数据库历史、未来及应用

1. 数据库历史、未来及应用 资料来源：www.sql-shield.com/sc/ - 8k www.tongji.edu.cn/~yangdy/computer/DataBase/paper2.htm - 9k

2. 概要 • 1.数据库的历史 • 2.数据库的发展 • 3.数据库的未来

3. 数据库的历史 • 数据模型是数据库系统的核心和基础。因此，对数据库技术发展阶段的划分应该以数据模型的发展演变作为主要依据和标志。总体说来，数据库技术从开始到现在一共经历了三个发展阶段：第一代是网状、层次数据库系统，第二代是关系数据库系统，第三代是以面向对象数据模型为主要特征的数据库系统。

4. 数据库的历史 • 第一代包括网状和层次数据库系统，是因为它们的数据模型虽然分别为层次和网状模型，但实质上层次模型只是网状模型的特例而已。这二者都是格式化数据模型，都是在60年代后期研究和开发的，不论是体系结构、数据库语言，还是数据的存储管理，都具有共同特征，所以它们应该划分为一代。

5. 数据库的历史 • 第二代数据库系统支持关系数据模型。关系模型不仅具有简单、清晰的优点，而且有关系代数作为语言模型，有关系数据理论作为理论基础。因此关系数据库具有形式基础好、数据独立性强、数据库语言非过程化等特点，这些特点是数据库技术发展到了第二代的显著标志。虽然关系数据模型描述了现实世界数据的结构和一些重要的相互联系，但是仍然不足以抓住和表达数据对象所具有的丰富而重要的语义，因而它属于语法模型。

6. 数据库的历史 • 第三代数据库系统的特征是数据模型更加丰富，数据管理功能更为强大，能够支持传统数据库难以支持的新的应用需求。

7. 数据库的未来 • 从最早用文件系统存储数据算起，数据库的发展已经有 50 多年了，其间经历了 20 世纪 60 年代的层次数据库（IBM 的 IMS）和网状数据库（GE 的 IDS）的并存，70 年代~80 年代关系数据库的异军突起，90 年代对象技术的影响。50 年后，关系数据库依然处于主流地位。在关系技术之后，在新形势下，数据库应该如何发展？又有哪些重要的趋势呢？最近，《Software Development》杂志举办了一次专家论坛，讨论数据库的未来。论坛由咨询师和作家，《Dr. Dobb's Journal》XML 与 Web Services 技术频道的编辑 Ken North 主持，与会的有六位大师：Rick Cattell， Don Chamberlin ，Daniela Florescu，Jim Gray，和 Jim Melton。

8. 数据库的未来 • 讨论首先从回顾历史开始。North 回忆起当年一辆 IBM 1410 计算机的价格抵得上 300 辆野马跑车，而现在一台双 CPU 带 RAID 的服务器，价格还不到一辆野马跑车的 10%，大家都笑起来。相对硬件的发展速度而言，数据库的功能似乎进展得还不够快。毋庸置疑，今天，信息的存储、组织、管理和访问，依然是计算机技术最重要的领域之一。近年来，随着科学技术、电子商务尤其是 Internet 的迅猛发展，信息的来源、数量、形式和使用方式都发生了很大变化，使传统关系数据库面临着巨大挑战。各位大师面向未来展望了各种重要的趋势。

9. 数据库的未来 • Jim Gray 认为："如今，普通使用者也开始有了在桌面电脑上方便地存储和访问任何形式海量信息的需要，比如自己喜欢的一首歌曲、家里拍的一段视频、一幅扫描的图片，这些现在非得保存为文件的东西，就需要能够直接存入数据库。而检索时，既可以通过一些标识文字，也可以通过乐符查询、人脸识别、甚至是 OCR（光学字符识别）等等更自然的方式。微软目前有 3000 人的开发团队，正在致力于将所有这些集成在桌面操作系统中。我的小组里，有三个人在开发类似的但是相对廉价的版本。所以，这样的梦想可能不久后就会变成现实。当然，整个过程难度很大。"

