數(shù)據(jù)庫(kù)的其它新技術(shù)課件

第13章數(shù)據(jù)庫(kù)的其他新技術(shù)

13.1概述

13.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)

13.3多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)

13.4主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)

13.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

13.6工程數(shù)據(jù)庫(kù)

13.7空間數(shù)據(jù)庫(kù)

13.8移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)13.1概述

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末期，短短30年間已從第一代層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)，第二代關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)發(fā)展到第三代以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)不斷應(yīng)用到新的領(lǐng)域，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)面臨著以下新的挑戰(zhàn)：

(1)信息爆炸導(dǎo)致數(shù)據(jù)量劇增。隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的加快，信息量急劇增長(zhǎng)。如構(gòu)成人類基因組的DNA排列圖譜，每個(gè)基因組DNA排列長(zhǎng)達(dá)幾十億個(gè)元素，每個(gè)元素又是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)單元，據(jù)估計(jì)人類的基因組約5～6萬(wàn)種，如何表示、訪問(wèn)和處理這樣的圖譜結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的難題。13.1概述

(2)數(shù)據(jù)類型的多樣化和一體化要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基本上是面向記錄的，以字符表示的格式化數(shù)據(jù)為主，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多種多樣信息類型的需求。新的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)能支持各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、語(yǔ)音、文本、視頻、動(dòng)畫(huà)、音樂(lè)等。

（3)當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)還不能處理不確定或不精確的模糊信息。目前，一般數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，除空值外都是確定的。但是實(shí)際生活中要求數(shù)據(jù)庫(kù)能表示、處理不確定或不精確的數(shù)據(jù)。13.1概述

20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，尤其是進(jìn)入90年代，數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)了許多新分支。數(shù)據(jù)庫(kù)與其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的新分支有：與面向?qū)ο蠹夹g(shù)結(jié)合出現(xiàn)的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)，與分布技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，與并行處理技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)，與多媒體技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，與人工智能技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和演繹數(shù)據(jù)庫(kù)、與模糊技術(shù)相結(jié)合出現(xiàn)的模糊數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)面向不同的應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)的新分支有：面向決策支持出現(xiàn)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，面向工程設(shè)計(jì)出現(xiàn)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)，面向地理信息系統(tǒng)（GIS）出現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，面向移動(dòng)計(jì)算環(huán)境出現(xiàn)的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等。以上這些數(shù)據(jù)庫(kù)都是將要在后面各節(jié)中分別加以介紹的。13.1概述模糊技術(shù)新技術(shù)內(nèi)容關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ头植技夹g(shù)并行技術(shù)多媒體技術(shù)人工智能應(yīng)用領(lǐng)域圖13.1數(shù)據(jù)庫(kù)家族的新成員分布式數(shù)據(jù)庫(kù)并行數(shù)據(jù)庫(kù)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)模糊數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工程數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)決策支持移動(dòng)計(jì)算工程設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)層次網(wǎng)狀模型13.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)13.2.1并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目標(biāo)13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)13.2.3數(shù)據(jù)劃分13.2.4并行處理技術(shù)13.2.5并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別

13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（ParallelDatabaseSystem，簡(jiǎn)稱PDBS）是以并行計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以高性能和可擴(kuò)展性為目標(biāo)，利用多處理器結(jié)構(gòu)提供比大型機(jī)系統(tǒng)高得多的性能價(jià)格比和可用性的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。人們普遍認(rèn)為，并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將是未來(lái)的高性能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。并行數(shù)據(jù)庫(kù)的研究主要包括以下幾個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)庫(kù)操作的并行算法的研究，它要解決如何對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行并行操作的問(wèn)題；二是并行數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的研究，它要考慮如何劃分多處理機(jī)、如何劃分或共享磁盤及內(nèi)存等，以保證能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的并行操作；三是并行查詢優(yōu)化的研究，查詢優(yōu)化是數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的一個(gè)傳統(tǒng)課題，但并行查詢優(yōu)化更加復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難得多。

13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)目前，對(duì)并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究已取得很大成效，出現(xiàn)了一些并行數(shù)據(jù)庫(kù)的原型系統(tǒng)，如ARBRE、BUBBA、GAMMA、GRACE、ERADAT、XPRS等，一些運(yùn)行在大規(guī)模并行處理系統(tǒng)上的大型商品化數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)如Oracle、Sybase等，也增加了并行處理能力。13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有共享內(nèi)存（Shared-memory）結(jié)構(gòu)、共享磁盤（Shared-disk）結(jié)構(gòu)和無(wú)共享資源（Shared-nothing）結(jié)構(gòu)等三種。1.共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，多個(gè)處理器、多個(gè)磁盤和共享內(nèi)存通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤上，可被所有處理器通過(guò)連接網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)是單SMP（緊耦合全對(duì)稱多處理器）硬件平臺(tái)上最優(yōu)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.共享磁盤結(jié)構(gòu)

