高级数据库技术试卷

《高级数据库技术与应用》期末试题（2013）1.数据库技术发展阶段如何划分，简述当前数据库技术热点和发展趋势。

（1）数据库技术发展阶段数据库技术的发展，已经成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机应用系统的基础和核心。

数据库技术最初产生于20世纪60年代中期数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。

第一代数据库的代表是1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管理系统IMS和70年代美国数据库系统语言协商CODASYL下属数据库任务组DBTG提议的网状模型。

层次数据库的数据模型是有根的定向有序树，网状模型对应的是有向图。

这两种数据库奠定了现代数据库发展的基础。

这两种数据库具有如下共同点：1.支持三级模式（外模式、模式、内模式）。

保证数据库系统具有数据与程序的物理独立性和一定的逻辑独立性；2.用存取路径来表示数据之间的联系；3.有独立的数据定义语言；4.导航式的数据操纵语言。

第二代数据库的主要特征是支持关系数据模型（数据结构、关系操作、数据完整性）。

关系模型具有以下特点：1.关系模型的概念单一，实体和实体之间的连系用关系来表示；2.以关系数学为基础；3.数据的物理存储和存取路径对用户不透明；4.关系数据库语言是非过程化的。

第三代数据库产生于80年代，随着科学技术的不断进步，各个行业领域对数据库技术提出了更多的需求，关系型数据库已经不能完全满足需求，于是产生了第三代数据库。

主要有以下特征：1.支持数据管理、对象管理和知识管理；2.保持和继承了第二代数据库系统的技术；3.对其它系统开放，支持数据库语言标准，支持标准网络协议，有良好的可移植性、可连接性、可扩展性和互操作性等。

第三代数据库支持多种数据模型（比如关系模型和面向对象的模型），并和诸多新技术相结合（比如分布处理技术、并行计算技术、人工智能技术、多媒体技术、模糊技术），广泛应用于多个领域（商业管理、GIS、计划统计等），由此也衍生出多种新的数据库技术。

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。

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。

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。

一、摇篮和萌芽阶段：首先使用"DataBase"一词的是美国系统发展公司在为美国海军基地在60年代研制数据中引用。

（2）数据库技术的热点以及发展的主要趋势：a.下一代数据库技术的发展主流针对关系数据库技术现有的局限性，理论界如今主要有三种观点: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，而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。

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向。

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学逻辑基础，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。

b.数据库技术发展的新方向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。

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如今流行的关系数据库，而是它们的有益的补充。

c.数据库技术发展的又一趋势有学者指出：数据库与学科技术的结合将会建立一系列新数据库，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，许多研究者都对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。

d.未来数据库技术及市场发展的两大方向数据仓库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：从上一年开始，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，纷纷建立起数据仓库系统。

在中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，已经建设成功并已收回投资的项目主要有招商银行系统和国信证券系统等。

当前，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：如今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连接途径，通过Internet我们可以实现所谓的One One Marketing和One One business，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。

e.面向专门应用领域的数据库技术许多研究者从实践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，尤其表如今数据模型、语言、查询方面。

部分研究者认为，随着研究工作的继续深和数据库技术在实践工作中的应用，数据库技术将会更多朝着专门应用领域发展。

2.简述关系数据库三级模式两级映射体系结构及其意义。

（1）关系数据库三级模式两级映射体系结构为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式。

内模式/模式确定它的物理独立性，模式/外模式确定它的逻辑独立性，也就是二级映射体系结构。

1.模式模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。

它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述，是所有用户的公共数据视图(全局视图)。

它是由数据库管理系统提供的数据模式描述语言(Data Description Language，DDL)来描述、定义的，体现、反映了数据库系统的整体观。

2．外模式外模式又称子模式，对应于用户级。

它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

外模式是从模式导出的一个子集，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。

用户可以通过外模式描述语言来描述、定义对应于用户的数据记录(外模式)，也可以利用数据操纵语言(Data Manipulation Lang uage，DML)对这些数据记录进行。

外模反映了数据库的用户观。

3．内模式内模式又称存储模式，对应于物理级，它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式翱物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。

内模式由内模式描述语言来描述、定义，它是数据库的存储观。

4. 两级映射：模式/内模式映像、外模式/模式映像。

正因为这两级映射保证了数据库中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

（1）模式/内模式的映像：该映像存在于概念级和内部级之间，实现了概念模式到内模式之间的相互转换。

（2）外模式/模式的映像：该映像存在于外部级和概念级之间，实现了外模式到概念模式之间的相互转换。

（2）关系数据库三级模式两级映射意义数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘上，而概念模式提供了连接这两级模式的相对稳定的中间观点，并使得这两级的任意一级的改变都不另一级的牵制在一个数据库系统中，只有唯一的数据库，因而作为定义、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式，也是惟一的，但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的，所以对应的外模式不是惟一的，也不可能是惟一的。

三级模式间的映射数据库的三级模式是数据库在三个级别(层次)上的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。

实际上，对于一个数据库系统而言一有物理级数据库是客观存在的，它是进行数据库操作的基础，概念级数据库中不过是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述(即模式)，用户级数据库则是用户与数据库的接口，它是概念级数据库的一个子集(外模式)。

用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式一模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变；另一方面，通过模式一内模式映射，定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式一内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。

数据的独立性是由DBMS的两级映像功能来保证的。

数据的独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性。

（1）数据的物理独立性：是指当数据库的内模式发生改变时，数据的逻辑结构不变。

由于应用程序处理的只是数据的逻辑结构，这样物理独立性可以保证，当数据的物理结构改变了，应用程序不用改变。

但是为了保证应用程序可以正确执行，我们需要修改概念模式/内模式之间的映射。

（2）数据的逻辑独立性：是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立。