10. 数据库的未来 • "这的确是一个大趋势，"Jim Melton 表示同意。"事实上，和过去数据库处理的结构化信息不同，我们今天首先要解决的是如何处理复杂类型的数据：文本、时间性、空间性、声音、图形和视频数据等等。最有效的方式，显然是数据库本身就支持它们，将它们作为内置数据类型中的一等公民。"

11. 数据库的未来 • 来自对象数据库技术阵营的代表人物 Rick Cattell 三句不离本行："对象数据库或者对象-关系数据库已经很好地实现了对这些扩展数据类型的支持。目前的数据库已经同时支持对文本和结构化数据的查询了，但是在同时支持信息检索的概率推理方面还有差距。"他还谈到了数据库中对编程的支持，毕竟他是 Sun公 司 J2EE 的技术掌门人，是 JDBC、JDO 背后的力量。"数据库如今已经加入了用户定义过程的功能，允许添加带有一定行为的数据类型。但是，过程以及其他可执行代码实现方式比如触发器，都还只是数据库中的二等公民，这一点需要做出改变。"

12. 数据库的未来 • 而来自 BEA 的 Florescu 则提到了目前比较热门的传感器网络计划，将在很大的地理范围内部署巨量节点的传感器，监控一定区域内各种物体的状态和位置。这个项目本身蕴含着巨大的潜力，有可能掀开军事情报和指挥、环境监测、资源勘察、气象预报、交通控制等等领域的新篇章，甚至改变我们的日常生活：如果家里的每个物体上都有一个传感器的话，找不到或者丢失东西，都将成为历史。这对数据库技术当然提出了极高要求。想象一下，成千上万，甚至数以十万、百万计的传感器实时发送的流信息，该是何等景象？

13. 数据库的未来 • 对于 P2P 计算能否取代客户端- 服务器模型成为主要数据库存储方案，专家们取得了一致。Chamberlin 说: "P2P 可能更适用于更新较少的应用场合。"而 Jim Gray 认为，如果没有任何网络带宽限制的话，P2P 模式才是有可能的，因为它需要大量的数据传输。他们对所谓元组空间（tuple space）计算模型都给予了负面评价。

14. 数据库的未来 • 在 Jim Gray 看来，缺乏元数据是目前数据库技术无法解决 Web 中问题的主要原因。举例来说，寻找满足某种条件的一张照片或者一段音乐，就目前而言，是难以解决的。

15. 数据库的未来 • 当听到有人问及"如何在文档中进行查询"时，Don Chamberlin 当仁不让地接过了话筒。他比较了传统数据库中的结构化数据和 Web 上非结构化或者半结构化、异构、稀疏型的数据。他说："自从上世纪 90 年代以来，似乎一夜之间，所有计算机都连接起来了，信息空前激增。但是这些突然出现的信息并不都是由行和列组成的，有跟顺序无关的，还有流式数据比如股票行情报告系统。"有着数据库查询和文档处理两方面背景的 Chamberlin 深信，XML 在未来的数据库中将处于中心地位："XML 将成为文档交换的主要格式。

16. 数据库的未来 • 它是灵活的，而且能够自我描述。许多程序都需要用交换数据的格式进行查询。其他数据都将映射为 XML，通过接口与外界联系。但是关系数据库和 SQL 不会退出历史舞台，因为它们在数据的无关性方面，在处理关系上有着天然的优势。"当然，Chamberlin 也承认："还有许多工作要做。比如更新和事务处理问题、XML 数据的索引问题就需要认真解决，这也是 W3C XQuery 工作组目前的重点。我们必须像多年来开发关系数据库那样，围绕 XML 构建健全的基础设施。"

17. 数据库的未来 • 对于数据库未来的发展方向，Cattel 显然有不同的看法："我可不认为纯 XML 数据库会有美好的未来。人们难道会完全用 XML 格式来存储和查询数据吗？性能肯定是大问题！我在 10 年前就站到了另一边，赞成通过面向对象技术解决问题，实际上目前的主流厂商，都已经在关系数据库中很好地支持了对象。互操作性和兼容性当然重要，XML 作为通用的数据交换模型，因为它的可扩展性，可能会非常适用于各种特殊目的的专门市场，但是绝不会替代关系数据库。"