在該結(jié)構(gòu)中每個(gè)處理器都有單獨(dú)的內(nèi)存，但多個(gè)磁盤是共享的，每個(gè)處理器都可以直接訪問(wèn)所有磁盤上的數(shù)據(jù)。共享磁盤結(jié)構(gòu)是共享磁盤的松耦合群集機(jī)硬件平臺(tái)上最優(yōu)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。采用共享磁盤結(jié)構(gòu)，每個(gè)處理器都有自己的私有內(nèi)存，消除了內(nèi)存訪問(wèn)瓶頸。但多處理器對(duì)共享磁盤的訪問(wèn)會(huì)造成磁盤訪問(wèn)瓶頸，因而處理器的數(shù)目最多只能擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)，可擴(kuò)展性仍不夠理想。13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖13.3共享磁盤結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)處理器磁盤磁盤處理器處理器內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存磁盤磁盤13.2.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)3.無(wú)共享結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)庫(kù)表劃分在多個(gè)結(jié)點(diǎn)上，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有獨(dú)立的內(nèi)存和磁盤，結(jié)點(diǎn)處理器之間的通信和數(shù)據(jù)交換通過(guò)高速的連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。無(wú)共享結(jié)構(gòu)是MPP（大規(guī)模并行處理）和SMP群集機(jī)硬件平臺(tái)上最優(yōu)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜查詢和超大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。采用無(wú)共享結(jié)構(gòu)，每個(gè)處理器都有自己的內(nèi)存和磁盤，實(shí)現(xiàn)了共享資源最小化，具有極佳的可擴(kuò)展性，處理器的數(shù)目可擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)，并可獲得接近線性的伸縮比；可在多個(gè)結(jié)點(diǎn)上復(fù)制數(shù)據(jù)，可用性較高；消除了內(nèi)存訪問(wèn)瓶頸。13.2.3數(shù)據(jù)劃分?jǐn)?shù)據(jù)劃分是為了實(shí)現(xiàn)并行操作，物理地將數(shù)據(jù)庫(kù)劃分為多個(gè)子集存儲(chǔ)在不同的磁盤上。劃分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)可依據(jù)一個(gè)屬性的值，也可同時(shí)依據(jù)多個(gè)屬性的值，前者稱為一維數(shù)據(jù)劃分，后者稱為多維數(shù)據(jù)劃分。常用的一維數(shù)據(jù)劃分方法有三種：輪轉(zhuǎn)（round-robin）劃分法、值域（range）劃分法和散列（hash）劃分法。1.輪轉(zhuǎn)劃分法

輪轉(zhuǎn)劃分法將一個(gè)關(guān)系的所有元組按順序均勻分配到多個(gè)磁盤上，最適用于進(jìn)行整個(gè)關(guān)系順序掃描的查詢應(yīng)用。這種分布是隨機(jī)的，系統(tǒng)無(wú)法推算出數(shù)據(jù)的存放位置，當(dāng)查詢具有某一屬性值的元組時(shí)需對(duì)多個(gè)磁盤并行掃描，操作開(kāi)銷大。13.2.3數(shù)據(jù)劃分2.值域劃分法

值域劃分法按某個(gè)屬性的值來(lái)劃分?jǐn)?shù)據(jù)。此方法最適合于在劃分屬性上進(jìn)行的范圍查詢，這時(shí)可以跳過(guò)所有無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)子集，直接訪問(wèn)到與查詢有關(guān)的子集。3.散列劃分法

散列劃分法是按照某個(gè)屬性的值，利用散列函數(shù)來(lái)劃分?jǐn)?shù)據(jù)。此方法可保證數(shù)據(jù)分布比較均勻，既適合全關(guān)系掃描，又適合按劃分屬性的查詢。13.2.4并行處理技術(shù)1.查詢間的并行

查詢間的并行是指不同用戶事務(wù)或同一事務(wù)內(nèi)部不同查詢間的并發(fā)執(zhí)行。查詢間的并行可以提高并行數(shù)據(jù)庫(kù)的事物吞吐量而不會(huì)縮短單個(gè)事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。2.查詢內(nèi)的并行

查詢內(nèi)的并行是使一個(gè)查詢的一個(gè)或多個(gè)操作在多個(gè)處理器上并行執(zhí)行，因此可以加快查詢處理的速度。13.2.5并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別分布式數(shù)據(jù)庫(kù)與并行數(shù)據(jù)庫(kù)特別是無(wú)共享結(jié)構(gòu)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)有很多相似點(diǎn)，但是由于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方法不同，它們之間又有很大不同。1.應(yīng)用目標(biāo)不同并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目標(biāo)是充分發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，利用系統(tǒng)中的各結(jié)點(diǎn)并行地完成數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的整體性能。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要目的在于實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地自治和數(shù)據(jù)的全局透明共享，而不是利用網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)處理性能。13.2.5并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別2.實(shí)現(xiàn)方式不同在并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，為了充分利用各個(gè)結(jié)點(diǎn)的處理能力，各結(jié)點(diǎn)間采用高速網(wǎng)絡(luò)互連，結(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)100Mbps以上，數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)相對(duì)較低，可以通過(guò)系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)負(fù)載平衡和操作并行來(lái)提高系統(tǒng)性能。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，各結(jié)點(diǎn)之間一般采用局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)相連，網(wǎng)絡(luò)帶寬較低，結(jié)點(diǎn)間通信開(kāi)銷較大。13.2.5并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的區(qū)別3.各結(jié)點(diǎn)的地位不同并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中不存在全局應(yīng)用和局部應(yīng)用的概念，各結(jié)點(diǎn)是完全非獨(dú)立的，在數(shù)據(jù)處理中只能發(fā)揮協(xié)同作用。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，各結(jié)點(diǎn)除了能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同完成全局應(yīng)用，更重要的是還具有場(chǎng)地自治性，即每個(gè)場(chǎng)地都是獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，具有高度的自治性。13.3.1多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)概念：媒體是指信息表示或傳播的載體。多媒體是指多種媒體形式，如數(shù)字、字符、文本、圖形、圖像、聲音、視頻的有機(jī)集成。其中數(shù)字、字符等稱為格式化數(shù)據(jù)，文本、圖形、圖像、聲音、視頻等稱為非格式化數(shù)據(jù)，非格式化數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、處理復(fù)雜等特點(diǎn)。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（MultimediaDatabaseSystem，簡(jiǎn)稱MDBS）是結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和多媒體技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)格式化和非格式化的多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和操縱等功能的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。13.3.1多媒體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)多媒體數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)量大。格式化的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量較小，最長(zhǎng)的字符型為254字節(jié)。多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量一般很大，1分鐘的視頻和音頻數(shù)據(jù)往往需要幾十兆的數(shù)據(jù)空間，大小相當(dāng)于一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)以記錄為單位，一條記錄由多個(gè)字段組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。多媒體數(shù)據(jù)種類繁多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多是非格式化數(shù)據(jù)，來(lái)源于不同的媒體且具有不同的形式和格式。13.3.2多媒體體數(shù)據(jù)庫(kù)的特征（3）媒體間的獨(dú)立性。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)面臨的數(shù)據(jù)有單一媒體數(shù)據(jù)和復(fù)合媒體數(shù)據(jù)（多種單一媒體數(shù)據(jù)的結(jié)合）。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)從實(shí)用性的要求出發(fā)，強(qiáng)調(diào)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶應(yīng)可最大限度地忽略各媒體間的差異，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的管理和操作。13.3.３媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能

