数据库技术的研究现状及发展趋势.pdf

第 7期 2 0 1 1年 7月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i ne Aut o ma t i on NO ． 7 J u1 ．2 01 1 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 i X 2 0 1 1 0 7 0 0 3 4 0 3 DOI C NKI 3 2 1 6 2 7 ／ TP ． 2 0 1 1 0 6 2 8 ． 1 4 1 0 ． 0 0 8 数据库技术的研究现状及发展趋势 张 俊 ， 吴 绍 辉 1 ． 中煤科工集团常州 自动化研究院，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 内蒙古上海庙矿业有限责任公 司榆树井煤矿 ， 内蒙古 鄂尔多斯0 1 6 2 0 0 摘要 介绍 了数 据库 系统设 计过 程 的 六个 阶段 ， 即 需 求分 析 阶段 、 概念 结 构 设 计 阶段 、 逻 辑 结 构设 计 阶 段 、 物理 结构设 计 阶段 、 实施 阶段 、 运行 与 维护 阶段 ； 以分布 式 数据 库 系统 、 知 识库 系统 和主 动数 据 库 系统 为 例 ， 阐述 了当前 数据 库 系统研 究的现 状 ； 结合数 据仓 库 、 工程 数据 库 、 统计数 据库 、 空 间数 据 库等 多种数据 库 ， 指 出了当前数据 库技 术 的研 究热点 和发展 趋 势。 关键 词 数 据库 ；分布 式数据 库 ；知识 库 ；主动 数据库 ； 数 据仓 库 ；特种 数据 库 中图分类号 TP 3 l 1 ． 1 3 文献标识码 A 网络出版时间 2 0 1 1 一O 6 2 8 l 4 1 o 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 1 0 6 2 8 ． 1 4 1 0 ． 0 0 8 ． h t ml Cu r r e n t Si t ua t i o n a n d De v e l o p me n t Tr e n d o f Da t a b a s e Te c h n ol o g y Z HANG J u n ． W U S h a o h u i 1． Cha n gz h ou Au t o m a t i o n Re s e a r c h I n s t i t ut e of Ch i na Co a l Te c hn o l o gy Co r p o r a t i o n，Cha ng z ho u 2 1 3 01 5，Chi n a． 2． Yu s h u j i n g Co a l Mi n e o f I n n e r Mo n g o l i a S h a n g h a i mi a o Mi n i n g Co ． ． I t d a nd En gi ne e r i ng Gr oup r do s 01 6 2 00．Chi n a Ab s t r a c t Si x s t a g e s o f d a t a b a s e s y s t e m d e s i gn we r e i n t r o du c e d whi c h i nc l u d e s r e q u i r e me n t s a na l y s i s s t a ge ，c on c e pt a nd s t r u c t u r e de s i gn s t a g e，l o gi c s t r u c t u r e d e s i gn s t a ge，p hy s i c a l s t r u c t u r e d e s i gn s t a ge， i mpl e me n t a t i o n s t a g e，a n d s t a g e o f op e r a t i o n a n d ma i n t e n a nc e．