数据库技术与发展论述

数据库技术与发展论述数据库技术主要是研究如何存储、使用和管理数据，是计算机技术中发展最快、应用最广的技术之一。作为计算机软件的一个重要分支，数据库技术一直是倍受信息技术界关注的一个重点。尤其是在信息技术高速发展的今天，数据库技术的应用可以说是深入到了各个领域当中。当前，数据库技术已成为现代计算机信息系统和应用系统开发的核心技术，数据库已成为计算机信息系统和应用系统的组成核心，更是未来“信息高速公路”的支撑技术之一。因此，为了更好的认识和掌握数据库技术的发展方向，对数据库发展进行综合论述，对数据库技术发展的总体态势有比较全面的认识，从而推动数据库技术研究理论的进一步发展是非常有必要的。一、数据库的定义数据库，英文为Database，这个名词起源于20世纪50年代，顾名思义，就是存放数据的仓库，这样的理解是不确切的，实际上数据仓库已经成为数据库技术中的另一个专用名词，是数据库技术的一个新的应用领域。数据库的一般定义为：存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。其作用主要是共享数据库中的资源信息。数据库有以下几个特点。1.数据结构化在数据库系统中，数据不再像文件系统中的数据那样从属于特定的应用，而是面向全组织的复杂的数据结构，数据的结构化是数据库区别于文件系统的根本特征。2.数据共享数据库系统中的数据可供多个用户、多种语言和多个应用程序共享，这是数据库技术的基本特征，数据共享大大减少了数据的冗余度和不一致性，大大提高了数据的利用率和工作效率。3.数据独立性数据独立性包括数据的物理独立性和逻辑独立性。用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库的数据是相互独立的，这就是数据的物理独立性；同时用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，这就是数据的逻辑独立性；它不会因一方的改变而改变，这大大地减少了应用程序设计和数据库维护的工作量。二、数据库的发展历史数据管理的发展经历了人工管理、文件系统和数据库3个阶段。1.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）在人工管理阶段，计算机主要应用与科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切，数据的管理是靠人工进行的，计算机不保存数据，也没有专用的软件对数据进行管理，只有程序（Program）的概念，没有文件（File）的概念，一组数据对应一个应用程序，数据存在大量重复存储的现象。2.文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）由于计算机技术的发展，硬件方面有了可以直接存取的外部存储设备，软件方面有了操作系统中专门管理数据的文件系统。数据的管理是以独立的数据文件形式存放，并可按记录存取。在文件系统阶段，一个应用程序可以处理多个数据文件，文件系统在程序与数据之间起到了接口的作用，使程序和数据有了一定的独立性，这使得程序源可以集中精力于算法，不必过多地考虑物理细节，因此在这一时期各种数据结构和算法得到了充分的发展，大大丰富了计算机科学，今天的数据库也正是在文件系统的基础上发展起来的。但是，文件系统的知名缺陷是数据文件之前缺乏有机的联系，数据与程序之间缺乏独立性，不能有效地共享相同的数据，从而造成数据的冗余度大和不一致性，给数据的修改和维护带来了困难。3.数据库系统阶段（20世纪60年代后期至今）随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，磁盘技术取得重要进展，数据管理中数据量急剧增长，对数据共享和数据管理提出了更高的需求，文件系统已经不能满足应用的需求，导致了数据库技术的产生。1968年，IBM公司推出的商品化软件数据库信息管理系统IMS（InformationManagementSystem），这是数据库技术的第一次飞跃，揭示了数据库技术的序幕；这是一种树形结构的层次模型，曾在20世纪70年代商业上广泛应用。1969年，美国数据系统语言协会CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage）下属的数据库任务组DBTG（DataBaseTaskGroup）发表了网状数据库系统的标准文本：DBTG文本，它是数据库网状模型的基础。20世纪70年代是数据库技术蓬勃发展的年代。网状系统和层次系统占据了整个商用市场，而关系系统仅处于实验阶段。许多计算机公司研制了各种数据库管理系统，许多教授、专家发表了大量的理论论文，使数据库技术在时间和理论上都得到了飞速的发展。数据库技术也日趋成熟。1970年，IBM公司SanJose研究室的高级研究员E.F.Code发表了一篇奠基性的论文，题目是《大型共享数据库的关系模型》，他引进了关系代数，首次提出了数据库的关系模型的概念，为数据库技术的发展奠定了基础，这是数据库技术的第二次飞跃。他在1981年获得了计算机科学的最高荣誉——图灵奖。1974年，IBM公司在IBM370大型机上研制成功第一个关系数据库系统SystmR。1974年IBM公司的Boyce和Chamberlin提出了结构化查询语言（StructuredQueryLanguage）SQL，在IBM公司的关系数据库系统SystmR上实现。20世纪80年代使关系数据库技术得到了进一步的发展，关系数据库（RDB）由于使用方便，逐步取代网状系统和层次系统，占领了市场。同时关系数据库的理论也日趋完善。目前流行的关系数据库系统有IBM公司的DB2、ORACLE公司的Oracle、SYBASE公司的Sybase、Microsoft公司的MicrosoftSQLServer，以及微机上关系数据库系统Debase、FoxPro等。现在，数据库技术已成为计算机领域中最重要的技术之一，它是软件科学中一个独立的分支。