從實(shí)際應(yīng)用考慮，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能：（1）有效地表示各種媒體數(shù)據(jù)。對(duì)多媒體數(shù)據(jù)根據(jù)應(yīng)用的不同采用不同的表示方法。（2）有效地處理各種媒體數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)能正確識(shí)別和表現(xiàn)各種媒體數(shù)據(jù)的特征、各種媒體間的空間或時(shí)間的關(guān)聯(lián)（如正確表達(dá)空間數(shù)據(jù)的相關(guān)特性和配音、文字和視頻等復(fù)合信息的同步）13.3.３媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能（3）有效地操作各種媒體信息。系統(tǒng)應(yīng)能象對(duì)格式化數(shù)據(jù)一樣對(duì)各種媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索、瀏覽等操作，且對(duì)不同的媒體可提供不同的操縱，如聲音的合成、圖形的縮放等。（4）具備開(kāi)放性。系統(tǒng)應(yīng)能提供多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的API（應(yīng)用程序接口）、提供不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特種事務(wù)處理和版本管理功能。13.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)目前，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要采用以下三種體系結(jié)構(gòu)：組合式結(jié)構(gòu)、集中式結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)。1.組合式結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)是根據(jù)不同媒體的特點(diǎn)分別建立數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，但各MDBMS之間可以相互通信，用戶可對(duì)單個(gè)或多個(gè)MDB進(jìn)行存取，這種結(jié)構(gòu)要求系統(tǒng)中的每個(gè)MDBMS能夠相互協(xié)調(diào)工作，對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但聯(lián)合操作和合成處理則較為困難。13.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖13.5MDBMS的組合式結(jié)構(gòu)MDBMS1MDB1111111MDBMS2MDB2111111DBMS3MDB311111113.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.集中式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)是建立一個(gè)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)集中統(tǒng)一管理所有媒體數(shù)據(jù)庫(kù)。這種結(jié)構(gòu)需要集成多種媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定難度，但便于對(duì)各種媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和處理。

13.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖13.6MDBMS的集中式結(jié)構(gòu)MDBMSMDB1111111MDB2111111MDBn11111113.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)3.客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