The n c u r r e nt r e s e a r c h s i t ua t i o n o f d a t a ba s e s y s t e m wa s d e s c r i b e d b y e x a mpl e s o f d i s t r i b ut e d d a t ab a s e s ys t e m ， k no wl e dg e ba s e s ys t e m a n d a c t i v e da t a ba s e s ys t e m ．Fi n a l l y，c u r r e nt r e s e a r c h f o c u s a nd de v e l op me nt t r e n d we r e po i n t e d o ut c o mbi ni n g wi t h i nt r o d uc t i o n of da t a wa r e ho us e，e n gi n e e r i n g d a t a b a s e，s t a t i s t i c a l d a t a b a s e，s p a c e d a t a b a s e，e t c ． Ke y wo r d s d a t a b a s e，d i s t r i bu t e d da t a ba s e，kn owl e d ge ba s e，a c t i v e da t a b a s e ，d a t a wa r e h ou s e ，s p e c i a l da t a ba S 0 引言 随着计算机技术与网络通信技术的快速发展 ， 数据库技术已经成为当今信息社会 中对大量数据进 行组织与管理的重要技术手段 ， 是网络信息化管理 系统的基础 。目前 ， 新一代数据库系统不仅保持和 继承了传统数据库系统的各项功能， 支持知识管理 、 数据管理和对象管理 ， 而且还对其它应用系统开放 ， 在 网络上 支持标 准 网络协 议 ， 具 有 良好 的可 连接 性 、 收稿 日期 2 0 1 1 ～0 4 0 7 作者简 介 张俊 1 9 8 3 一 ， 男 ， 江苏常州 人 ， 助理工程 师 ， 现主要 从事 煤 矿 产 品 生 产 经 营 、 采 购 计 划 管 理 方 面 的 工 作。E ma i l z h a n g j u n 0 8 2 6 y a h o o ． c o rn． c n 可移 植性 、 可互 操作性 和 可扩展性 。 1 数 据库 系统 设计过 程 目前 数据 库 设计 一 般 分 为 6个 阶段 ， 即需 求 分 析阶段、 概念结构设计阶段、 逻辑结构设计阶段 、 物 理结 构设计 阶段 、 实 施 阶段 、 运 行 与 维 护 阶段 ， 设 计流 程如 图 1 所示 。 1 需求分析阶段 需求 分析 阶段 的主要 任务足 指通 过充 分调查 现 实世界要处理的对象， 详细了解计算机系统 的工作 情况 ， 明确用户 的各种需求 ， 然后确定系统的各项功 能。数据库系统不仅要按照 当前 的应用要求 来设 计 ， 而且 必须充 分考 虑今后 可能 的扩充 和改 变 。 2 0 1 1年 第 7期 张俊 等 数据 库技 术 的研 究现状 及发展 趋 势 3 5 数据分析阶段 概念结构设计阶段 逻辑结构设计阶段 物理结构设计阶段 实施阶段 运行与维护阶段 图 1数 据 厍 设 计 流 程 2 概 念结 构设 计 阶段 概念结构设计阶段的主要任务是将需求分析阶 段所得到的用户需求抽象为概念模 型， 而描述概念 模 型的具 体 工具 主要 是 ER模 型 。 3 逻 辑结 构设 计 阶段 逻辑结构设计阶段的主要任务是把概念结构设 计阶段设计的基本 E R模型转换为与选用 DB MS 产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构 。具体来 说， 就是首先将概念结构转换为一般 的关系、 网状 、 层次模型， 然后将转换来的模型向特定 DB MS支持 下 的数据 模 型转换 ， 最 后对 数据 模 型进 行 优化 。 4 物 理结构 设计 阶段 物理结构设计阶段 的主要任务是为一个指定的 逻辑数据模型选取一个符合应用要求的物理结构 。 