数据库技术发展趋势
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
43
4.13 查询优化 (Query Optimization)
研究领域
信息集成 半结构化查询语言 流处理器 传感器网络 ……
多个查询之间的查询优化问题
44
附录
与数据库技术相关的主要国际会议
1996：数据库系统的战略发展方向—冲破束缚 （Strategic Directions in Database Systems-Breaking Out of the Box） ACM Computing Surveys, 1996, 28(4):764~778
27
1998：Asilomar数据库研究报告（The Asilomar Report on Database Research） SIGMOD Record, 1998, 27(4):74~80
其它方面：
数字版权管理（知识产权）
41
4.11 新型用户界面 (New User Interface)
SQL Xquery 语义Web – 本体
42
4.12 一百年存储 (One-Hundred-Year Storage)
存储介质的过期、失效等 元数据在存储管理中的作用
多媒体数据库（多媒体处理技术+数据库技 术）
实现对格式化和非格式化的多媒体数据的存储、 管理和查询。
11
主动数据库（人工智能技术+数据库技术）
要求数据库反映能力上具有主动性、快速性和 智能化的特点。
如在传统数据库中嵌入ECA（事件-条件-动作） 规则，提供对紧急情况及时反映的能力。
6
数据库技术的发展历史
文件系统
层次数据库系统 网状数据库系统 关系数据库系统
面向对象 工程 图形 数据库 数据库 数据库
图像 数据库
统计 并行 数 分布式 数据库 据库 数据库
知识库
面向对象数据库
关系数据库扩充
对象关系数据库
数据 Web 嵌入式 安全 仓库 数据库 与移动 数据库
数据库
数据库系统发展简图
八十年代中期至今 – 先进的数据库系统
高级数据模型：扩充关系，OO，对象关系 面向应用研究：空间，时间，多媒体，主动，科
学，知识库
八十年代后期至今 – 数据仓库和数据挖掘
DW，OLAP，DM，KDD
九十年代至今 – 基于Web的数据库系统
基于XML的数据库系统，Web挖掘
9
数据库新技术应用
分布式数据库（分布处理技术+数据库技 术）
是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数 据库的集合。
具有数据的物理分布性、数据的逻辑整体性、 数据的分布透明性、场地自治和协调、数据 的冗余及冗余透明性等特点。
10
并行数据库（并行处理技术+数据库技术）
利用多处理器平台的能力，通过多种并行性， 提供优化的响应时间与事务吞吐量。
35
4.5 不确定数据推理 (Reasoning about Uncertain Data)
现有的DBMS不能操作模型数据或不确定的数据 而实际应用中需要有对不确定数据的处理功能，
如：科学的测量方法允许有误差，移动对象的位 置不确定性等 所需要的处理功能
必须追踪数据的‘来源’，并跟踪后续的处理工作 查询操作必须从一个确定性模型转变到一个随机模型 提供模糊查询，并描述答案的准确程度
知识库
7
各个阶段数据库技术的主要研究成果
六十年代及之前 – 文件处理阶段 七十年代 – DBMS
层次和网状数据库 关系数据库 数据建模工具 – ER模型等 查询语言 – SQL 查询优化，索引技术等 事务管理：并发控制和恢复 OLTP
8
各个阶段数据库技术的主要研究成果
统计数据库
是一种用来对统计数据进行存储、统计、分析的数 据库。
16
数据库技术发展趋势
开展新的数据库技术研究的必然性
传统数据库技术的局限性 新的应用领域、技术趋势、相关领域的协作
等的推动
17
传统数据库技术的局限性
面向机器的语法数据模型
高度结构化 数据库的内部结构与其外部对象之间不是一一对应的
下一代数据库技术发展趋势
新的应用领域、技术趋势、相关领域的协作等 是推动数据库技术继续发展的外部动因。它们 包括：
❖ 信息特性和来源的变化
Internet、Web、科技、电子商务 廉价的微型传感器技术
20
新的应用领域
跨企业间的Internet应用
需要对安全和信息集成有更有力的保障
数据类型简单、固定 结构与行为分离 阻抗失配
程序设计语言与SQL语言不一致（编程方式与类型系统 不一致）
18
被动响应 存储管理的对象有限
只能管理数据，不能管理知识与对象 只能查询，不能演绎和推理
事务处理能力较差
只支持非嵌套短事务，不能支持长事务和嵌套事务
19
科学研究领域
物理、生物、生命科学和工程学等 大量复杂的数据：包括对操作过程中所产生的中间
数据产品的管理 信息集成机制：与广域数据网格的集成
21
传统DBMS课题的主要变化
数据模型 存取方法 查询处理算法 并发控制 恢复 查询语言 用户操作界面 ……
置数据的数据库系统结合起来，自行调节数据库。
如：动态资源分配，物理结构选择，实例化视图的选 择等
39
4.9 私密性 (Privacy)
与数据安全性研究的关系 以支持在第三方所拥有的信息资源上进行决