各種媒體數(shù)據(jù)的管理分別通過(guò)各自服務(wù)器上的數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)MDM實(shí)現(xiàn)，所有媒體通過(guò)多媒體服務(wù)器上的MDBMS統(tǒng)一管理，客戶和服務(wù)器之間通過(guò)特定的中間件連接，用戶通過(guò)多媒體服務(wù)器使用多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)。13.3.４多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)LAN客戶端MDB1111111MDB2111111MDBn111111圖13.7MDBMS的C/S結(jié)構(gòu)單媒體服務(wù)器MDM單媒體服務(wù)器MDM多媒體服務(wù)器MDBMSMDM13.4主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)13.4.1主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模型13.4.2主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)13.4.1主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模型主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)（ActiveDataBase，簡(jiǎn)稱ADB）是相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的被動(dòng)性而言的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)只能根據(jù)用戶或應(yīng)用程序的服務(wù)請(qǐng)求對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索等操作，而不能根據(jù)發(fā)生的事件或數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)主動(dòng)作出反應(yīng)。主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（ADBMS）是指具有各種主動(dòng)提供服務(wù)功能，并且以一種統(tǒng)一的機(jī)制實(shí)現(xiàn)各種主動(dòng)服務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。13.4.1主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模型一個(gè)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在某一事件發(fā)生時(shí)，引發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)去檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前狀態(tài)，若滿足指定條件，則觸發(fā)規(guī)定執(zhí)行的動(dòng)作，我們稱之為ECA規(guī)則。一個(gè)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可表示為：ADBS=DBS+EB+EM其中DBS代表傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用來(lái)存儲(chǔ)、操作、維護(hù)和管理數(shù)據(jù)；EB代表ECA規(guī)則庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)ECA規(guī)則，每條規(guī)則指明在何種事件發(fā)生時(shí)，根據(jù)給定條件，應(yīng)主動(dòng)執(zhí)行什么動(dòng)作；EM代表事件監(jiān)測(cè)器，一旦檢測(cè)到某事件發(fā)生就主動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)，按照EB中指定的規(guī)則執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。13.4.1主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模型ECA規(guī)則的一般形式：Rule<規(guī)則名>[(<參數(shù)1>,<參數(shù)2>……)]When<事件表達(dá)式>If<條件1>Then<動(dòng)作1>……If<條件n>Then<動(dòng)作n>EndRule13.4.2主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能一個(gè)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：（1）主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)該提供傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的所有功能，且不能因?yàn)樵黾恿酥鲃?dòng)性功能而使數(shù)據(jù)庫(kù)的性能受到明顯影響。（2）主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須給用戶和應(yīng)用提供關(guān)于主動(dòng)特性的說(shuō)明，且說(shuō)明應(yīng)該成為數(shù)據(jù)庫(kù)的永久性部分。（3）主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須能有效地實(shí)現(xiàn)（2）中說(shuō)明的所有主動(dòng)特性，且能與系統(tǒng)的其他部分有效地集成在一起，包括查詢、事務(wù)處理、并發(fā)控制和權(quán)限管理等。（4）主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)能夠提供與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)類似的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和調(diào)試工具。13.4.2主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能１．主要特征（1）ADBMS涵蓋一般DBMS的主要功能。即如果用戶忽略所有主動(dòng)功能，ADBMS可以如同被動(dòng)DBMS一樣。（2）ADBMS支持ECA規(guī)則的定義和管理。ECA規(guī)則集是ADBMS原始信息和數(shù)據(jù)庫(kù)的一部分，ADBMS應(yīng)存儲(chǔ)當(dāng)前哪些規(guī)則存在及其如何定義的信息。這些信息對(duì)用戶和應(yīng)用都是可見(jiàn)的，另外，規(guī)則庫(kù)必須是動(dòng)態(tài)的。即ADBMS必須允許定義新的ECA規(guī)則，刪除過(guò)時(shí)的ECA規(guī)則，可以修改現(xiàn)存規(guī)則的事件、條件或是行動(dòng)定義。規(guī)則可設(shè)為“無(wú)效”和“有效”等。13.4.2主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能（3）ADBMS具有執(zhí)行模塊。即ADBMS能自動(dòng)監(jiān)視各種事件的發(fā)生，并在事件發(fā)生之后對(duì)條件進(jìn)行評(píng)估，完成信息從事件到條件的傳遞，進(jìn)而ADBMS必須能根據(jù)條件是否滿足執(zhí)行相應(yīng)的行動(dòng)。（4）ADBMS應(yīng)支持設(shè)計(jì)環(huán)境。ADBMS必須有良好的可用性，一般需提供工具，如：規(guī)則瀏覽器、規(guī)則設(shè)計(jì)器、規(guī)則庫(kù)分析器、調(diào)試器、維護(hù)工具、跟蹤功能、調(diào)試工具等。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)２.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和主動(dòng)功能部件的耦合程度，主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要有以下三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：分層結(jié)構(gòu)、集成結(jié)構(gòu)和編譯結(jié)構(gòu)。(1)分層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)又稱松散耦合結(jié)構(gòu)，主動(dòng)功能模塊與傳統(tǒng)的被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是完全分離的。在這種結(jié)構(gòu)下，主動(dòng)功能模塊截獲傳到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的服務(wù)請(qǐng)求、返回給用戶或應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，如果用戶定義的事件發(fā)生，這些事件將被直接傳送到主動(dòng)功能模塊，由其執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，不需修改傳統(tǒng)的被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，開(kāi)發(fā)費(fèi)用較低；多個(gè)不同的被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)換成具有統(tǒng)一界面的主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，有利于主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在集成的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，主動(dòng)功能模塊和被動(dòng)DBMS之間數(shù)據(jù)通信量大，系統(tǒng)效率較低；主動(dòng)功能模塊不能直接訪問(wèn)被動(dòng)DBMS內(nèi)的事務(wù)處理器和授權(quán)管理等功能模塊。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(2)集成結(jié)構(gòu)集成結(jié)構(gòu)又稱緊耦合結(jié)構(gòu)。在集成結(jié)構(gòu)中，主動(dòng)功能模塊作為整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的一部分嵌入在DBMS中，對(duì)規(guī)則的管理和處理都集成到了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。在這種結(jié)構(gòu)下，底層數(shù)據(jù)管理器監(jiān)視對(duì)數(shù)據(jù)的各種操作，當(dāng)事件發(fā)生后將會(huì)通知主動(dòng)功能部件，規(guī)則處理部分通過(guò)相應(yīng)功能模塊直接在數(shù)據(jù)庫(kù)上執(zhí)行有關(guān)操作。集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)有兩種實(shí)現(xiàn)途徑：一是修改現(xiàn)有被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，把主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)功能用數(shù)據(jù)庫(kù)工具加入到相關(guān)的功能子系統(tǒng)中；二是重新設(shè)計(jì)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：規(guī)則事件的監(jiān)視、條件評(píng)估和動(dòng)作執(zhí)行都直接發(fā)生在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)的直接存取允許實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的規(guī)則特性，如耦合模式、并發(fā)控制、錯(cuò)誤恢復(fù)等。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：需修改已有代碼，實(shí)現(xiàn)代價(jià)大；如果不同的被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，則被動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的差別可能會(huì)帶到主動(dòng)功能模塊中。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(3)編譯型結(jié)構(gòu)編譯型結(jié)構(gòu)中，當(dāng)應(yīng)用過(guò)程或數(shù)據(jù)庫(kù)操作被編譯時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行修改使其包含主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則的效應(yīng)。其實(shí)現(xiàn)要求應(yīng)用程序語(yǔ)言必須便于修改，以便增加一些操作來(lái)完成規(guī)則處理部分的條件評(píng)估和動(dòng)作執(zhí)行，所有的觸發(fā)事件都通過(guò)編譯器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是省略了事件監(jiān)測(cè)和規(guī)則執(zhí)行環(huán)節(jié)，減小了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度，改進(jìn)了系統(tǒng)性能。缺點(diǎn)是只適用于有限的應(yīng)用語(yǔ)言、規(guī)則語(yǔ)言和規(guī)則集。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)３.規(guī)則管理任何主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都必須包含管理規(guī)則集的功能，包括對(duì)規(guī)則的定義、瀏覽、更新、操縱和權(quán)限管理等。ECA規(guī)則由規(guī)則說(shuō)明語(yǔ)言定義，與所支持的數(shù)據(jù)模型有關(guān)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，ECA規(guī)則可以作為定義在特定關(guān)系上的觸發(fā)器來(lái)說(shuō)明；在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，可作為單獨(dú)的規(guī)則類或一個(gè)規(guī)則類的實(shí)例被定義。規(guī)則一旦被定義，即成為數(shù)據(jù)庫(kù)的永久性部分被保存。對(duì)規(guī)則的操作權(quán)限有：創(chuàng)建權(quán)限、修改和刪除權(quán)限、激活/抑制權(quán)限、查詢權(quán)限。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)４.事件監(jiān)視器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的事件監(jiān)視器。事件監(jiān)視器能有效地檢測(cè)出各種事件的發(fā)生，又不過(guò)多地影響應(yīng)用程序的執(zhí)行速度。這往往需要軟硬件的配合尤其是硬件的支持?？刹扇〉拇胧┯?（1）在單處理器系統(tǒng)中，事件監(jiān)測(cè)器操作控制下的一個(gè)高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程，起到主動(dòng)監(jiān)視各種事件發(fā)生的作用。規(guī)則被分塊時(shí)，可選擇只針對(duì)某一規(guī)則進(jìn)行監(jiān)視以提高效率。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（2）在多處理器系統(tǒng)中，可以獨(dú)立由一個(gè)處理器來(lái)完成事件監(jiān)視器的任務(wù)。（3）當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行到可能發(fā)生事件的地方，如執(zhí)行更新語(yǔ)句之前或之后，都產(chǎn)生一個(gè)軟中斷，迫使轉(zhuǎn)到事件監(jiān)視器工作，以便核實(shí)該事件是否被指定在規(guī)則庫(kù)中，若是則執(zhí)行對(duì)應(yīng)規(guī)則（立即執(zhí)行或延遲執(zhí)行），否則返回。13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)5.ADBMS的實(shí)現(xiàn)途徑（1）改造的途徑最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案就是在原有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。為此只需在原有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之上增建一個(gè)經(jīng)常有機(jī)會(huì)運(yùn)行的事件監(jiān)測(cè)器即可。此時(shí)，事件規(guī)則庫(kù)是統(tǒng)一的一個(gè)庫(kù)，由用戶預(yù)先設(shè)置好，在應(yīng)用程序運(yùn)行的同時(shí)，由事件監(jiān)視器來(lái)監(jiān)視事件的發(fā)生，并自動(dòng)采取相應(yīng)的行動(dòng)13.4.3主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（2）嵌入主動(dòng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的途徑一般的方法是把一般程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言改造成一種主動(dòng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，然后按傳統(tǒng)方法把數(shù)據(jù)庫(kù)操作嵌入在其中執(zhí)行。這種途徑已由主動(dòng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言將事件規(guī)則庫(kù)分成塊，分布在各個(gè)過(guò)程或?qū)ο?當(dāng)采用面向?qū)ο蠓妒綍r(shí))中，運(yùn)行效率可望大大提高。（3）重新設(shè)計(jì)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的途徑重新設(shè)計(jì)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言將數(shù)據(jù)管理和操作與應(yīng)用程序徹底融合在一起，自然也是一條可取的途徑。13.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

