1、杜小勇杜小勇 博士博士中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库管理系统及其应用数据库管理系统及其应用 中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院内容提要 数据库技术基本原理与发展回顾 数据库的发展历史 数据库的基本原理 数据库的发展现状 数据库技术新进展 国家863计划数据库重大专项介绍中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库技术发展历史回顾数据库技术发展历史回顾经历了经历了三代演变三代演变 层次层次/网状系统网状系统 关系系统关系系统 新一代数据库系统新一代数据库系统中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第一代：层次和网状数据库系统 层次数据库是数据库系统的先驱 1960年通用电
2、气研制了数据库管理系统IDS 1969年IBM公司研制的层次数据库管理系统IMS 网状数据库则是数据库概念、方法和技术的奠基 美国数据库系统语言协商会CODASYL在60年代末提出了DBTG报告中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第一代：层次和网状数据库系统一个重要的贡献就是提出数据库三级模式结构，从而实现了数据和程序的最大程度的分离外模式外模式外模式外模式外模式外模式应用应用1应用应用2应用应用3应用应用4应用应用5模式模式内模式内模式映 射映 射2映 射映 射1中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第一代：层次和网状数据库系统 其他特点：用存取路径来表示数据之间的联系 独立的数据定义
3、语言 导航的数据操纵语言，嵌入某一种高级语言如COBOL、FORTRAN、PL/1，应用程序的可移植性较差中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院 1960年为通用电气制造了世界上第一个数据库系统IDS 由于他在数据库方面的杰出成就1973获计算机科学界的最高奖图灵奖 1983年成立自己的公司 Bachman Information System代表人物：代表人物：C.W.BachmanC.W.Bachman中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第二代：关系数据库系统 1970年E.F.Codd 博士提出关系模型概念(CACM,Vol.13,No.6,1970)关系模型的特点 关系模型的概念
4、单一(全部概念可用关系来表示)以关系代数为基础，数据形式化基础好 数据独立性强，数据的物理存储和存取路径以及是否使用索引等对用户隐蔽 关系数据库语言是非过程化的中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第二代：关系数据库系统 提出了人们一致接受的关系模型规范说明，奠定了关系模型的理论基础 研究了关系代数、关系演算、QBE、SQL等多种关系数据库语言，为八十年代数据库语言的标准化打下了基础 研制了大量的RDBMS原型，攻克了系统实现中一系列关键技术，大大丰富了RDBMS实现技术和数据库理论，促进了RDBMS产品的蓬勃发展和广泛应用七十年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代，大量高层次的研究和开发
5、取得了一系列成果中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第二代:关系数据库系统System R系统 IBM San Jose研究所,在Codd博士领导下于1979年完成 1981年开始以SQL/DS之名在IBM370系列计算机上运行。现在的名字是 DB2关系型数据库，成为大型机上最具竞争力的关系数据库产品。中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第二代:关系数据库系统INGRES系统加州大学伯克利分校的M.Stonebraker教授领导的小组历时近十年开发完成。1973年3月1980年左右在大学研究所几经反复最后获得成功 DEC PDP11/40计算机 确立刚刚由贝尔实验室研制成功的Unix作
6、为操作系统,定义关系语言QUEL 以统一的查询修改技术实现安全机制、完整性控制机制和视图机制 提出事务概念、支持并发控制和恢复机制 1980年关系技术公司在大学附近成立中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第二代:关系数据库系统年代是关系数据库产品化时期,逐渐形成了多个世界级的数据库专业公司 ORACLE,1979年推出第一个商业化版本(v)关系技术公司,1980年推出INGRES商业版 IBM公司,1981年推出SQL/DS SYBASE公司 INFORMIX公司 其他中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院代表人物：E F.Codd博士 英国牛津大学数学专业理学士及硕士学位 美国密哲根大
