物联网技术(第5章)

1、导读了解数据库发展的三个阶段；掌握数据库、数据库系统及数据库管理系统的相关概念；掌握三种新的数据库技术；掌握数据仓库的概念和特征，了解数据仓库的数据模型；掌握数据挖掘的概念和方法；了解数据仓库和数据挖掘的关系；掌握云计算的概念和特征，了解云计算的国内外发展状况；理解云计算的体系结构；了解云计算和物联网之间的关系。15.1 数据库技术概述数据库（Database）是比档案系统更高级的一种数据组织方式。数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。数据库是指通过特定的方式把数据组织和存储起来的、可以检索和利用、相互关联的数据集合，是存储数据的“仓库”。 25.1 数据库技术概述数据库发展的三个

2、阶段第一代数据库系统指层次和网状数据库系统，为格式化数据模型，用存取路径来表示数据之间的联系，独立的数据定义语言和导航的数据操作语言等特点。实现了数据的集中控制和数据的共享，提高了数据独立性，很大程度上减少了数据冗余。3数据库发展的三个阶段第二代数据库系统是关系数据库系统。对应于一个关系模型的所有关系的集合称为关系数据库。在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系来表示。关系模式用来描述关系表中的列，关系实例为关系中的各行。4数据库发展的三个阶段关系数据库系统关系数据理论，主要包括函数依赖、多值依赖、连接依赖和范式等。关系数据语言，如关系代数、关系演算、SQL 语言、QBE 等。关系数据技术

3、，查询优化、并发控制、故障恢复等。5数据库发展的三个阶段第三代数据库系统是面向对象数据库系统。面向对象的数据模型吸收了面向对象程序设计方法学的核心概念和基本思想。面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计）是一种计算机编程架构。6面向对象编程OOP 的一条基本原则是计算机程序是由单个能够起到子程序作用的单元或对象组合而成。OOP 达到了软件工程的三个主要目标：重用性、灵活性和扩展性。为了实现整体运算，每个对象都能够接收信息、处理数据和向其它对象发送信息。7面向对象编程1）对象（Object) ，做事情，有状态、行为和标识三种属性。2）类（cl

4、ass)，共享相同结构和行为的对象的集合。3）封装（encapsulation)，将数据和操作捆绑在一起。4）继承，描述类之间的“是一种”关系。5）组合，既是类之间的关系也是对象之间的关系。8面向对象数据模型 对象标识 封装 类和类层次 继承9数据库的特征1）实现数据共享2）减少数据的冗余度3）数据独立性4）数据集中控制5）数据一致性和可维护性10数据库系统数据库系统（Data Base System，DBS）是以资料库为核心，借助计算机及其管理软件，对数据进行有组织、有系统的管理，同时动态地存储大量相关联的数据，以方便用户查阅数据。数据库系统是为了适应数据处理的需要而发展起来的。数据库系统是

5、由数据库硬件、数据库软件、数据库和数据库管理员四部分组成的，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。 11数据库系统三级模式1）概念模式（Conceptual Schema）2）外模式（External Schema）3）内模式（Internal Schema）数据库的三级模式是靠映射来连接的。所谓映射，是指一种对应规则，指出映射双方如何进行转换。12数据库系统三级模式为了提高数据库的独立性，DBMS把数据库从逻辑上分为三个层次，即面向数据库用户的外层（用户数据库）、由DBMS管理的概念层（概念数据库）及内部层（存储数据库）。用户看到的只是外层，而数据实际上是按内部层的结构存储的，它是通过概念

6、层二级抽象（或称映像）而来的。13数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是对数据库进行管理和实现对数据库的数据进行操作的管理系统。它是建立在操作系统基础之上，位于操作系统与用户之间的一层数据管理软件，负责对数据库的数据进行统一的管理和控制。它是实现数据库和管理数据库的核心内容。DBMS一般都是由专业的软件厂商研制、开发的通用商业软件包，并同时提供一套较为完整的数据库语言。14数据库管理系统分类数据模型是数据库的核心内容，按照三类不同数据模型设计实现的DBMS分为：层次数据库系统、网状数据库系统和关系数据库系统。目前，关系数据库仍然占据着数据库的主要市场。15数据库管理系统分类为适应不同的网络

7、和管数据管理方式，可以将DBMS分为：单用户DBMS、主从式DBMS、分布式DBMS和客户/服务器DBMS。目前，客户/服务器数据库逐渐成为数据库应用的主流。16专用数据库分类随着计算机技术的不断发展和许多特定的应用领域对数据库技术的要求，新一代数据技术得到迅速的发展。数据库技术与其他学科的结合，涌现出各种新型的数据库，出现了工程数据库、地理数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库等多种数据库，使数据库领域中的新技术和新内容层出不穷，而且得到广泛的应用。17OracleOracle是一个最早商品化的关系型DBMS，也是应用广泛、功能强大的DBMS。Oracle作为一个通用的DBMS，不仅具有

8、完整的数据管理功能，还是一个分布式数据库系统，支持各种分布式功能，特别是支持Internet应用。18Microsoft SQL ServerMicrosoft SQL Server是一种典型的DBMS，可以在许多操作系统上运行，它使用Transact-SQL语言完成数据操作。由于Microsoft SQL Server是开放式的系统，其他系统可以与它进行完好的交互操作。19Microsoft Access作为Microsoft Office组件之一的Microsoft Access是在Windows环境下非常流行的桌面型DBMS。使用Microsoft Access无需编写任何代码，只需通过