策和控制
40
4.10 可信系统 (Trustworthy Systems)
保证
数据存储的安全性 防止未授权的访问 防止数据丢失 确保授权用户能够访问数据 ……
将数据挖掘和查询、优化、触发器等数据库功能 的集成
在相关课程中应包括更多的关于正确使用数据挖 掘工具的内容
38
4.8 自适应 (Self Adaptation)
现有的问题
缺乏合适的DBA
研发数据库管理的简化方案
DBMS提供‘调节按钮’ 将一个基于规则的系统和一个拥有调节设置和配
第七章 数据库技术发展趋势
提纲
数据库技术概要 数据库技术研究内容 数据库技术的发展历史 数据库技术发展趋势
2
数据库技术
数据库是计算机科学技术中发展最快，应 用最广泛的重要分支之一，它已成为计算 机信息系统和计算机应用系统的重要技术 基础和支拄。
数据库技术的研究目标
实现数据的高度共享 支持用户的日常业务处理和辅助决策
24
数据库技术研究现状
事实上每隔几年，国际上一些资深的数 据库专家就会聚集一堂，探讨数据库研 究现状、存在的问题和未来需要关注的 新的技术焦点。分别在1989，1990， 1995，1996，1998 和2003年举办过六 届。
25
1989：DBMS未来的研究方向（Future Directions in DBMS Research-The Laguna Beach Participants） SIGMOD Record, 1989, 18(1):17~26
从性能方面考虑，需要将计算任务分布到每个设 备上
查询的执行要能够适应随时迅速变化的网络 传感器数据的纠错（依赖于附近的其它传感器）
和演绎（从低级别的信息来推断出高级别的信息）
34
4.4 多媒体查询 (Mutimedia Queries)
研究一种简单的用于分析、描述和搜索个人 多媒体信息的“电子鞋盒”的方法
1 9 9 0 ： 数 据 库 系 统 ： 成 就 和 机 遇 （ Database Systems: Achievements and Opportunities） CACM, 1991, 34(10):110~120
26
1995：数据库研究：成就和21世纪的机遇 （ Database Research; Achievements and Opportunities into the 21st Century） SIGMOD Record, 1996, 25(1):52~63
30
新DBMS架构的特性
结构化数据 文本、空间、时间、图像和多媒体数据 程序数据：数据类型和处理这些数据的方法 触发器 数据流和队列
建议
建立新的DBMS架构 不能在已有的架构上进行扩展，如：对SQL，
XML Schema或者Xquery等的扩展
31
4.2 信息融合 (Information Fusion)
36
4.6 个性化 (Personalization)
查询的结果应该基于提出查询的个人信息 为某个目的而得到的多源数据，应能够根据
其他目标而进行重组
个性化和不确定性的应用，用户需要检查答 案的正确性（或准确度）
37
4.7 数据挖掘 (Data Mining)
现有的挑战
只在后台运行的挖掘算法，它们只占用系统多余 的资源
29
4.1 文本、数据、代码和数据流的集成
(Integration of Text, Data, Code and Stream) 现有的解决方法
扩充复杂数据类型及其处理函数（OO以及O-R 数据库）
触发器
新的应用需求：数据流
微型传感器的出现及其应用 科学研究数据的组织与分析 分布网格计算环境
22
驱动数据库研究的另一个原因
数据库相关技术的成熟
数据挖掘技术 Web搜索引擎 人工智能技术
能够处理类似语音、自然语言、不确定性推理、机器学习 等问题
23
上述问题的解决需要一个全新的信息管理 架构，下面是有关这一新的基础架构的不 同组成部分的讨论，也可以看成是国际数 据库界对新一代数据库技术研究发展方向 的展望和希冀。
14
地理数据库（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；
15
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。
主要适用于CAD/CAM、计算机集成制造（CIM）等 通称为CAx的工程应用领域。
Web查询不需要有精确答案，只要有一个大概的 查询结果集合
考虑到跨企业集成的安全性问题，只展示最少的 信息，来提供给查询必要的答案
需要将信息集成和跨多个数据源的监控系统相结 合
33
4.3 传感器数据和传感器网络 (Sensor Data and Sensor Networks)
在传感器网络中，每个设备都是一个数据源， 用来测量一些重要的数据，因而出现了新的 数据管理需求
28
2003年的聚会于5月初在Lowell, Mass举行， 共有25位国际资深数据库学者参加。他们 来自不同国家和地区，有着不同的研究兴 趣。集中讨论了信息存储、组织、管理和 访问等问题。
下面的内容摘自本次数据库特别研讨会的报告 http://research.microsoft.com/~gray/lowell/.