18. 数据库的未来 • 而作为 Chamberlin 的亲密战友和 XML 查询引擎方面的专家， Daniella Florescu 表明了自己对于 XML 数据库的信心："我认为 XML 查询的优化潜力是很大的，其性能完全有可能超过 SQL。目前，在 XML 元素、Java 对象和数据库表行之间进行数据编组（marshalling）和解组是性能的瓶颈所在，这也就是所谓'Web 服务阻抗'。凭我的经验，我相信未来如果直接用 XML 编程，就可以克服这种问题。"短短的 1 个小时时间，当然不可能将数据库未来的发展完全涵盖，但是与会者都从中受益匪浅。类似的讨论会，今年 3 月份举行的 SD 大会上还会举行，让我们翘首关注吧。

19. 数据库的应用 • 嵌入式移动数据库技术目前已经从研究领域向更广泛的应用领域发展，随着移动通信技术的进步和人们对移动数据处理和管理需求的不断提高，与各种智能设备紧密结合的嵌入式移动数据库技术已经得到了学术界、工业界、军事领域、民用部门等各方面的重视。人们将发现，不久的将来嵌入式移动数据库将无处不在。人们希望随时随地存取任意数据信息的愿望终将成为现实。

20. 数据库的应用 • 由于计算环境的变化，嵌入式移动数据库极为引人注目的特征就是：无处不在。

21. 数据库的应用 • 应用现状 从计算机技术及其应用发展的历史来看，计算机技术，尤其是数据库技术发展的原动力主要来自两个方面，即：不断发展扩大的应用需求和其它支撑技术的发展。嵌入式移动数据库领域的研究在继续深入发展的同时，也已经进入了实用化和产品化的阶段。

22. 数据库的应用 纵观目前国际、国内嵌入式数据库的应用情况，嵌入式数据库或移动式数据库的应用处于一个“百花齐放、百家争鸣”的状态。也就是说，目前基于嵌入式数据库应用的市场需求已经进入加速发展的阶段。但应用需求多种多样，计算平台也是各有特色，还没有任何一家厂商能够做到一统天下，整个市场的需求空间仍然很大。

23. 数据库的应用 • 两种应用 基于嵌入式移动数据库的应用可划分为水平应用和垂直应用。所谓水平应用，是指应用方案能够用于多种不同行业，只需要极少的定制工作；而垂直应用则针对特定行业的应用，数据处理具有独特性。

24. 数据库的应用 • （一）水平应用 这类应用可用于不同的领域，应用核心不需要修改，只需对应用的前端或后端进行适当的定制。

25. 数据库的应用 • 1.数据库信息存取 移动用户通过前端嵌入式数据库应用工具，直接向网络数据库服务器提交查询，将检索到的结果缓存或复制到嵌入式数据库中，进行本地管理。这些前端工具可能进行一定的定制，后台数据库服务器也可能作一些修改。

26. 数据库的应用 • 2.场地内或场地间的移动应用 应用中的移动用户在某个或某几个场地内移动，同时保持与基地服务器的联系，这种典型应用有存货清单和制造公司的车间管理等。

27. 数据库的应用 • 3.基于GPS和GLS的应用 这类应用通过地球同步通讯卫星（GPS类）传送地图信息或位置信息，或者通过发射器的信号广播（GLS类）来发送位置信息，各种位置信息、环境信息以及其它的辅助资料可以保留在嵌入式数据库中。例如GIS系统（Geographic Information System）通过获取指定地点的地图信息来指导工作，该系统可以应用到自然资源和环境控制中。

28. 数据库的应用 • 4.现场审计和检查 移动用户是具有一定审计、检查、监督等权利的检查人员，在处理过程中要连接到受检查者的信息数据库，并进行必要的更新，同时更新被检查者的嵌入式数据库。例如：出租车检查、财务审计、施工监督、车辆保险协调等。 上面所列举的应用都具有较大的通用性，每一类都可以向不同的行业扩展。