7、学计算机和通讯专业博士学位 1949年入IBM公司,从事操作系统和自动机理论研究 60年代后期开始数据库研究,70年提出关系模型 1970年E.F.Codd 博士提出关系模型概念(CACM,Vol.13,Vol.6,1970)84年从IBM公司退休,成立关系研究所(公司),自任总经理,从事咨询等业务 据说:关系模型的名字来自于当时热门话题的“美中关系”(relations between USA and China)中的“relation(关系)”.中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院第三代:新一代数据库系统 80年代后期开始,在数据库界持续开展了新一代数据库系统大讨论 背景:关系理论与实
8、现技术已经非常成熟 新的应用需求不断提出,关系方法遇到挑战 面向对象方法的出现 在三个方向上探索新一代数据库系统 新数据模型 数据库技术与其他技术的结合 数据库与各种应用的结合中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院新数据模型 语义数据模型 对象模型 对象关系模型 半结构化模型 XML模型中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院与其它技术相结合的数据库 数据库技术与多门学科技术的有机结合数据库技术与多门学科技术的有机结合数据库技术数据库技术分布处理技术并行处理技术人工智能技术多媒体技术模糊处理技术分布式数据库并行数据库知识库、演绎数据库、主动数据库多媒体数据库模糊数据库.中国人民大学信息学院中
9、国人民大学信息学院面向应用领域的数据库新技术数据库技术数据库技术CAD/CAM/CIM地理信息系统计划、统计实时控制数据分析、决策支持工程数据库地理数据库、空间数据库统计数据库实时数据库数据仓库、联机分析处理、数据挖掘InternetWeb DB Server中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院新一代数据库技术应用领域应用领域数据模型数据模型相关技术相关技术层次/网状关系语义对象商业管理 CAD/CAM/CIM/CASEOIS/GIS 科学/统计/DSS分布 并行 AI 多媒体 模糊处理 移动计算新一代数据库系统新一代数据库系统及其相互关系示意图及其相互关系示意图中国人民大学信息学院中国人
10、民大学信息学院面向对象数据库 研究十分活跃 1989年出现了“面向对象数据库管理系面向对象数据库管理系统统宣言”,试图规范标准 市场上出现了ORION,O2,Vbase等产品,但是没有成为大气候 在市场上最终被对象关系数据库取代 高级DBMS功能委员会提出了一个“宣言”中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院 支持数据管理、对象管理和知识管理 丰富的抽象数据类型 支持继承和封装 支持主动的知识规则（触发器、约束等）保持和继承第二代数据库系统的技术 非过程化的数据库语言 可修改视图必不可少 必须开放（标准化）可以从多种高级语言中存取 SQL仍是数据库系统的标准语言 用户和DBMS Server之
11、间采用标准的通信接口第三代数据库系统“宣言”中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院代表人物：Jim Gray 1999年5月获奖(时任微软研究员)由于他在数据库和事务处理研究方面的元创性贡献以及在将研究原型转化为商业产品的系统实现方面的技术领袖地位而获图灵奖 60年代在加州大学伯可利分校数学系上数值分析课时喜欢上计算机 曾经在IBM与Codd共事中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院我国数据库技术的跋涉历程我国数据库技术的跋涉历程 70年代年代数据库技术被引入我国数据库技术被引入我国以人民大学萨师煊教授等为代表的老一代专家作出了开创性贡献以人民大学萨师煊教授等为代表的老一代专家作出了开创性
12、贡献19771977年召开的第一届数据库学术会议年召开的第一届数据库学术会议(52(52名代表名代表/篇论文篇论文)80年代年代数据库技术广泛普数据库技术广泛普数据库技术广泛进入学校、学院或教研机构数据库技术广泛进入学校、学院或教研机构国外数据库公司纷纷进入我国国外数据库公司纷纷进入我国数据库应用系统大量开发数据库应用系统大量开发 90年代年代腾飞中的我国数据库技术腾飞中的我国数据库技术开始进行原型研发开始进行原型研发9999年成立了数据库专业委员会年成立了数据库专业委员会 中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院我国数据库的发展历史我国数据库的发展历史70年代年代90年代年代21世纪世纪80
13、年代年代国外国外国内国内原型开发原型开发技术跟踪技术跟踪产品开发产品开发数据库普及数据库普及产品开发产品开发原型开发原型开发商务智能商务智能数据库普及数据库普及中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院内容提要 数据库技术基本原理与发展回顾 数据库的发展历史 数据库的基本原理 数据库的发展现状 数据库技术新进展 国家863计划数据库重大专项介绍中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院什么是数据库系统？数据库管理系统数据库管理系统是为企业是为企业/组织提供各种组织提供各种数据管理服务的软件系统，包括：数据管理服务的软件系统，包括：数据存储与备份数据存储与备份 数据访问与更新数据访问与更新 数据安全