具体来说 ， 就是首先确定数据库的物理结构， 即数据 库的存取方法和存储结构 ； 然后对数据库的物理结 构进行评估 ， 评估的重点是存取 时间的长短和存储 空 间 的大 小 。 5 实 施 阶段 实施 阶段 的 主要任 务是 用 R D B MS提供 的数 据 定义 语 言和 其他 实用 程序将 逻 辑结构 设计 和物 理结 构设 计 的结果 详 细描述 出来 ， 成 为 D B MS可 以接 受 的源代码 ； 再经过系统调试产生 目标模式 ， 最后完成 数据的载人工作。 6 运行与维护阶段 运行与维护阶段的主要任务包括数据库的转储 和恢复 ， 数据库完整性和安全性控制 ， 数据库性能改 造 、 分析和监督 ， 数据库的重构造和重组织l 2 ] 。 2数据 库技 术研 究现 状 数据库技术与网络通信技术 、 人工智能技术 、 面 向对象程序设计技术 、 并行计算技术等互相渗透和 结合 ， 是当前数据库技术应用的主要特征 ， 如分布式 数据库系统、 知识库系统 和主动数据库系统等都是 具 有 此类 特征 的新 型数 据库 系统 _ 3 ] 。 2 ． 1 分 布式 数据 库 系统 分布式 数 据库 系统 由一组 分 布在 网络 中的不 同 计算机上的数据组成 。系统中每台服务器有 自己的 数 据 库 系 统及 若 干 台客 户 机 ， 3台 服务 器 之 间 通 过 网络相连 。网络 中的每个节 点具有独立处理 的能 力 ， 可 以执 行局 部应 用 ， 同时每 个节 点也 能通 过 网络 子 系统执 行全 局应 用 。用户通 过 客户机 可 以对本 地 服务器中的数据库执行某些应用 ， 也 可以对 2个或 2个以上节点中的数据库执行某些应用。 2 ． 2 知识 库 系统 知识库系统是数据库和人工智能两种技术相结 合 的产物 ， 简单来说就是在数据库技术 中引人人工 智能技术 ， 把数据库看作一个人工智能系统 ， 利用人 工智能技术 来提 高 D B MS的表达 、 推理 和查 询能 力 。其功 能 主 要 体 现 在 数 据 库 系 统 推 理 能 力 的 扩 充、 语义知识的引入、 知识的获取 、 知识 和数据的有 效组织及管理等方面 ； 而效率则体现在数据库对用 户查 询 的快速 响应 和查 询优化 上 l_ 4 ] 。 2 ． 3主动数 据库 在实 际应 用 中 ， 如计 算机 集成 制造 系统 、 管理 信 息系统、 办公 自动化系统等通常希望数据库系统在 紧急 情况 下 能 根 据 数 据 库 的 当 前 状 态 主 动 做 出 反 应 ， 并执行相应的操作 ， 向用户提供特定信息。 主动数据库是相对于传统数据库的被动性而言 的 ， 其主要任务是提供对紧急情况的及时反应能力， 同时提高数据库管理系统的模块化程度 。主动数据 库通常采用 的方法是在传统 数据库系统 中嵌 入事 件 、 条件 、 动作 规则 ， 在 某 一 事 件 发 生 时 引发 数 据 库 管理 系统 去检 测数 据 库 的 当前 状 态 ； 判 断是 否 满 足 设定 的条 件 ， 如果条 件满 足便 触发 规定 动作执 行 。 3数据 库技 术研 究热点 和发 展趋 势 由于传统数据库系统的局限性 ， 用户无法直接 使用当前 DB MS市场上销售 的通用 DB MS来 管理 和处理工程应用 、 海量数据统计分析 、 空间数据研究 等领域的数据对象。因而广大数据库工作者针对各 领域的数据库特征 ， 探索和研制 了各种特定 的数据 3 6 工矿 自动 化 2 O l 1年 7月 库系统， 这也成为了当前数据库技术的研究热点和 发展趋势。这些应用领域的数据库系统为新一代数 据库技术的发展做出了贡献。就 目前来看 ， 数据库技 术被应用到特定的领域中出现了数据仓库 、 工程数据 库 、 统计数 据库 、 空间数据库 等多种特种数据库 。 3 ． 1 数 据仓 库 数据仓库系统是多种技术 的综合体 ， 由数据仓 库 、 数据 仓库 管 理 系 统 、 数 据 仓 库 工 具 三 个 部 分 组 成 ， 如图 2 所示。