33pdm数据库技术

3.3数据库技术1.了解数据库管理系统的主要特征和功能、数据库技术的发展；2.熟悉数据模型的种类；3.了解几种网络数据库技术（如C/S模式数据库、开放式数据库互联技术、基于web的数据库技术）；4.了解PDM中数据库技术应用状况。1、重点：数据库管理系统的功能；数据模型；C/S模式数据库。2、难点：数据模型。基本要求教学重点与难点内容3.3.1数据库原理3.3.2网络数据库技术3.3.3PDM中的数据库应用3.3.4PDM中的数据库编程技术1绪论3.3.1数据库原理一、概述什么是数据库?(1)有一个结构化的相关数据的集合。这个数据集合中没有有害的或不必要的冗余，能够为多种应用服务，它独立于应用程序而存在。这种结构化的数据集合就是数据库本身，是数据库系统的核心和管理对象。(2)有一个负责数据库管理和维护的软件系统，称为数据库管理系统。它对数据库中数据的各种操作，提供一种公用的方法。它接受并完成用户程序或终端命令提出的访问数据库的各种请求，企责数据库的维护，保护数据库产的数据不受破坏。(3)有一个(或一组)负责整个数据系统的建立、维护和协调工作的专门人员，这就是数据库管理员。他们负责对数据库系统的全面管理与监督，并对运行状况进行统计分析，不断改进数据库设计。3.3数据库技术数据库管理系统的主要特征具有面向全组织的复杂数据结构实现数据共享，数据冗余度小，易扩充具有较强的数据独立性具有统一的数据控制功能（数据的安全性控制、完整性控制、并发控制、数据库恢复功能）数据库管理系统的功能（DataBaseManagementSystem,DBMS）1数据定义功能DBMS提供数据定义语言DDL，用户可通过它方便地定义数据。2数据操纵功能DBMS向用户提供数据操纵语言DML实现对数据库的基本操作，包括查询、插入、删除和修改。3数据库的运行管理这是DBMS的核心部分，包括并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库内部维护等。4数据库的建立和维护功能它包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。二、数据模型数据模型是严格定义的一些要领和集合。这些要领精确地描述了数据、数据间的联系、对数据的操作以及有关的语义约束规则。数据模型包括数据结构、操作集合和完整性约束规则三部分。现有数据模型按目的可分为两类信息模型（概念模型）用概念来描述的，能较方便、直接地表达应用中各种语义知识。此类模型主要包括实体关系模型（ER模型）、IDEF1x模型、面向对象模型（O-O模型）等。基本数据模型或结构数据模型是直接面向数据库中数据的逻辑结构的。任何一个数据库管理系统都有它自身支持的基本数据模型。基本数据模型通常需要严格的形式化定义，以便于在机器上实现。1实体关系模型（ER模型）实体关系模型（ER模型）描述了整个组织的概念模式，该模式不考虑效率和物理数据库的设计，它能充分地反映现实世界，将现实世界的状态以信息结构的形式方便地表示出来，当初提出E—R数据模型的目的有：(1)企图建立一个统一的数据模型，以概括三种传统数据模型（层次、网状和关系三种传统数据模型）；(2)作为三种传统数据模型互相转换的中间模型；(3)作为超脱DBMs的一种概念数据模型，以比较自然的方式模拟现实世界。产品号名称性能参数产品组成零件消耗材料使用名称零件号名称规格图3-12ER模型ER模型涉及以下主要概念：•实体实体在图中用长方形表示，是客观存在并可相互区分的事物，它可以是人、物等实际对象，也可以指某些概念。•属性和码图中以椭圆形表示的是属性和码。每个实体具有的特性称为属性，一个实体可以由若干个属性来描述。能唯一标识实体的属性称为实体的码，码亦称为关键字。•实体集具有相同属性的实体的集合为实体集。•联系联系在图中用菱形表示，表示实体之间的关系。实体间的联系分为一对一联系、一对多联系和多对多联系等。