现有数据仓库的解决方法
抽取操作型数据，将抽取结果转换成一个公共模 式，然后将抽取的数据载入数据仓库供后续查询。
新的应用需求
跨企业的实时数据抽取 传感器网络和新的科学计算数据的要求能及时完
成数以百万计的信息源的集成
32
早期的联邦数据库主要解决数据集成中的语 义异构问题
Web信息集成当前所面临的困难和问题
3
数据库的管理对象
信息（数据）
整数、浮点数、字符串、日期等
非结构化的复杂数据
XML，Web，地理空间信息，多媒体信息等
程序（code）
数据库技术的研究内容
信息wk.baidu.com存储、组织、管理和访问技术
4
数据库技术研究的主要内容
数据模型 应用领域 其他计算机技术
5
数据库技术研究的前进动力
12
对象-关系数据库（关系数据库+面向对象数 据库）
兼有关系数据库和面向对象的数据库两方面的 特征；
面向对象特征
继承 复合（引用）
13
数据仓库（DW）
是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的 数据集合。
传统数据库主要支持联机事物处理（OLTP） 应用，而数据仓库可支持联机分析处理 （OLAP）应用，面向DSS（决策支持系统） 应用领域。
4.13 查询优化 (Query Optimization)
研究领域
信息集成 半结构化查询语言 流处理器 传感器网络 ……
多个查询之间的查询优化问题
44
附录
与数据库技术相关的主要国际会议
1996：数据库系统的战略发展方向—冲破束缚 （Strategic Directions in Database Systems-Breaking Out of the Box） ACM Computing Surveys, 1996, 28(4):764~778
27
1998：Asilomar数据库研究报告（The Asilomar Report on Database Research） SIGMOD Record, 1998, 27(4):74~80
其它方面：
数字版权管理（知识产权）
41
4.11 新型用户界面 (New User Interface)
SQL Xquery 语义Web – 本体
42
4.12 一百年存储 (One-Hundred-Year Storage)
存储介质的过期、失效等 元数据在存储管理中的作用
多媒体数据库（多媒体处理技术+数据库技 术）
实现对格式化和非格式化的多媒体数据的存储、 管理和查询。
11
主动数据库（人工智能技术+数据库技术）
要求数据库反映能力上具有主动性、快速性和 智能化的特点。
如在传统数据库中嵌入ECA（事件-条件-动作） 规则，提供对紧急情况及时反映的能力。
6
数据库技术的发展历史
文件系统
层次数据库系统 网状数据库系统 关系数据库系统
面向对象 工程 图形 数据库 数据库 数据库
图像 数据库
统计 并行 数 分布式 数据库 据库 数据库
知识库
面向对象数据库
关系数据库扩充
对象关系数据库
数据 Web 嵌入式 安全 仓库 数据库 与移动 数据库
数据库
数据库系统发展简图
八十年代中期至今 – 先进的数据库系统
高级数据模型：扩充关系，OO，对象关系 面向应用研究：空间，时间，多媒体，主动，科
学，知识库
八十年代后期至今 – 数据仓库和数据挖掘
DW，OLAP，DM，KDD
九十年代至今 – 基于Web的数据库系统
基于XML的数据库系统，Web挖掘
9
数据库新技术应用
分布式数据库（分布处理技术+数据库技 术）
是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数 据库的集合。
具有数据的物理分布性、数据的逻辑整体性、 数据的分布透明性、场地自治和协调、数据 的冗余及冗余透明性等特点。
10
并行数据库（并行处理技术+数据库技术）
利用多处理器平台的能力，通过多种并行性， 提供优化的响应时间与事务吞吐量。
35
4.5 不确定数据推理 (Reasoning about Uncertain Data)
现有的DBMS不能操作模型数据或不确定的数据 而实际应用中需要有对不确定数据的处理功能，
如：科学的测量方法允许有误差，移动对象的位 置不确定性等 所需要的处理功能