它的出现使得计算机应用渗透到工农生产、商业、行政、科学研究、工程技术和国防军事的各个部门。管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统等都是使用了数据库管理系统或数据库技术的计算机应用系统。三、数据库技术发展的现状：关系数据库技术任然是主流关系数据库技术出现在20世纪70年代，经过80年代的发展到90年代已经比较成熟，在90年代初期曾一度受到面向对象数据库的巨大挑战，但是市场最后还是选择了关系数据库。无论是Oracle公司的Oracle9i、IBM公司的DB2、还是微软的SQLServer等都是关系型数据库。当前，由于互联网应用的星期，XML格式的数据的大量出现，学术界有一部分学者认为下一代数据库将是支持XML模型的新型数据库。而还有一部分学者对此持否定态度，认为关系技术仍然是主流，他们认为无论是多媒体内容管理、XML数据支持、还是复杂对象支持等都将是在关系系统内核技术基础上的扩展。虽然他们在对下一代的数据库研究究竟如何发展的问题上有分歧，但他们对当代数据库的现状得出共识——关系数据库技术仍然为当代数据库的主流。四、数据库技术发展的趋势1.下一代数据库技术的发展主流——面向对象的数据库技术与关系数据库技术针对关系数据库技术现有的局限性，理论界现在主要有三种观点：1.1面向对象的数据库技术将成为下一代数据库技术发展的主流部分学者认为现有的关系型数据库无法描述现实世界的实体，面向对象的数据模型由于吸收了已经成熟的面向对象程序设计方法学的核心概念和基本思想，使得它符合人类认识世界的一般方法，更适合描述现实世界，甚至有人预言，数据库的未来将是面向对象的时代。1.2将面向对象的数据库技术引入关系数据库中——面向对象的关系数据库技术关系数据库几乎是当前数据库系统的标准，关系语言与常规语言一起几乎可完成任意的数据库操作，但其简洁的建模能力、有限的数据类型、程序设计中数据结构的制约等却成为关系型数据库发挥作用的瓶颈。面向对象方法起源于程序设计语言，它本身就是以现实世界的实体对象为基本元素来描述复杂的客观世界，但功能不如数据库灵活。因此部分学者认为将面向对象的建模能力和关系数据库的功能进行有机结合而进行研究是数据库技术的一个发展方面。1.3演绎面向对象数据库技术面向对象数据库的优点是能够表示复杂的数据模型，但由于没有统一的数据模式和形式化理论，因此缺少严格的数据逻辑基础。而演绎数据库虽有坚强的数据逻辑基础，但只能处理平面数据类型。因此，部分学者将两者结合，提出了一种新的数据库技术——演绎面向对象数据库，并指出这一技术有可能成为下一代数据库技术发展的主流。2.数据库技术发展的新方向——非结构化数据库非结构化数据库是部分研究者针对关系数据库模型过于简单，不便表达复杂的嵌套需要以及支持数据类型有限等局限，从数据模型入手而提出的全面基于因特网应用的新型数据库理论。他们认为这种数据库的最大区别就在于它突破了关系数据库结构定义不易改变和数据定长的限制，支持重复字段、子字段以及变长字段并实现了对变长数据和重复字段进行处理和数据项的变长存储管理，在处理连续信息（包括全文信息）和非结构信息（重复数据和变长数据）中有着传统关系型数据库所无法比拟的优势。但研究者认为此种数据库技术并不会完全取代现在流行的关系数据库，而是它们的有益的补充。3.数据库技术发展的又一趋势——数据库技术与多学科技术的有机结合有学者指出：数据库与学科技术的结合将会简历一系列新数据库，如分布式数据库、并行数据库、知识库、多媒体数据库等，这将是数据库技术重要的发展方向。其中，许多研究者都将多媒体数据库作为研究的重点，并认为多媒体技术和可视化技术引入多媒体数据库将是未来数据库技术发展的热点和难点。4.未来数据库技术及市场发展的两大方向——数据仓库和电子商务部分学者在对各个数据库厂商的发展方向和应用需求的不断扩展的现状进行分析的基础上，提出数据库技术及市场在向数据仓库和电子商务两个方向不断发展的观点。他们指出：从去年开始，许多行业如电信、金融、税务、等逐步认识到数据仓库技术对于企业宏观发展所带来的巨大经济效益，纷纷简历起数据仓库系统。在我国提供大型数据仓库解决方案的厂商主要有Oracle、IBM、Sybase、CA及Informix等厂商，已经建设成功并已回收投资的项目主要有招商银行系统和国信证券系统等。目前，国内外学者对数据仓库的研究正在继续深入。与此同时，一些学者将数据库技术及市场发展的视角瞄准电子商务领域，他们认为：现在的信息系统逐渐要求按照以客户为中心的方式建立应用框架，因此势必要求数据库应用更加广泛地接触客户，而Internet给了我们一个非常便捷的链接途径，通过Internet我们可以实现所谓的One-OneMarketing和One-OneBusiness，进而实现e-business。因此，电子商务将成为未来数据库技术发展的另一方向。5.数据库技术的实践性发展——面向专门应用领域的数据库技术许多研究者从时间的角度对数据库技术进行研究，提出了适合应用领域的数据库技术，如工程数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库、地理数据库等。这类数据库在原理上也没有多大的变化，但是它们却与一定的应用相结合，从而加强了系统对有关应用的支撑能力，尤其表现在数据模型、语言、查询方面。部分研究者认为，随着研究工作的继续深入和数据库技术在实践工作中的应用，数据库技术将与更多朝着专门应用领域发展。五、结论从目前有关文献来看，目前的数据库方向仍然以关系型数据库为主。而将来的发展方向，将结合面向对象的技术思想和关系数据库技术，以及结合多科学技术方向去发展。无论未来数据库技术朝哪个方向发展，高效、稳定、高安全性将是所有数据库技术追求的共同目标，这一点学术界已经取得了共识。目前我国的对数据库技术的研究和应用都还处于较低水平，随着计算机的技术快速发展以及社会需求的增大，数据库技术将会处于越来越重要的地位，数据库技术也必将得到更快的发展。