2.IDEF1x模型IDEF1x模型是将实体联系方法应用到语义数据模型中，即在ER模型的基础上增加了某些基本要素的规则，使IDEF1x是在语义上更为丰富。IDEF的含义是集成计算机辅助制造（IntegratedComputer－AidedManufacturing，ICAM)DEFinition。最初的IDEF方法是在美国空军ICAM项目建立的，最初开发3种方法:功能建模(IDEF0)、信息建模(IDEF1)、动态建模(IDEF2)，后来，随着信息系统的相继开发，又开发出了下列IDEF族方法：数据建模（IDEF1X）、过程描述获取方法（IDEF3）、面向对象的设计（OO设计）方法（IDEF4）、使用C＋＋语言的OO设计方法（IDEF4C＋＋）、实体描述获取方法（IDEF5）、设计理论（rationale）获取方法（IDEF6）、人－系统交互设计方法（IDEF8）、业务约束发现方法（IDEF9）、网络设计方法（IDEF14）等。根据用途，可以把IDEF族方法分成两类：第一类IDEF方法的作用是沟通系统集成人员之间的信息交流。主要有：IDEF0、IDEF1、IDEF3、IDEF5。IDEF0通过对功能的分解、功能之间关系的分类（如按照输入、输出、控制和机制分类）来描述系统功能。IDEF1用来描述企业运作过程中的重要信息。IDEF3支持系统用户视图的结构化描述。IDEF5用来采集事实和获取知识。第二类IDEF方法的重点是系统开发过程中的设计部分。目前有两种IDEF设计方法：IDEF1X和IDEF4。IDEF1X可以辅助语义数据模型的设计。IDEF4可以产生面向对象实现方法所需的高质量的设计产品。IDEF1x方法IDEF1X是IDEF系列方法中IDEF1的扩展版本，是在E-R(实体联系)方法的原则基础上,增加了一些规则，使语义更为丰富的一种方法。概念模型设计常用IDEF1X方法，它就是把实体-联系方法应用到语义数据模型中的一种语义模型化技术，用于建立系统信息模型。IDEF1的最初形式是在P.P.S(Peter)Chen的实体联系模型化概念与P.P.(Ted)Codd的关系理论的基础上发展起来的。IDEF1X是IDEF1的扩展版本，除在图形表达和模型化过程方面的改进外，还对语义进行了增强和丰富。例如：分类联系(CategorizationRelationships)的引入。IDEF1X是语义数据模型化技术，它具有以下的特性：（1）支持概念模式的开发。IDEF1X语法支持概念模式开发所必需的语义结构，完善的IDEF1X模型具有所期望的一致性、可扩展性和可变换性。(2)IDEF1X是一种相关语言。IDEF1X对于不同的语义概念都具有简明的一致结构。IDEF1X语法和语义不但比较易于为用户掌握，而且还是强健而有效的。IDEF1X的特性(3)IDEF1X是便于讲授的。语义数据模型对许多IDEF1X用户都是一个新概念。因此，语言的易教性是一个重要的考虑因素，设计IDEF1X语言是为了教给事务专业人员和系统分析人员使用，同样也是教给数据管理员和数据库设计者使用的。因此，它能用作不同学科研究小组的有效交流。（4）IDEF1X已在应用中得到很好地检验和证明。IDEF1X是基于前人多年的经验发展而来的，它在美国空军的一些工程和私营工业中充分地得到了检验和证明。（5）IDEF1X是可自动化的。IDEF1X图能由一组图形软件包来生成。商品化的软件还能支持IDEF1X模型的更改、分析和结构管理。IDEF1X模型的基本结构和ER模型基本类似，主要有以下元素：（1）实体(如人、地点、概念、事件等)用矩形方框表示；（2）实体之间的关系(联系)，用方框之间的连线表示；（3）实体的属性，用方框内的属性名称来表示。图4基于IDEF1x方法的学生选课概念模型3面向对象模型（O-O模型）面向对象模型的核心概念包括如下几个方面：对象标识、封装、类和类层次、继承常用的数据模型有如下三种：层次模型、网状模型、关系模型数据库技术最初产生于20世纪60年代中期，根据数据模型的发展，可以划分为三个阶段：第一代的网状、层次数据库系统；第二代的关系数据库系统；第三代的以面向对象模型为主要特征的数据库系统。