14、保护（权限、审计）数据安全保护（权限、审计）数据正确性维护数据正确性维护 数据分析与决策支持数据分析与决策支持中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统是建立在操作系统之上是建立在操作系统之上,又具有相对独立又具有相对独立性的重要的基础软件。是性的重要的基础软件。是ITIT产业的核心技术之一。产业的核心技术之一。计算机系统及网络计算机系统及网络操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统中间件中间件应用软件应用软件中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库系统的三大内容 模型（数据模型）系统（数据库管理系统）设计（数据库以及数据库应用系统设计）中国人
15、民大学信息学院中国人民大学信息学院数据模型数据模型现实世界概念模型逻辑模型符号系统1符号系统2数据模型：用一种特定的符号系统来表示现实世界中我们所关心的数据的特征中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据模型构成数据模型构成 数据模型的三要素 数据结构：表示数据之间的静态结构关系 数据操作：表示对数据的动态操作 数据约束：表示对数据的约束，以保证数据模型符合现实世界中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院概念模型n1knm供应商零件供应工程仓库库存数量名称价格数量E R图中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院关系模型零件号零件号零件名零件名规格规格制造商制造商单价单价颜色颜色P001螺钉螺
16、钉F12钱江钱江制钉厂制钉厂2黑黑P002螺母螺母G1北京北京五金厂五金厂3黑黑。零件表中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库系统 数据库管理系统 数据管理工具 数据库 应用系统的数据 数据库应用系统 实现应用功能 数据库系统 上述部分的总称数据库数据库管理系统数据库应用系统数据库系统中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库管理系统DBMS内核内核标准接口标准接口管理工具管理工具语言处理优化层语言处理优化层标准应用接口标准应用接口事务管理层事务管理层数据库内核数据库内核图形化数据库管理工具图形化数据库管理工具数据存储数据存储/存取层存取层中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数
17、据库管理系统从功能角度看数据库管理系统 数据定义 创建各种数据库对象：数据库、表、用户等 数据操纵 数据增加、删除、修改、查询、统计 运行管理 数据安全性保护 数据的完整性检查 并发控制 故障恢复中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院内容提要 数据库技术基本原理与发展回顾 数据库的发展历史 数据库的基本原理 数据库的发展现状 数据库技术新进展 国家863计划数据库重大专项介绍中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库技术发展现状数据库技术发展现状 数据库市场的情况 主流数据库的情况 Oracle DB2 SQL Server Sybase 数据库技术的发展情况中国人民大学信息学院中国人民
18、大学信息学院数据库数据库:一个巨大的软件产业一个巨大的软件产业国内外数据库市场情况国内外数据库市场情况2000年年软件软件2000年年数据库数据库数据库数据库所占比例所占比例年增长率年增长率全球全球销售额销售额1546亿亿美元美元88亿亿美元美元5.710中国中国销售额销售额230亿亿人民币人民币24.8亿亿人民币人民币10.8%41.7中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院33.833.830.130.114.914.921.221.2ORACLEORACLEIBMIBM微软微软其他其他主流数据库产品情况主流数据库产品情况三大主流产品三大主流产品Oracle、DB2 以及以及SQL Ser
19、ver 占据绝大部分国际市场占据绝大部分国际市场中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库产品发展趋势数据库产品发展趋势产品系列化产品系列化DB2通用数据库具有从高端的企业级并行数据通用数据库具有从高端的企业级并行数据库服务器、到移动端产品库服务器、到移动端产品DB2 Everywhere的一整套的一整套系列及各种中间件产品。系列及各种中间件产品。关系技术仍是主流关系技术仍是主流 目前主流数据库产品，例如目前主流数据库产品，例如Oracle、IBM DB2微软微软SQL Server等都是关系数据库产品。等都是关系数据库产品。历史上曾经出现过面向演绎数据库、对象数据历史上曾经出现过面向演绎
