非过程化数据存取方式和数据
➢ 由于不同数据库都使用SQL作为共同的数据语言和标准接口，使不同 数据库系统之间的互操作有了共同的基础，为数据库的产业化和广泛 应用打下基础。
An Introduction to Database System
第二代数据库系统(续2)
❖ 这一时期的主要成果
3. 研制了大量的关系数据库管理系统原型
1.支持三级模式（外模式、模式、内模式）的体系结构。
➢ 模式之间具有转换（或称为映射）功能
2. 用存取路径来表示数据之间的联系
➢ 这是数据库系统和文件系统的主要区别之一。 ➢ 数据库不仅存储数据，而且存储数据之间的联系。 ➢ 数据之间的联系在层次和网状数据库系统中都是用存取路径来表示和
实现的。
An Introduction to Database System
(2)对象是其状态和行为的封装，其中状态是对象属性值的集合，行为是变更 对象状态的方法集合。
(3)具有相同属性和方法的对象的全体构成了类，类中的对象称为类的实例。 (4)类的属性的定义域也可以是类，从而构成了类的复合。类具有继承性，一
个类可以继承另一个类的属性与方法，被继承类和继承类也称为超类和子类 。类与类之间的复合与继承关系形成了一个有向无环图，称为类层次。 (5)对象是被封装起来的，它的状态和行为在对象外部不可见，从外部只能通 过对象显式定义的消息传递对对象进行操作。
这些技术的进步使第一代智能应用成为可能，并为现在的大数据管理和分析奠定 了基础。
❖ 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，它已成为计算机信息系统与智能应用系统的核心技术和 重要基础。
An Introduction to Database System
13.1数据库技术发展历史回顾
数据库技术发展概述
曲阜师范大学传媒学院
An Introduction to Database System
内容简介
❖ 以数据模型、数据库应用、数据库管理系统开发 技术三个方面为主线概述数据库的发展历程，展 示数据库在理论、应用、系统开发等研究和应用 领域的主要内容与成就。
其目的在于提供一个宏观、总体的视图，使读者了解 数据库技术的发展过程，了解数据库分支的基本内容 以及这些分支之间的相互联系。
13.2 数据库发展的三个阶段
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
❖ 第一、二代数据库系统的数据模型虽然描述了现实世界数据的结构和 一些重要的相互联系，但是仍不能捕捉和表达数据对象所具有的丰富 而重要的语义。
➢ 对复杂对象的表示能力较差，语义表达能力较弱，缺乏灵活丰富的建 模能力
➢ 对文本、时间、空间、声音、图像和视频等数据类型的处理能力差等。
目前，人们提出并发展了许多新的数据模型。
An Introduction to Database System
关系模型之后几种重要的数据模型
❖ 1.面向对象数据模型 ❖ 2. XML数据模型 ❖ 3. RDF数据模型
1.面向对象数据模型
❖ 发展现状
面向对象数据库(OODB)的研究始Fra Baidu bibliotek20世纪80年代，有许多面向 对象数据库产品相继问世，较著名的有Object Store、02、 ONTOS等。
➢ 与传统数据库一样，对数据的操纵包括数据查询、增加、删除、修改 等，也具有并发控制、故障恢复、存储管理等完整的功能。
空间数据库等 ……
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
❖ 1990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：
1. 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，应支持更加丰富的对象结构和 规则，应集数据管理、对象管理和知识管理为一体。
➢ 典型代表
– IBM San Jose研究室开发的 System R – Berkeley大学研制的INGRES
➢ 攻克了系统实现中查询优化、事务 管理、并发控制、故障恢复等一 系列关键技术。
➢ 大大丰富了数据库管理系统实现技术和数据库理论，促进了数据库的 产业化。
An Introduction to Database System
第一代的网状、层次数据库系统 第二代的关系数据库系统 新一代数据库大家族
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
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
操作性等。
An Introduction to Database System
第十三章 数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势 13.5 小结