数据仓库在整个系统 中居于核心 地位 ， 是信息挖掘的基础； 数据仓库管理系统负责管 理整个系统的运转 ， 是整个系统的引擎 ； 而数据仓库 工具则是整个系统发挥作用 的关键 ， 数据仓库通过 I 可 视 化 工 具 ⋯■ 图 2 数 据 仓 库 系 统 组 成 目前我国煤矿企业 信息化建设发展迅速 ， 煤矿 安全 信息 化管 理 的重 要性 日趋 显现 。基 于传统 数据 库的煤矿安全信息化管理系统是以单一的数据资源 为中心 ， 进行从批处理、 事务处理到决策分析等各种 类 型 的数 据处 理工 作 ； 然 而 不 同类 型 的数 据 有不 同 的特点 ， 以单一的数据组织方式进行组织的煤矿安 全信息化管理系统不能反映这种差异 ， 满足不了数 据处理多样化 的要求 ， 给广大煤矿决策人员带来 了 诸 多不便 ， 有 时甚 至 导 致 决 策失 误 。而利 用 数据 仓 库 技术 能够把 需要 分析 的数 据从 事务处 理环 境 中提 取 出来 ， 按 照 D S S处 理 的要 求 进 行 重新 组 织 ， 建 立 单独的分析处理环境 ， 从而提高煤矿企业分析、 决策 的效 率和有 效性L 5 j 。 3 ． 2 工程数 据 库 工程数据库是一种能存储和管理各种工程设计 图形和文档 ， 并能为工程设计提供各种服务 的数据 库。传统的数据库能很好地存储规范数据和进行事 务处理 ， 但在 C AD ／ C AM、 C I M、 C AS E等 C Ax的 工程应用领域中， 对具有复杂结构和工程设计 内涵 的工程对象则无能为力。煤矿企业根据矿山工程应 用领域的需求 ， 利用工程数据库技术可以实现对煤 矿工程对象的有效管理， 并提供相应的处理功能及 良好 的设 计环 境 。 3 ． 3统计数 据库 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 系统。采用数据库技术实现对 统计数 据 的管理 ， 对 于充 分 发 挥 统 计 信息 的作 用具 有重大的意义。煤矿企业利用统计数据库管理系统 可 以对 矿 产资源 进 行基 础 统 计 管 理工 作 ， 统 计 数 据 库为煤矿有效开发现有矿藏资源提供了数据支持 。 3 ． 4 空间数据 库 空 间数 据库 是 描 述 、 存 储 和 处 理空 间 数 据及 其 属性数据的数据库系统， 是随着地理信息系统 的开 发和应用而发展起来 的数据库新技术 。目前以空间 数据库为核心的地理信息系统已经广泛应用于环境 和 矿藏 资 源 管 理 、 土 地 利 用 等 多 个 方 面 的管 理 和 决 策 。 目前 ， 煤矿安全生产管理信息化逐渐成为现代 煤矿安全生产管理 的显 著特征 。信息 的采集、传 递 、 处理 、 控制和管理成为现代煤矿安全管理中重要 的技术 基础 ， 也成 为 实现 煤 矿 安 全 生产 的重 要技 术 保 障 。煤矿安 全生产地理信息系统是 目前煤矿生 产镑理过程c } 1 最重要 的安全信息管理系统 ， 它主要 描述、 存储、 分析 、 决策和输出矿井空间地理信息 ； 在 煤矿安全管理中将多源 、 多维 、 海量 、 多时相性 、 多尺 度 、 不确定性 的相关数据信息集成到一个统一的数 据 平 台上 ， 为管理 者 和 决 策者 制 定 灾 害 预测 、 防灾 、 减灾政策提供信息保障。 4 结语 通 过对 数据 库技术 的研 究现 状及 发展趋 势 的分 析可看出， 新一代数据库系统应能够提供 丰富而又 灵 活 的造模 能力 ， 易 剪 裁 、 易 扩 充 的强 大 功 能 ， 并 能 针对 不 同应 用领 域 的 特点 ， 利 用 通 用 的 系统 模 块 比 较容 易地构 造 出多种 多样 的先进 数据 库系统 。 参考文献 [ 1 ] 萨师煊 ， 王 珊． 数 据库 系统 概论 E M] ． 3版． 北 京 高 等 教育 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 王晟 ， 马里杰． S QL S e r v e r数据 库 J} f 发 经典 案例 解 析 E M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 6 ． E 3 3 李 昭原． 数据库技术新进 展E 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