20、数据库、对象数据库等新技术，但是最终也没有动摇关系数据库的地库等新技术，但是最终也没有动摇关系数据库的地位。位。支持互联网应用支持互联网应用 支持具有超大规模数据和超大规模用户的互联支持具有超大规模数据和超大规模用户的互联网应用。网应用。Oracle公司从公司从版起全面支持互联网应用版起全面支持互联网应用微软公司将微软公司将SQL Server作为其整个作为其整个.NET计划中的一计划中的一个重要的成分。个重要的成分。智能化智能化 ORACLE公司的公司的Oracle 9i 产品包括了产品包括了OLAP、数数据挖掘、据挖掘、ETL工具等一套完整的工具等一套完整的BI支持平台。支持平台。IBM
21、公司也把公司也把BI套件作为其数据库的一个重点来发展。套件作为其数据库的一个重点来发展。中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院三大因素推动数据库技术的发展三大因素推动数据库技术的发展-计算机硬件平台：继续遵循摩尔定律快速发展计算机硬件平台：继续遵循摩尔定律快速发展大规模并行计算大规模并行计算网络化分布式计算网络化分布式计算低成本个人计算低成本个人计算 -数据：大数据量、复杂类型数据数据：大数据量、复杂类型数据-数据库应用：向深度和广度方向迅速发展数据库应用：向深度和广度方向迅速发展数据库技术发展趋势数据库技术发展趋势中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院计算机硬件的变化 不断实践着摩尔定律
22、不断实践着摩尔定律 存储容量存储容量 处理速度处理速度 价格价格 通讯时间通讯时间中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院复杂类型数据复杂类型数据:-多媒体数据多媒体数据-时间序列数据时间序列数据-过程或过程或“行为行为”数据数据海量数据海量数据-粒子碰撞实验每年产生的数据容量粒子碰撞实验每年产生的数据容量 高达高达 10,000 盘盘 30GB 的磁带的磁带-飞机设计：一架飞机全机结构件飞机设计：一架飞机全机结构件 5 万万 以上，以上，存储量在存储量在 150 G 以上以上复杂类型和海量数据复杂类型和海量数据中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院互联网应用互联网应用-要支持大量的联机访问
23、要支持大量的联机访问-XML类型数据的共享和支持类型数据的共享和支持-完全的分布系统完全的分布系统制造业信息化应用制造业信息化应用-量大面广量大面广-结构复杂结构复杂-应用多样应用多样应用向深度和广度发展应用向深度和广度发展中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院高可靠性：高可靠性：支持支持7X24不间断稳定运行，不间断稳定运行，具备容错、容灾能力具备容错、容灾能力高安全性：高安全性：用户自主保护的用户自主保护的级和系统审计的级和系统审计的2级级 在很多应用中已经不能满足要求，在很多应用中已经不能满足要求，必须提供更高级别的安全需求必须提供更高级别的安全需求高可扩展性：系统规模可以方便地扩充高
24、可扩展性：系统规模可以方便地扩充高高 性性 能：能：充分利用硬件特性、高效处理复杂应用充分利用硬件特性、高效处理复杂应用数据库系统发展趋势数据库系统发展趋势“四高四高”中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库必须运行在互联网环境下数据库必须运行在互联网环境下数据库必须支持不同数据源之间的互联数据库必须支持不同数据源之间的互联互访互访数据库必须能够处理非结构化的数据数据库必须能够处理非结构化的数据数据库数据库必须处理必须处理XMLXML类型的数据类型的数据数据库系统发展趋势数据库系统发展趋势“互互联联”中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库不是单一的软件系统数据库不是单一的软件系统
25、数据库外围有各种面向应用的套件，构数据库外围有各种面向应用的套件，构成一个庞大的数据库产品家族成一个庞大的数据库产品家族 数据库数据库和其他应用软件协同发和其他应用软件协同发数据库系统发展趋势数据库系统发展趋势“协协同同”案例分析案例分析 ORACLEORACLE公司的成功经验之一公司的成功经验之一 1990 1990年，公司几乎面临破产年，公司几乎面临破产 1992 1992年，转换角色和市场定位年，转换角色和市场定位 单纯的数据库软件制造商单纯的数据库软件制造商 全面解决方案提供商和应用服务商全面解决方案提供商和应用服务商 20002000年，销售额为年，销售额为 101 101 亿美元，亿美元，其中，数据库为其中，数据库为 29.74 29.74 亿美元，仅占亿美元，仅占 29.45%29.45%应用和服务约占应用和服务约占 70%70%中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院内容提要 数据库技术原理与发展回顾 数据库新技术 数据增值技术 互联网数据库技术 超大规模并行数据库技术 微型数据库（嵌入式、移动数据库）技术 国家863计划数据库重大专项介绍