必须追踪数据的‘来源’，并跟踪后续的处理工作 查询操作必须从一个确定性模型转变到一个随机模型 提供模糊查询，并描述答案的准确程度
知识库
7
各个阶段数据库技术的主要研究成果
六十年代及之前 – 文件处理阶段 七十年代 – DBMS
层次和网状数据库 关系数据库 数据建模工具 – ER模型等 查询语言 – SQL 查询优化，索引技术等 事务管理：并发控制和恢复 OLTP
8
各个阶段数据库技术的主要研究成果
统计数据库
是一种用来对统计数据进行存储、统计、分析的数 据库。
16
数据库技术发展趋势
开展新的数据库技术研究的必然性
传统数据库技术的局限性 新的应用领域、技术趋势、相关领域的协作
等的推动
17
传统数据库技术的局限性
面向机器的语法数据模型
高度结构化 数据库的内部结构与其外部对象之间不是一一对应的
下一代数据库技术发展趋势
新的应用领域、技术趋势、相关领域的协作等 是推动数据库技术继续发展的外部动因。它们 包括：
❖ 信息特性和来源的变化
Internet、Web、科技、电子商务 廉价的微型传感器技术
20
新的应用领域
跨企业间的Internet应用
需要对安全和信息集成有更有力的保障
数据类型简单、固定 结构与行为分离 阻抗失配
程序设计语言与SQL语言不一致（编程方式与类型系统 不一致）
18
被动响应 存储管理的对象有限
只能管理数据，不能管理知识与对象 只能查询，不能演绎和推理
事务处理能力较差
只支持非嵌套短事务，不能支持长事务和嵌套事务
19
科学研究领域
物理、生物、生命科学和工程学等 大量复杂的数据：包括对操作过程中所产生的中间
数据产品的管理 信息集成机制：与广域数据网格的集成
21
传统DBMS课题的主要变化
数据模型 存取方法 查询处理算法 并发控制 恢复 查询语言 用户操作界面 ……
置数据的数据库系统结合起来，自行调节数据库。
如：动态资源分配，物理结构选择，实例化视图的选 择等
39
4.9 私密性 (Privacy)
与数据安全性研究的关系 以支持在第三方所拥有的信息资源上进行决
策和控制
40
4.10 可信系统 (Trustworthy Systems)
保证
数据存储的安全性 防止未授权的访问 防止数据丢失 确保授权用户能够访问数据 ……
将数据挖掘和查询、优化、触发器等数据库功能 的集成
在相关课程中应包括更多的关于正确使用数据挖 掘工具的内容
38
4.8 自适应 (Self Adaptation)
现有的问题
缺乏合适的DBA
研发数据库管理的简化方案
DBMS提供‘调节按钮’ 将一个基于规则的系统和一个拥有调节设置和配
第七章 数据库技术发展趋势
提纲
数据库技术概要 数据库技术研究内容 数据库技术的发展历史 数据库技术发展趋势
2
数据库技术
数据库是计算机科学技术中发展最快，应 用最广泛的重要分支之一，它已成为计算 机信息系统和计算机应用系统的重要技术 基础和支拄。
数据库技术的研究目标
实现数据的高度共享 支持用户的日常业务处理和辅助决策
24
数据库技术研究现状
事实上每隔几年，国际上一些资深的数 据库专家就会聚集一堂，探讨数据库研 究现状、存在的问题和未来需要关注的 新的技术焦点。分别在1989，1990， 1995，1996，1998 和2003年举办过六 届。
25
1989：DBMS未来的研究方向（Future Directions in DBMS Research-The Laguna Beach Participants） SIGMOD Record, 1989, 18(1):17~26
从性能方面考虑，需要将计算任务分布到每个设 备上
查询的执行要能够适应随时迅速变化的网络 传感器数据的纠错（依赖于附近的其它传感器）
和演绎（从低级别的信息来推断出高级别的信息）
34
4.4 多媒体查询 (Mutimedia Queries)
研究一种简单的用于分析、描述和搜索个人 多媒体信息的“电子鞋盒”的方法
1 9 9 0 ： 数 据 库 系 统 ： 成 就 和 机 遇 （ Database Systems: Achievements and Opportunities） CACM, 1991, 34(10):110~120
26