13.5.1數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本概念13.5.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)13.5.3數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本體系結(jié)構(gòu)13.5.4數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模式13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具13.5.6數(shù)據(jù)集市13.5.1數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本概念數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的、整合的、穩(wěn)定的，并且時(shí)變地收集數(shù)據(jù)以支持管理決策的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。這是公認(rèn)的“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之父”W.H.Inmon在其“BuildingtheDataWarehouse”一書(shū)中的定義，它指出了數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和事務(wù)處理系統(tǒng)之間的主要差異。粒度是指數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中數(shù)據(jù)單元的詳細(xì)程度和級(jí)別。粒度越小，則細(xì)節(jié)程度越高，級(jí)別越低。分割是指將邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分割成較小的、可以獨(dú)立管理的物理單元進(jìn)行存儲(chǔ)，以提高數(shù)據(jù)處理效率。數(shù)據(jù)分割后的單元稱為分片。維是指人們觀察數(shù)據(jù)的特定角度，是數(shù)據(jù)的視圖。13.5.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)1.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)面向應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)組織的特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是面向主題進(jìn)行組織的。主題是一個(gè)抽象的概念，是對(duì)企業(yè)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在較高層次上進(jìn)行抽象的綜合、歸類并進(jìn)行分析利用。在邏輯意義上，它是相應(yīng)企業(yè)中某一宏觀分析領(lǐng)域所涉及的分析對(duì)象。13.5.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)2.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是集成的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)主要是作分析用，分析用數(shù)據(jù)的最大特點(diǎn)在于它不局限于某個(gè)具體的操作數(shù)據(jù)，而是對(duì)細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的歸納和整理。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的綜合數(shù)據(jù)不能從原有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中直接得到而需從其中抽取。因此，數(shù)據(jù)在進(jìn)入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之前，必須進(jìn)行加工與集成，是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一步。首先要處理原始數(shù)據(jù)中的所有矛盾之處，如單位不統(tǒng)一、字段的同名異義、異名同義等，然后將原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作一個(gè)從面向應(yīng)用到面向主題的大轉(zhuǎn)變。13.5.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)3.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是穩(wěn)定的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)主要是為信息分析提供綜合的、集成的、面向某一分析主題的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)所涉及的主要是維護(hù)查詢。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)反映的是一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)歷史數(shù)據(jù)的內(nèi)容，是不同時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)快照（來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)表或表的子集的最新拷貝）的集合，以及基于這些快照進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、綜合和重組的導(dǎo)出數(shù)據(jù)，而不是聯(lián)機(jī)處理的數(shù)據(jù)，不進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。13.5.2數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)4.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是隨時(shí)間變化的

