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与发展趋势。

(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,就是现代计算机信息系统与计算机应用系统的基础与核心。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就是1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管理系统IMS与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就是有根的定向有序树,网状模型对应的就是有向图。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与一定的逻辑独立性;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就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,实体与实体之间的连系用关系来表示;2、以关系数学为基础;3、数据的物理存储与存取路径对用户不透明;4、关系数据库语言就是非过程化的。

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,于就是产生了第三代数据库。主要有以下特征:1、支持数据管理、对象管理与知识管理;2、保持与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、可扩展性与互操作性等。第三代数据库支持多种数据模型(比如关系模型与面向对象的模型),并与诸多新技术相结合(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瞧待。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与容错性。多媒体数据库提供了一系列用来存储图像、音频与视频对象类型,更好地对多媒体数据进行存储、管理、查询。模糊数据库就是存储、组织、管理与操纵模糊数据库的数据库,可以用于模糊知识处理。一、摇篮与萌芽阶段:首先使用"DataBase"一词的就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与基本思想,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,数据库的未来将就是面向对象的时代。

面向对象的关系数据库技术关系数据库几乎就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与关系数据库的功能进行有机结合而进行研究就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就是能够表示复杂的数据模型,但由于没有统一的数据模式与形式化理论,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

非结构化数据库就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与重复字段进行处理与数据项的变长存储管理,在处理连续信息(包括全文信息)与非结构信息 (重复数据与变长数据)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,而就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,这将就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,并认为多媒体技术与可视化技术引入多媒体数据库将就是未来数据库技术发展的热点与难点。

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与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与电子商务两个方向不断发展的观点。她们指出 :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与国信证券系统等。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,她们认为 :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与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,但就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与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与物理独立性,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就是三级模式结构,它包括外模式、模式与内模式。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。它就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,就是对数据库中全部数据的逻辑结构与特征的总体描述,就是所有用户的公共数据视图(全局视图)。它就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。它就是某个或某几个用户所瞧到的数据库的数据视图,就是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式就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,它就是数据库中全体数据的内部表示或底层描述,就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,它就是数据库的存储观。

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与物理独立性。

(1)模式/内模式的映像:

该映像存在于概念级与内部级之间,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与概念级之间,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与定义、描述数据库逻辑结构的模式,也就是惟一的,但建立在数据库系统之上的应用则就是非常广泛、多样的,所以对应的外模式不就是惟一的,也不可能就是惟一的。

三级模式间的映射数据库的三级模式就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与存储。实际上 ,对于

一个数据库系统而言一有物理级数据库就是客观存在的,它就是进行数据库操作的基础,概念级数据库中不过就是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述(即模式),用户级数据库则就是用户与数据库的接口,它就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,定义与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。

数据的独立性就是由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与数据的逻辑独立性。

(1)数据的物理独立性:

就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就是数据的逻辑结构,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。但就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:

就是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构就是相互独立。数据的逻辑结构发生改变后,用户程序也可以不修改。但就是为了保证应用程序的正常执行我们要修改外模式/概念模式之间的映射。

3、关系数据库有那些优势与不足,简述对象关系数据模型及其与关系数据数据模型的联系与区别。

(1) 关系数据库的优势:

a.灵活性与建库的简单性:从软件开发的前景来瞧,用户与关系数据库编程之间的接口就是灵活与友好的。目前在多数RDDMS产品中使用标准查询语言SQL,允许用户几乎毫无差别地从一个产品到另一个产品存取信息。与关系数据库接口的应用软件具有相似的程序访问机制,提供大量标准的数据存取方法。

b.结构简单:从数据建模的前景瞧,关系数据库具有相当简单的结构(元组),可为用户或程序提供多个复杂的视图。数据库设计与规范化过程也简单易行与易于理解。由于关系数据库的强有力的、多方面的功能,已经有效地支持许多数据库纳应用。

(2) 关系数据库的不足:

a、数据类型表达能力差:从下一代应用软件的发展角度来瞧,关系数据库的根本缺陷在于缺乏直接构造与这些应用有关的信息的类型表达能力,缺乏这种能力将产生以下有害的影响,例如:大多数RDBMS产品所采用的简单类型在重构复杂数据的过程中将会出现性能问题;数据库设计过程中的额外复杂性;RDBMS产品与编程语言在数据类型方面的不协调。大多数现代的RDBMS产品已成熟地用于商务与财政方面,而这些领域不要求很高与很复杂的数据模型。虽然这些产品多多少少克服了一些以上所述的缺点,但从理论上瞧关系数据模型不直接支持复杂的数据类型,这就是由于第一范式的要求,所有的数据必须转换为简单的类型,如整数、实数、双精度数与字符串。对于工程应用来说,这种不能支持复杂数据类型的典型结果就就是需要额外地分解数据结构工作,这些被分解的结构不能直接表示应用数据,且从基本成分重构时也非常繁琐与费时间。

b.复杂查询功能差:关系数据库系统的某些优点也同时就是它的不足之处。虽然SQL语言为数据查询提供了很好的定义方法,但当用于复杂信息的查询时可能就是非常繁琐的。此外,在工程应用时规范化的过程通常会产生大量的简单表。在这种环境下由存取信息产生的查询