1995：数据库研究：成就和21世纪的机遇 （ Database Research; Achievements and Opportunities into the 21st Century） SIGMOD Record, 1996, 25(1):52~63
30
新DBMS架构的特性
结构化数据 文本、空间、时间、图像和多媒体数据 程序数据：数据类型和处理这些数据的方法 触发器 数据流和队列
建议
建立新的DBMS架构 不能在已有的架构上进行扩展，如：对SQL，
XML Schema或者Xquery等的扩展
31
4.2 信息融合 (Information Fusion)
36
4.6 个性化 (Personalization)
查询的结果应该基于提出查询的个人信息 为某个目的而得到的多源数据，应能够根据
其他目标而进行重组
个性化和不确定性的应用，用户需要检查答 案的正确性（或准确度）
37
4.7 数据挖掘 (Data Mining)
现有的挑战
只在后台运行的挖掘算法，它们只占用系统多余 的资源
29
4.1 文本、数据、代码和数据流的集成
(Integration of Text, Data, Code and Stream) 现有的解决方法
扩充复杂数据类型及其处理函数（OO以及O-R 数据库）
触发器
新的应用需求：数据流
微型传感器的出现及其应用 科学研究数据的组织与分析 分布网格计算环境
22
驱动数据库研究的另一个原因
数据库相关技术的成熟
数据挖掘技术 Web搜索引擎 人工智能技术
能够处理类似语音、自然语言、不确定性推理、机器学习 等问题
23
上述问题的解决需要一个全新的信息管理 架构，下面是有关这一新的基础架构的不 同组成部分的讨论，也可以看成是国际数 据库界对新一代数据库技术研究发展方向 的展望和希冀。
14
地理数据库（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；
15
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。
主要适用于CAD/CAM、计算机集成制造（CIM）等 通称为CAx的工程应用领域。
Web查询不需要有精确答案，只要有一个大概的 查询结果集合
考虑到跨企业集成的安全性问题，只展示最少的 信息，来提供给查询必要的答案
需要将信息集成和跨多个数据源的监控系统相结 合
33
4.3 传感器数据和传感器网络 (Sensor Data and Sensor Networks)
在传感器网络中，每个设备都是一个数据源， 用来测量一些重要的数据，因而出现了新的 数据管理需求
28
2003年的聚会于5月初在Lowell, Mass举行， 共有25位国际资深数据库学者参加。他们 来自不同国家和地区，有着不同的研究兴 趣。集中讨论了信息存储、组织、管理和 访问等问题。
下面的内容摘自本次数据库特别研讨会的报告 http://research.microsoft.com/~gray/lowell/.
现有数据仓库的解决方法
抽取操作型数据，将抽取结果转换成一个公共模 式，然后将抽取的数据载入数据仓库供后续查询。
新的应用需求
跨企业的实时数据抽取 传感器网络和新的科学计算数据的要求能及时完
成数以百万计的信息源的集成
32
早期的联邦数据库主要解决数据集成中的语 义异构问题
Web信息集成当前所面临的困难和问题
3
数据库的管理对象
信息（数据）
整数、浮点数、字符串、日期等
非结构化的复杂数据
XML，Web，地理空间信息，多媒体信息等
程序（code）
数据库技术的研究内容
信息wk.baidu.com存储、组织、管理和访问技术
4
数据库技术研究的主要内容
数据模型 应用领域 其他计算机技术
5
数据库技术研究的前进动力
12
对象-关系数据库（关系数据库+面向对象数 据库）
兼有关系数据库和面向对象的数据库两方面的 特征；
面向对象特征
继承 复合（引用）
13
数据仓库（DW）
是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的 数据集合。
传统数据库主要支持联机事物处理（OLTP） 应用，而数据仓库可支持联机分析处理 （OLAP）应用，面向DSS（决策支持系统） 应用领域。