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性是針對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)的，即用戶進(jìn)行分析處理時(shí)不能進(jìn)行數(shù)據(jù)更新操作。但并不是說(shuō)，在數(shù)據(jù)從集成輸入到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中開(kāi)始到最終被刪除的整個(gè)數(shù)據(jù)生存周期之中，所有數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)都是永久不變的。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)隨時(shí)間變化而變化，具體表現(xiàn)在:(1)隨時(shí)間增加新的數(shù)據(jù)內(nèi)容。(2)隨時(shí)刪去舊的數(shù)據(jù)內(nèi)容。(3)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中包含的大量綜合數(shù)據(jù)中很多本身就與時(shí)間有關(guān)，如按時(shí)間段綜合的數(shù)據(jù)，或按一定時(shí)間間隔獲取的抽樣數(shù)據(jù)等。13.5.3數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本體系結(jié)構(gòu)

一個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本體系結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)組成部分：數(shù)據(jù)源、監(jiān)視器、集成器、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和客戶應(yīng)用。

(1)數(shù)據(jù)源。指為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供最底層數(shù)據(jù)的運(yùn)作數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及外部數(shù)據(jù)。(2)監(jiān)視器。負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)源發(fā)生的變化，并按數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的需求提取數(shù)據(jù)。(3)集成器。負(fù)責(zé)從運(yùn)作數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、綜合等操作集成到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。(4)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。存儲(chǔ)已經(jīng)按部門級(jí)或企業(yè)級(jí)視圖轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)供分析處理用。此外，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中還應(yīng)存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)（MetaData）。(5)客戶應(yīng)用。供用戶對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)查詢，并以直觀的方式表示分析結(jié)果。13.5.4數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模式比較常用的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建模技術(shù)有：第三范式（3NF）、星型模式和雪花模式。下面介紹星型模式和雪花模式。1.星型模式一個(gè)簡(jiǎn)單的星型模式由一個(gè)事實(shí)表和多個(gè)維表組成。復(fù)雜的星型模式包含若干事實(shí)表和維表。2.雪花模式雪花模式是對(duì)星型模式的擴(kuò)展，每個(gè)維都可以向外連接到多個(gè)維。雪花模式對(duì)星型模式的維表進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化，將維表分解成主維表（與事實(shí)表關(guān)聯(lián)）和次維表（與主維表關(guān)聯(lián)）。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具分為兩大類：聯(lián)機(jī)分析處理工具和數(shù)據(jù)挖掘工具。1.聯(lián)機(jī)分析處理（OLAP）OLAP的顯著特征是能提供數(shù)據(jù)的多維概念視圖，使最終用戶從多角度、多側(cè)面、多層次地考察數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，從而深入地理解包含在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息和內(nèi)涵，多維數(shù)據(jù)分析是決策的主要內(nèi)容。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具OLAP的分析功能包括統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表處理等。OLAP的基本分析操作有：（1）切片（slice）。選取多維數(shù)據(jù)的一個(gè)二維子集的動(dòng)作稱為切片。（2）切塊（dice）。選取多維數(shù)據(jù)的一個(gè)三維子集的動(dòng)作稱為切塊。（3）上卷（roll-up）。上卷是沿著維的層次向上聚集匯總數(shù)據(jù)。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具（4）下探（drill-down）。下探是上卷的逆操作，它是沿著維的層次向下，查看更詳細(xì)的數(shù)據(jù)。（5）旋轉(zhuǎn)（rotate）。旋轉(zhuǎn)是改變一個(gè)報(bào)告或頁(yè)面顯示的維方向。目前，OLAP工具可分為兩大類：基于多維數(shù)據(jù)庫(kù)的MOLAP和基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的ROLAP。MOLAP利用專有的多維數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)OLAP分析所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以多維方式存儲(chǔ)并以多維視圖方式顯示。ROLAP則利用關(guān)系表模擬多維數(shù)據(jù)，將分析的結(jié)果經(jīng)多維處理轉(zhuǎn)化為多維視圖展示給用戶。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具2.數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘（DataMining，簡(jiǎn)稱DM）也稱為數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)（KnowledgeDiscoveryinDatabase），是指從大量數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、先前未知的、對(duì)決策有潛在作用的知識(shí)和規(guī)則的過(guò)程。它主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等技術(shù)，高度自動(dòng)化地分析企業(yè)原有數(shù)據(jù)，作出歸納性推理，從中挖掘出潛在的模式，預(yù)測(cè)客戶行為，幫助企業(yè)決策者調(diào)整市場(chǎng)策略，減少風(fēng)險(xiǎn)，作出正確決策。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具(1)數(shù)據(jù)挖掘的特征

①處理的數(shù)據(jù)規(guī)模十分巨大。②查詢一般是決策制定者（用戶）提出的即時(shí)隨機(jī)查詢，往往不能形成精確的查詢要求。③在一些應(yīng)用中要求對(duì)快速變化的數(shù)據(jù)迅速作出反應(yīng)，以提供決策支持。④既要發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)則，還要管理和維護(hù)規(guī)則，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的變化，規(guī)則需隨之更新。⑤規(guī)則的發(fā)現(xiàn)主要基于大樣本的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)的規(guī)則不必使用于所有數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到某一閥值時(shí)即可認(rèn)為有此規(guī)律。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具(2)數(shù)據(jù)挖掘的方法

