中級通信工程師考試數據庫系統(tǒng)階段

1.數據庫系統(tǒng)階段
數據庫系統(tǒng)階段是指從20世紀60年代后期以來。數據管理技術進入數據庫系統(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，提出關系模型，奠定了關系數據庫的理論基礎。
特別是20世紀70年代以來，計算機應用范圍越來越廣泛，要求用計算機管理的數據量急劇增長，同時，多種應用、多種語言互相覆蓋地共享數據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，.出現了大容量磁盤等廉價的內、外存儲設備；
另一方面，軟件價格上升，軟件成本增加。為了解決多用戶、多應用共享數據的需求，使數據為盡可能多的應用服務，數據庫技術得到迅速的發(fā)展。數據庫系統(tǒng)管理數據具有如下特點。
(1)采用特定的數據模型，使數據結構化。
數據結構化是數據庫和文件系統(tǒng)的本質區(qū)別。在文件系統(tǒng)中，相互獨立的文件的記錄內部是有結構的，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，這種數據的獨立性只對一個應用而言，仍有局限性，不適應多用戶、多應用共享數據的需求。而數據庫系統(tǒng)為用戶提供一個數據的抽象視圖，它能隱藏數據的存儲結構和存取方法等細節(jié)，并通過數據模型作為實現數據抽象的主要工具，實現了整體數據的結構化，它要求在描述數據時不僅要描述數據本身，還要描述數據之間的聯(lián)系。
(2)數據的獨立性高。
數據庫系統(tǒng)提供了3級數據抽象（視圖級抽象、概念級抽象和物理級抽象）能力和3種數據庫模式（外模式、模式和內模式），實現了數據的物理獨立性和邏輯獨立性。數據與程序的相互獨立，使得可以把數據的定義和描述從應用程序中分離出去，而把數據的存取由數據庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一進行管理，用戶在應用程序中不用考慮存取路徑等細節(jié)，大大簡化了應用程序的編制及應用程序對數據的維護和修改。
(3)數據的共享性好，數據冗余度低。
數據庫系統(tǒng)允許多個用戶或多個應用程序同時訪問數據庫中的相同數據，數據不再面向某個應用，而是面向整個系統(tǒng)，從而支持了數據的共享，節(jié)省了存儲空間，大大減少了數據冗余，避免了數據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)或終端命令對數據庫進行訪問，也可以借助高級語言(如C語言、COBOL語言等）采用程序方式對數據庫進行操作。
　　(5)有統(tǒng)一的數據控制功能。
數據庫系統(tǒng)中的數據由數據庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，而且管理的是有結構的數據，因此在使用數據時可以有很靈活的方式。一個數據庫一般都要支持很多應用程序和用戶。不同的應用程序和不同的用戶對同一個數據庫可能有不同的理解，對同一數據庫的每一種理解稱為這個數據庫的一個視圖。一個視圖可以是一個數據庫子集合，也可以是多個數據庫的子集按照某種方式構成的虛擬數據庫。數據庫管理系統(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，它已從第一代的網狀、層次數據庫系統(tǒng)，第二代的關系數據庫系統(tǒng)，發(fā)展到第三代以面向對象模型為主要特征的數據庫系統(tǒng)。數據庫技術和網絡通信技術、人工智能技術、面向對象程序設計技術、并行計算技術等互相滲透，互相結合，成為當前數據庫技術發(fā)展的主要特征。數據模型是數據庫系統(tǒng)的核心和基礎。因此，數據庫發(fā)展階段的劃分應該以數據模型的進展作為主要依據和標志。{#page#}第一代數據庫系統(tǒng)--層次、網狀數據庫系統(tǒng)。代表是：
①1969年IBM公司研制的層次模型和數據庫管理系統(tǒng)IMS(InformationManagementSystem)；
②美國數據庫系統(tǒng)語言協(xié)會CODASYL下屬的數據庫任務組DBTG于20世紀60年代末70年代初提出基于網狀結構的方法，它是數據庫網狀模型的典型代表。
第二代數據庫系統(tǒng)--關系數據庫系統(tǒng)。1970年，IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.codd發(fā)表了“大型共享數據庫數據的關系模型”論文，提出了數據庫的關系模型，開創(chuàng)了數據庫關系方法和關系數據理論的研究，為關系數據庫技術奠定了理論基礎。其典型代表:
①IBMSanJose實驗室開發(fā)的SystemR;
②Berkeley加利福尼亞大學研制的INGRES。
第三代數據庫系統(tǒng)。從20世紀80年代以來，數據庫技術在商業(yè)領域的巨大成功刺激了其他領域對數據庫技術需求的迅速增長，但傳統(tǒng)數據庫系統(tǒng)的局限性難以滿足新應用的需求。
傳統(tǒng)數據庫系統(tǒng)的局限性主要表現在以下幾方面。
①面向機器的語法數據模型。傳統(tǒng)數據庫中采用的數據模型強調數據的高度結構化，只能存儲離散的數據和有限的數據與數據之間的關系，語義表示能力差。它無法表示客觀世界中結構復雜、相互聯(lián)系的語義也十分復雜的對象，從而限制了數據庫處理文本、超文本、圖形、圖像、CAD圖件、聲音等多種復雜對象及工程、地理、測繪等領域中的非格式化、非經典數據的能力。
②數據類型簡單、固定。
③結構與行為完全分離。傳統(tǒng)數據庫主關心數要據的獨立性及存取數據的效率，是語法數據庫，語義表達能力差，難以抽象化地去模擬行為。對象的結構表示可映射到數據庫模式,對象的行為特征最多只能由應用程序來表示。
④阻抗失配。它主要是指關系系統(tǒng)中，數據操縱語言和通用程序設計語言之間的失配。
⑤被動響應。僅能響應和重做用戶要求它們做的事情。
⑥存儲、管理的對象有限。僅能存儲和管理數據，缺乏知識管理和對象管理的能力。
⑦事務處理能力較差。僅能支持非嵌套事務，對長事務的響應較慢，且在事務發(fā)生故障時恢復比較困難。
有鑒于此，數據庫研究人員積極投入對第三代數據庫系統(tǒng)的研究。
經過大量的研究和討論，達成共識，第三代數據庫系統(tǒng)的基本特征為：
①支持數據管理、對象管理和知識管理；
②必須保持或繼承第二代數據庫系統(tǒng)的技術；
③必須對其他系統(tǒng)開放（其開放性表現在支持數據庫語言標準，支持標準網絡協(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數據庫技術與其他技術相結合（如分布式數據庫與分布處理技術相結合，并行數據庫與并行處理相結合，多媒體數據庫與多媒體技術相結合等)。

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