29. 数据库的应用 • （二）垂直应用 与水平应用相比，垂直型应用具有明显的行业特殊性，不同领域的应用之间差别较大，结果表示和服务器数据库的管理也有很大不同。主要涉及保险、银行业、航班信息、政府部门等具体的行业领域。

30. 数据库的应用 • 1.金融行业的应用 主要涉及保险业、银行业、股票交易等。如保险业业务员将客户在多个账户中的信息进行汇总，并在必要时给出某种形式的报告。基于掌上电脑或其它移动设备上的嵌入式数据库所建立的移动应用能够很好地满足应用的需求。

31. 数据库的应用 • 2.零售业和分销行业应用 手工操作或固定的POS销售，已经发展为无线网络中基于嵌入式数据库的移动电子存单管理和无线POS系统。另外，支持无线Modem的移动自动售货机可以支持信用卡支付，以无线通讯方式实时进行注册、验证，完成交易处理。

32. 数据库的应用 • 3.卫生保健应用 这类应用包括远程会诊、紧急医疗服务、现场医疗数据收集等。医生通过无线网络，可以在任何地方提取病人病历，研究疾病，制定处方。

33. 数据库的应用 • 4.法律和公共安全 移动用户的可移动性在案犯追捕中具有明显的优点。警务人员的移动设备的嵌入式数据库中保留一定的案犯信息，可以随时检索疑犯信息。

34. 数据库的应用 • 5.运输业 使用移动计算技术可以降低送货/装货的成本，通过GIS实现远程监控和规划。运输工具上安装定制的微型计算机，可以接入所在地区的服务器，并在计算机中保存交通信息数据库，来指导司机的决定。

35. 数据库的应用 • 此外，还有其它一些专门的移动应用，如航空、铁路、服务等行业，它们都要求提供方便、快捷的服务。而自动交通税收、自动仪表信息收集和电子地图等应用更具有明显的行业特殊性。

36. 数据库的应用 • 基本架构 在基于嵌入式数据库的应用解决方案中，嵌入式应用是直接使用嵌入式数据库的第一级应用。在目前各种应用解决方案中，基本上都采用了如图1所示的体系结构。

38. 数据库的应用 • 在这个嵌入式架构中，嵌入式数据库系统能够和嵌入式操作系统有机地结合在一起，为应用开发人员提供有效的本地数据管理手段，同时提供各种定制条件和方法。

39. 数据库的应用 • 目前，各种嵌入式数据库系统提供应用定制的方法主要有编译法和解释法两种。前者是将应用所使用的数据管理操作固定在应用中，在应用生成后，如果需要调整操作，参数也要重新生成。而解释法则将数据操作的解释器集成在应用中，生成后的应用对新的操作也能够起作用。无论哪种方式，嵌入式数据库系统都要努力降低自己的资源消耗，提高处理效率。

40. 数据库的应用 • 展望未来 嵌入式移动数据库将随着各种移动设备、智能计算设备、嵌入式设备的发展而迅速发展。随着设备上的嵌入式应用对数据管理的要求不断提高，嵌入式数据库技术的地位也日显重要，它将在在各个应用领域中扮演越来越重要的角色。

41. 数据库的应用 • 我们可以想象一下2008年北京奥运会的情景： 游客在奥运期间同时游览北京，他（或她）可以在观光之前规划自己的旅行路线，并将线路上的景点的信息以熟悉的语言下载到他的智能导游设备的嵌入式数据库中。在不同的景点，他都可以得到一定的导游信息。同时导游服务系统也能够根据游客的情况变化和游客的具体要求，提供最新资料。

42. 数据库的应用 • 要实现这种灵活方便的导游服务系统，需要在理论研究和实现上做许多工作，包括嵌入式移动数据库及其同步服务器技术的提高。 • 此外，在未来的军事、航空、国土资源管理、移动医疗等领域嵌入式数据库系统将占据一定的主导作用。笔者认为，随着移动计算、普遍化计算向现实生活的迈进，各种嵌入设备或移动设备将成为人民生活中不可或缺的一部分，那时的嵌入式数据库技术将使得数据库成为无处不在的数据库。