An Introduction to Database System
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，是网状模型数据库系统的典型代表。
An Introduction to Database System
第一代数据库系统 (续1)
❖ 层次数据库系统与网状数据库系统的共同特点：
➢ 不仅能支持传统数据库应用，也能支持非传统领域的应用，包括 CAD/CAM、OA、CIMS、GIS以及图形、图像等多媒体领域、工程 领域和数据集成等领域。
由于面向对象数据库操作语言过于复杂，没有得到广大用户，特 别是开发人员的认可，加上面向对象数据库企图完全替代关系数 据库管理系统的思路，增加了企业系统升级的负担，客户不接受 ，面向对象数据库产品终究没有在市场上获得成功。
➢ 优点是按照预设的路径存取数据，效率高；缺点是编程繁琐，应用程 序的可移植性较差，数据的逻辑独立性也较差。
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
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
13.1数据库技术发展历史回顾
❖ 数据库技术产生于20世纪60年代中期 ❖ 造就了 C.W. Bachman、E. F. Codd、James Gray、Michael
Stonebraker四位图灵奖得主
发展了以数据建模和数据库管理系统核心技术（如物理和逻辑独立性、描述性查 询和基于代价的优化等）为主，内容丰富的一门学科，带动了一个巨大的软件产 业。
数据库语言非过程化和标准化等特色。
An Introduction to Database System
第二代数据库系统(续1)
❖ 这一时期的主要成果
1.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
2.研究了关系数据语言，包括关系代数、关系演算、SQL及QBE 等 。确立了SQL 为关系数据库语言标准。
13.2.1 第一代数据库系统
❖ 第一代数据库系统指层次和网状数据库系统
层次模型和网状模型都是格式化模型。它们从体系结构、数据库 语言到数据存储管理均具有共同特征
❖ 代表系统：
IMS（Information Management System） ➢ 1969年，IBM公司研制，层次模型的数据库管理系统
第一代数据库系统 (续2)
❖ 层次数据库系统与网状数据库系统的共同特点：
3. 独立的数据定义语言
➢ 层次和网状数据库系统有独立的数据定义语言，用以描述数据库的三 级模式以及相互映像。
➢ 模式一经定义，就很难修改。
4. 导航的数据操纵语言
➢ 层次和网状数据库的数据查询和数据操纵语言是一次一个记录的导航 式的过程化语言。通常嵌入某一种高级语言，如COBOL、 FORTRAN、PL/1、C语言中。
第十三章 数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势 13.5 小结
An Introduction to Database System
13.2 数据库发展的三个阶段
❖ 数据模型是数据库系统的核心和基础。依据数据 模型的进展，数据库技术可以相应地分为三个发 展阶段。
An Introduction to Database System
13.2.2 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发表论文，提 出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研 究，为关系数据库技术奠定理论基础。
A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks 《大型共享数据库数据的关系模型》 20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代。 第二代关系数据库系统具有模型简单清晰、理论基础好、数据独立性强、
❖ 简单介绍当前大数据时代数据管理技术遇到的挑 战以及数据管理新技术的发展与展望。
An Introduction to Database System
数据库技术发展概述
13.1 数据库技术发展历史回顾 13.2 数据库发展的三个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据管理技术的发展趋势
❖ 新一代数据库系统以更丰富多样的数据模型和数据管理功能为特征， 满足广泛复杂的新应用的要求。
❖ 当今数据库系统的大家族包括：
基于面向对象模型、基于对象关系(OR)数据模型 分布式、客户机-服务器体系结构，混合式体系结构 在SMP或MPP并行机上运行的并行数据库系统 应用于某一领域（如工程、统计、地理信息系统）的工程数据库、统计数据库、