①關(guān)聯(lián)分析。關(guān)聯(lián)分析是在數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄或?qū)ο箝g抽取關(guān)聯(lián)性，它展示了數(shù)據(jù)之間未知的依賴關(guān)系。②序列模式分析。序列模式分析與關(guān)聯(lián)分析法相似，但側(cè)重于數(shù)據(jù)間的前后（因果）關(guān)系。③分類分析。分類是將數(shù)據(jù)庫(kù)中的一組對(duì)象按某種分類特征進(jìn)行分類，然后描述這些類中對(duì)象的共同特征。④聚類分析。聚類分析是將數(shù)據(jù)庫(kù)中的一組對(duì)象按相似性程度歸成若干類別，目的是使屬于同一類別對(duì)象之間的差別盡可能小，而不同類別的對(duì)象之間的差別盡可能地大。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具(3)數(shù)據(jù)挖掘的工具①基于規(guī)則和決策樹(shù)的工具。大部分?jǐn)?shù)據(jù)挖掘工具采用規(guī)則發(fā)現(xiàn)和決策樹(shù)分類技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)模式和規(guī)則，其核心是某種歸納算法。②基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的工具。挖掘過(guò)程基本上是將數(shù)據(jù)簇聚，然后分類計(jì)算權(quán)值。③數(shù)據(jù)可視化方法。這類工具支持多維數(shù)據(jù)的可視化，提供了多方向同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的圖形化方法。13.5.5數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的前端工具④模糊發(fā)現(xiàn)方法。應(yīng)用模糊邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢排序。⑤統(tǒng)計(jì)方法。這類工具沒(méi)有采用人工智能技術(shù)，因此更適于分析現(xiàn)有信息，而不是從原始數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)模式和規(guī)則。⑥綜合多方法。許多工具采用多種挖掘方法，一般規(guī)模較大。13.5.6數(shù)據(jù)集市數(shù)據(jù)集市是按照某一特定部門的決策支持要求而組織起來(lái)的，針對(duì)一組主題的應(yīng)用系統(tǒng)。例如，財(cái)務(wù)部擁有自己的數(shù)據(jù)集市，用來(lái)進(jìn)行財(cái)務(wù)方面的報(bào)表和分析，市場(chǎng)部、制造部等也可擁有各自專用的數(shù)據(jù)集市，為本部門的決策支持提供輔助手段。事實(shí)上，數(shù)據(jù)集市就是一個(gè)小的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，是企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的一個(gè)子集。建立一個(gè)大而全的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，實(shí)施周期長(zhǎng)，見(jiàn)效慢，費(fèi)用昂貴。與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)相比，能使企業(yè)以較快速度、較低成本且比較容易地建立。當(dāng)然，數(shù)據(jù)集市這種容易建立的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨其多元化而逐漸消失，在面臨多個(gè)數(shù)據(jù)集市的開(kāi)發(fā)時(shí)，它們之間如何協(xié)調(diào)一致、共享設(shè)計(jì)等成為極富挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。13.6工程數(shù)據(jù)庫(kù)13.6.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)13.6.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型13.6.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)13.6.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)

工程數(shù)據(jù)庫(kù)（EngineeringDatabase）是一種能存儲(chǔ)和管理各種工程圖形，并能為工程設(shè)計(jì)提供各種服務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。工程數(shù)據(jù)庫(kù)適用于CAD/CAM、計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）、地理信息處理和軍事指揮、通信等工程應(yīng)用領(lǐng)域。工程數(shù)據(jù)一般由產(chǎn)品的幾何定義、工程分析、制造工藝以及計(jì)劃銷售管理等多個(gè)部分組成，包括產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到銷售等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅類型多、數(shù)據(jù)量大，而且結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不適合于管理工程數(shù)據(jù)，因而提出了工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。13.6.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):(1）復(fù)雜對(duì)象的表達(dá)和處理。一個(gè)工程對(duì)象往往由幾十個(gè)乃至幾百個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)象組成，工程數(shù)據(jù)庫(kù)要有對(duì)這種復(fù)雜對(duì)象的描述能力。（2）復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和集中管理。工程數(shù)據(jù)具有多種類型，如圖形數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)和超長(zhǎng)文本數(shù)據(jù)等。在形態(tài)上，也有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等多種形式。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)支持上述復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。13.6.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)(3）變長(zhǎng)數(shù)據(jù)實(shí)體的處理。在工程設(shè)計(jì)環(huán)境中，工程數(shù)據(jù)的實(shí)體是復(fù)雜的、變長(zhǎng)的。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須能處理可變長(zhǎng)度的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。(4）模式的動(dòng)態(tài)修改和擴(kuò)展。工程設(shè)計(jì)是一種反復(fù)試探，不斷接受用戶反饋，逐步修改的過(guò)程。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須能支持模式的動(dòng)態(tài)修改和擴(kuò)展。（5）數(shù)據(jù)庫(kù)版本管理。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)試探性的過(guò)程，因而保留設(shè)計(jì)過(guò)程是很重要的。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須能有效地存儲(chǔ)并管理不同版本的數(shù)據(jù)。13.6.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)(6)長(zhǎng)事務(wù)及并發(fā)控制。在工程設(shè)計(jì)環(huán)境中，工程師常常需要在交互狀態(tài)下使用一組數(shù)據(jù)工作數(shù)小時(shí)，甚至數(shù)天，結(jié)果造成了通常的并發(fā)控制不適用于長(zhǎng)事務(wù)。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須能進(jìn)行長(zhǎng)事務(wù)和嵌套事務(wù)的處理與恢復(fù)。目前，在解決長(zhǎng)事務(wù)等待方面可采用的方法有版本法（對(duì)象版本化、模式版本化）、成組事務(wù)、軟鎖技術(shù)等。13.6.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型工程數(shù)據(jù)庫(kù)采用的數(shù)據(jù)模型有如下幾種：1.擴(kuò)充的關(guān)系數(shù)據(jù)模型