9、直观的可视化操作就可以完成大部分数据管理任务。20移动数据库移动数据库是指支持移动计算环境的分布式数据库，通常应用在诸如掌上电脑、PDA、车载设备、移动电话等嵌入式设备中，由于其常应用在嵌入式设备里，人们也把它称为嵌入式移动数据库。一般认为，移动数据库是分布式数据库的推广，分布式数据库是移动数据库的一种特殊形式。21移动数据库的应用1）公共信息发布在移动计算环境中，大量的移动用户将通过笔记本电脑、掌上电脑、PDA、车载平台等移动设备的无线通讯接口获取各种各样的公共信息，比如，移动用户需要经常访问的股票、天气和交通等信息。22移动数据库的应用2）物流领域移动数据库在物流运输、储存保管、配送等几个

10、重要环节发挥日益重要的作用，使物流信息做到真正无缝连接，及时准确的信息有利于协调生产、销售、运输、储存等业务的开展，有利于降低库存，节约在途资金和高效运营，这将进将进一步促进电子商务的发展。23空间数据库空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。24多媒体数据库多媒体数据库是数据库技术与多媒体技术结合的产物。多媒体数据库不是对现有的数据进行界面上的包装，而是从多媒体数据与信息本身的特性出发，考虑将其引入到数据库之后所带来的有关问题。255.2 数据仓库和数据挖掘数据仓库之父比尔恩门（Bill

11、Inmon）在1991年出版的Building the Data Warehouse一书中：“数据仓库是面向主题的、集成的、随时间变化的、非易失的数据集合，用于支持管理层的决策过程”。26数据仓库特征 面向主题（Subject-Orientated） 集成化（Integrated） 随时间变化（Time-Variant） 非易失性（Nonvolatile）27数据仓库的数据模型数据仓库需要简明的、面向主题的模式，便于联机数据分析。目前最流行的数据仓库模型为星型模式（Star Schema）、雪花模式（Snowflake Schema）和事实星座（Fact Constellation），由它们来

12、表示事实、维和粒度的关系。图5-25-428数据仓库的应用1）信息处理：支持查询和统计的基本分析，并使用交叉表、表、图表或图进行报告。2）分析处理：支持基本的OLAP操作，包括切片与切块、下钻、上卷和转轴。3）数据挖掘：支持知识发现，包括找出隐藏在数据仓库中的模式和关联，构造分析模型，进行分类和预测，并使用可视化工具提供挖掘结果。29数据挖掘数据挖掘又称数据库中的知识发现，是目前人工智能和数据库领域研究的热点问题。所谓数据挖掘是指从数据库的海量数据中抽取有效的、事先未知的、易于理解的、可操作的对商业决策有用的信息的过程。它是允许最终用户直接访问和操作数据仓库环境内部的数据，而不需要干涉定制的编

13、程活动。30数据挖掘方法常用的数据挖掘方法，包括分类、回归分析、聚类、关联规则、特征、变化和偏差分析、Web页挖掘等，它们分别从不同的角度对数据进行挖掘。31数据仓库与数据挖掘技术的关系（1）数据仓库为数据挖掘提供了更好的、更广泛的数据源。（2）数据仓库为数据挖掘提供了新的支持平台。（3）数据仓库为更好地使用数据挖掘工具提供了方便。（4）数据挖掘为数据仓库提供了更好的决策支持。（5）数据挖掘对数据仓库的数据组织提出了更高的要求。（6）数据挖掘还为数据仓库提供了广泛的技术支持。32云计算云计算中所指的“云”其实就是一个对于互联网的形象化比喻，这种比喻来源于一种业内的共识，使用云形状的图形来表示网

14、络图。因此，云计算可以说是把“计算”这种资源从本地计算机即用户的计算机转移到互联网上的一种极为形象的描述。33云计算2008年美国IEEE互联网计算杂志定义云计算：云计算是这样一种范式，其中信息永久地存储在互联网中的服务器上，而且只是暂时性地缓存于包括桌面电脑、娱乐中心设备、平板电脑、笔记本电脑、手持设备、感应设备和监视设备等在内的终端上。34云计算的特点1）超大规模2）一切皆服务3）可伸缩性4）资源虚拟化5）以互联网为核心6）按需服务7）安全可靠35云计算的基础框架云计算的思想是充分利用现有的计算机和网络技术实现计算资源的整合，达到最大化资源共享，从而解决了云计算中的云控制、大规模计算等一系列的复杂问题。36云计算的基础框架云计算平台可以看成是一个由超大规模，功能强大的“云”构成的，在“云”中通过Internet将大规模零散的计算资源或服务连接起来，利用了虚拟化技术将位于“云”中的单个服务器进行功能扩展，并进行资源的重新整合。这样就形成了能够提供大规模计算和数据存储的云计算平台。37云计算的服务层次38云计算的技术架构云计算包括了在“云”之后的基础设施，以及云前端所面向的客户终端，二者通过在中间起到重要作用的“云”即互联网连接在一起。因此，从总体上，云