An Introduction to Database System
1.面向对象数据模型
❖ 定义
将语义数据模型和面向对象程序设计方法结合起来，用面向对象观点来描述 现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型。
❖ 核心概念
(1)现实世界中的任何事物都被建模为对象。每个对象具有一个唯一的对象标 识 (OID)。
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
❖ 数据库的发展集中表现在数据模型的发展上
层次、网状再到关系，随着数据库应用领域的扩展以及数据对象 的多样化，传统的关系数据模型开始暴露出许多弱点。
❖ 当今数据库系统是一个大家族，数据模型丰富多样，新技术内容层出不穷， 应用领域广泛深入。当读者步入数据库领域时，面对众多复杂的数据库技术 和系统难免产生迷惑和混乱。
❖ 下图通过一个三维视图从数据模型、相关技术、应用领域三个方面描述了数 据库系统的发展历史、特点和相互关系。
An Introduction to Database System
独立性
这不仅能很好的支持对象管理和规则管理，而且能更 好地支持原有的数据管理，支持多数用户需要的即席 查询等。
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
3. 必须对其他系统开放
➢支持数据库语言标准； ➢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
➢ 没有一个统一的关系模型，不管支持何种复杂的、非传统的数 据模型，它都应该具有面向对象模型的基本特征。
An Introduction to Database System
第三代DBMS的基本特征
2. 必须保持或继承第二代数据库系统的技术
➢应继承第二代数据库系统已有的技术； ➢保持第二代数据库系统的非过程化数据存取方式和数据
➢ 由于不同数据库都使用SQL作为共同的数据语言和标准接口，使不同 数据库系统之间的互操作有了共同的基础，为数据库的产业化和广泛 应用打下基础。
An Introduction to Database System
第二代数据库系统(续2)
❖ 这一时期的主要成果
3. 研制了大量的关系数据库管理系统原型
1.支持三级模式（外模式、模式、内模式）的体系结构。
➢ 模式之间具有转换（或称为映射）功能
2. 用存取路径来表示数据之间的联系
➢ 这是数据库系统和文件系统的主要区别之一。 ➢ 数据库不仅存储数据，而且存储数据之间的联系。 ➢ 数据之间的联系在层次和网状数据库系统中都是用存取路径来表示和
实现的。
An Introduction to Database System
(2)对象是其状态和行为的封装，其中状态是对象属性值的集合，行为是变更 对象状态的方法集合。
(3)具有相同属性和方法的对象的全体构成了类，类中的对象称为类的实例。 (4)类的属性的定义域也可以是类，从而构成了类的复合。类具有继承性，一
个类可以继承另一个类的属性与方法，被继承类和继承类也称为超类和子类 。类与类之间的复合与继承关系形成了一个有向无环图，称为类层次。 (5)对象是被封装起来的，它的状态和行为在对象外部不可见，从外部只能通 过对象显式定义的消息传递对对象进行操作。
这些技术的进步使第一代智能应用成为可能，并为现在的大数据管理和分析奠定 了基础。
❖ 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，它已成为计算机信息系统与智能应用系统的核心技术和 重要基础。
An Introduction to Database System
13.1数据库技术发展历史回顾
数据库技术发展概述
曲阜师范大学传媒学院
An Introduction to Database System
内容简介
❖ 以数据模型、数据库应用、数据库管理系统开发 技术三个方面为主线概述数据库的发展历程，展 示数据库在理论、应用、系统开发等研究和应用 领域的主要内容与成就。
其目的在于提供一个宏观、总体的视图，使读者了解 数据库技术的发展过程，了解数据库分支的基本内容 以及这些分支之间的相互联系。
13.2 数据库发展的三个阶段
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
❖ 第一、二代数据库系统的数据模型虽然描述了现实世界数据的结构和 一些重要的相互联系，但是仍不能捕捉和表达数据对象所具有的丰富 而重要的语义。
➢ 对复杂对象的表示能力较差，语义表达能力较弱，缺乏灵活丰富的建 模能力
➢ 对文本、时间、空间、声音、图像和视频等数据类型的处理能力差等。
目前，人们提出并发展了许多新的数据模型。
An Introduction to Database System
关系模型之后几种重要的数据模型
❖ 1.面向对象数据模型 ❖ 2. XML数据模型 ❖ 3. RDF数据模型