第一種擴(kuò)充的關(guān)系數(shù)據(jù)模型是NF2（嵌套關(guān)系型）。它允許屬性既可是原子類型也可以是關(guān)系，能表達(dá)“表中表”。在NF2模型中可以把一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象作為一個(gè)整體存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而可把這種復(fù)雜的工程對(duì)象作為整體進(jìn)行操作。此外NF2模型支持隱含的向前引用。第二種擴(kuò)充是取消1NF的限制，允許關(guān)系的屬性域可以是函數(shù)或過(guò)程。這種擴(kuò)充支持關(guān)系間的繼承并引入抽象數(shù)據(jù)模型，支持在關(guān)系上定義函數(shù)和運(yùn)算符，達(dá)到了擴(kuò)充數(shù)據(jù)模型的目的，提高了復(fù)雜對(duì)象的建模能力。13.6.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型2.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型能表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類、類層次、繼承等概念，能很好地表示復(fù)雜的工程數(shù)據(jù)。例如，在汽車CAD設(shè)計(jì)中，車身對(duì)象由車身表面、車門、儀表盤、車身骨架、座椅等對(duì)象組成，車身表面對(duì)象又由模型號(hào)、版本號(hào)、測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型、工程圖等組成，面向?qū)ο竽Ｐ湍芎芎玫乇硎具@些數(shù)據(jù)。13.6.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型3.語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型

語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型是具有較高的抽象層次和較強(qiáng)的語(yǔ)義表達(dá)能力的數(shù)據(jù)模型，除了描述實(shí)體間的聯(lián)系外還包含如IS-A、PART-OF等多種語(yǔ)義信息，能夠更自然地表達(dá)工程數(shù)據(jù)間的不同聯(lián)系。比較常用的有語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型、超圖數(shù)據(jù)模型、函數(shù)數(shù)據(jù)模型、IFO（IsaFuncationObject）數(shù)據(jù)模型等。13.6.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)工程數(shù)據(jù)庫(kù)一般采用多層結(jié)構(gòu)。所謂多層結(jié)構(gòu)，就是把工程數(shù)據(jù)庫(kù)從邏輯上分為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和局部數(shù)據(jù)庫(kù)。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)公用數(shù)據(jù)、產(chǎn)品和零部件數(shù)據(jù)、材料特性數(shù)據(jù)和機(jī)械數(shù)據(jù)等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并可在邏輯上和物理上按工程應(yīng)用分類細(xì)分。局部數(shù)據(jù)庫(kù)是設(shè)計(jì)者獨(dú)占的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。除多層結(jié)構(gòu)外，工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還可采用集中式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)等。13.7空間數(shù)據(jù)庫(kù)13.7.1空間數(shù)據(jù)的特性13.7.2間數(shù)據(jù)的查詢與索引13.7.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

13.7.1空間數(shù)據(jù)的特性空間數(shù)據(jù)庫(kù)（SpatialDatabase）是以描述空間位置和點(diǎn)、線、面、體特征的位置數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)）以及描述這些特征的屬性數(shù)據(jù)（非空間數(shù)據(jù)）為對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言能支持空間數(shù)據(jù)類型和空間索引，并且提供空間查詢和其他空間分析方法。其中，空間數(shù)據(jù)用于表示空間物體的位置、形狀、大小和分布特征等信息，用于描述所有二維、三維和多維分布的關(guān)于區(qū)域的信息，它不僅表示物體本身的空間位置和狀態(tài)信息，還能表示物體之間的空間關(guān)系。非空間信息主要包含表示專題屬性和質(zhì)量的描述數(shù)據(jù)，用于表示物體的本質(zhì)特征。13.7.1空間數(shù)據(jù)的特性空間數(shù)據(jù)具有以下特性：

（1）復(fù)雜性。一個(gè)空間對(duì)象可以由一個(gè)點(diǎn)或幾千個(gè)多邊形組成，并任意分布在空間中。通常不太可能用一個(gè)關(guān)系表，以定長(zhǎng)元組存儲(chǔ)這類對(duì)象的集合。這樣空間操作（如相交、合并）就比標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)操作復(fù)雜得多。（2）動(dòng)態(tài)性。刪除和插入是以更新操作交叉存儲(chǔ)的，這就要求有一個(gè)強(qiáng)壯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成對(duì)象頻繁的插入、更新和刪除等操作。（3）海量化?？臻g數(shù)據(jù)往往需要上千兆甚至上萬(wàn)兆的存儲(chǔ)量，要想進(jìn)行高效的空間操作，二級(jí)和三級(jí)存儲(chǔ)的集成是必不可少的。（4）算法不標(biāo)準(zhǔn)。盡管提出了許多空間數(shù)據(jù)算法，但至今沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的算法，空間算子嚴(yán)重依賴于特定空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序。（5）運(yùn)算符不閉合性。例如，兩個(gè)空間實(shí)體的相交，可能返回一個(gè)點(diǎn)集、線集或面集。13.7.2間數(shù)據(jù)的查詢與索引空間數(shù)據(jù)的查詢主要有：（1）臨近查詢。臨近查詢是指為找出特定位置附近的對(duì)象所做的查詢，如找出最近的餐館。（2）區(qū)域查詢。區(qū)域查詢是指為找出部分或全部位于指定區(qū)域內(nèi)的對(duì)象所做的查詢，如找出城市中某個(gè)區(qū)的所有醫(yī)院。（3）針對(duì)區(qū)域的交和并的查詢。例如，給出區(qū)域信息，如年降雨量和人口密度，要求查詢所有年降雨量低且人口密度高的區(qū)域。12.7.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和地理數(shù)據(jù)庫(kù)是空間數(shù)據(jù)庫(kù)的兩種重要應(yīng)用形式。1.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，亦即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)庫(kù)，是用于存儲(chǔ)設(shè)計(jì)信息的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的對(duì)象通常是幾何對(duì)象，其中簡(jiǎn)單二維幾何對(duì)象包括點(diǎn)、線、三角形、矩形和一般多邊形等，復(fù)雜的二維對(duì)象可由簡(jiǎn)單二維對(duì)象通過(guò)并、交、差操作得到，簡(jiǎn)單三維對(duì)象包括球、圓柱等，復(fù)雜三維對(duì)象則由簡(jiǎn)單三維對(duì)象通過(guò)并、交、差操作得到。13.7.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用2.地理數(shù)