三、数据库技术的发展新的数据库技术并行数据库通过cluster技术把一个大的事务分散到cluster中的多个节点去执行，提高了数据库的吞吐和容错性。分布式数据库允许用户开发的应用程序把多个物理分开的、通过网络互联的数据库当作一个完整的数据库看待。数据联邦为集成后的数据提供了统一的视图，不同数据源之间的差异被屏蔽，用户不需要了解源数据的位置和结构，只需要依据数据联邦所展现出来的数据来开发应用就可以了。新的数据库技术多媒体数据库提供了一系列用来存储图像、音频和视频对象类型，更好地对多媒体数据进行存储、管理、查询。模糊数据库是存储、组织、管理和操纵模糊数据库的数据库，可以用于模糊知识处理。面向对象数据库的开发基本上是采取两种策略，一种是在现有关系数据库中加入许多面向对象数据库的功能。另一种方法是采用面向对象的概念开发新一代的面向对象数据库系统。面向对象数据库系统的主要研究内容：数据模型；语言接口；面向对象数据库的体系结构；基于客户／服务器（Client／Server）网络的数据库结构。新的数据库技术数据仓库技术是以关系数据库、并行处理和分布式技术为基础的信息新技术。数据仓库技术源于数据库技术，它的主要设计思想是将分析决策所需的大量数据从传统的操作环境中分离出来，把分散的、难以访问的操作数据转换成集中统一的、随时可用的信息而建立的一种数据库存储环境。数据挖掘就是从客体的数据库中概括抽象提取规律性的东西以供决策支持系统的建立和使用。数据挖掘以数据库中的数据为数据源，整个过程可分为数据集成、数据选择、预处理、数据开采、结果表达和解析等五个过程。挖掘的范围可针对多媒体数据库、数据仓库、Web数据库、主动型数据库、时间型及概率型数据库等。采用的技术有人工神经网络、决策树、遗传算法、规则归纳、分类、聚类、模式识别、不确定性处理等，发现的知识有广义型知识、特征型知识、差异型知识、关联型知识、预测型知识和偏离型知识等。新的数据库技术演绎数据库是指具有演绎推理能力的数据库。一般地，它用一个数据库管理系统和一个规则管理系统来实现。将推理用的事实数据存放在数据库中，称为外延数据库；用逻辑规则定义要导出的事实，称为内涵数据库。主要研究内容为，如何有效地计算逻辑规则推理。具体为：递归查询的优化、规则的一致性维护等。3.3.2网络数据库技术一、C/s模式数据库1.C/S模式数据库系统的结构在C/S模式的数据库系统中，将数据处理任务在客户端与服务器之间进行划分。划分的方案有多种，一种常用的方案是采用两层的结构，客户端负责应用处理，服务器端负责数据存储、访问和事务管理。C/S模式是一种两层结构的系统：第一层是在客户机系统上结合了表示与业务逻辑；第二层是通过网络结合了数据库服务器。客户端和服务器软件可放在一台计算机上，但多数情况放在网络的不同计算机上。客户软件在一般PC机，服务器软件在PC机到大型机的任何计算机上。客户机客户机客户机网络应用服务器通信服务器打印服务器文件服务器数据库服务器请求响应响应请求客户机/服务器模式应用程序界面表示逻辑业务处理逻辑数据处理逻辑数据库管理GUI3GL4GLSQLORACLESYBASEDB2DB组成应用程序的四个成分2C/S模式与Intranet用C/S三层模型会出现下列问题：1）应用与维护必须分别在每个客户机上进行，系统开销大且难以保密。2）由于应用被划分在多个服务器和局部网络上，设备、配置、测试等比较复杂。3）该体系结构复杂，增加了任一构件发生故障的可能性。安装浏览器的客户机数据库服务器Web应用服务器改进结构组成数据库服务器Web应用服务器，可选用Oracle9iApplicationServer或者第三方的服务器软件，如IIS或Apache等客户机连接方法客户机上浏览器向应用服务器通过HTTP协议发出Web请求应用服务器上配置OracleNe