[科普中国]-数据库机器

介绍

数据库机器是第五代计算机系统的一个重要组成部分。它本身就是一个局部的专用计算机系统。它的工作主要是对系统中的数据进行存贮、管理、存取和保护等等。

从计算机内部数据管理处理系统的发展来说， 大致经历了下述几个阶段， 初级阶段在这一阶段， 计算机处理的问题比较简单， 主要是数值计算类型的问题， 信息量比较小， 数据一般并不要求共享， 实时处理要求不突出， 数据保密要求也不高。一对于这样的处理问题‘， 文件系统就能很好地实现数据的管理、存取和保护。数据完全是串行输入、输出，串行地在中央处理器上加以处理。显然， 在这一阶段， 数据处理的速度及共享程度是很低的。， 数据库系统阶段随着管理科学的发展， 计算机数据处理的重点从数值计算逐步转向管理系统的非数值计算。这时， 数据处理的信息量大为增加， 而对数据共享、信息实时处理及数据保密也提出了较高的要求。

由于数据库系统能够较好地解决大量信息的共享、保密等问题， 因而目前得到了很广泛的应用。当用户向数据库管理系统提出数据存取、查询等要求后， 首先由数据库管理系统将这些命令翻译为相应的基本机器指令集合目标程序然后执行目标程序， 通过输入、输出接口向存贮器存取数据。对这些数据的处理或运算等工作， 都是在内存中进行的。分析上述过程， 可以看到当前数据库系统中存在的一些问题：

①数据库管理系统是一个软件系统， 它必须占用内存和中央处理器的运行时间。一个比较完善的数据库管理系统对主机系统来说， 往往是一很重的负担。

②由于所有的数据都要通过输入一输出接口来存取， 而榆入一输出接口的传输速度相对于中央处理器的速度而言要慢得多， 因此， 数据库管理系统处理数据的速度和数量都没法提得很高。换言之， 输入一输出接口成为数据库管理系统的一个“ 瓶颈” 。

③为了存取用户真正需要的信息， 数据库管理系统必须查询、检验、处理许多多余的信息。据统计， 对一个数据库系统来说， 在通过交换的信息中， 大约只有是真正需要的信息这就是所谓的率， 也就是说， 有的多余信息在口有通过， 这就更加重了这一“ 瓶颈” 部份的负担。

④主机往往是通用计算机， 其功能的设计必须兼顾各方面的需要， 而不可能专门为数据库管理系统的方便来设计其硬件系统和指令结构。这就限制了数据库管理系统性能的进一步提高。

解决上述问题的一些方法引出了数据库机器。数据库机器实际上就是一个专用的计算机系统，它的主要工作就是负责整个系统中数据信息的存贮、查询、存取、维护、保护、管理， 以支持整个系统能高效率地工作。数据库机器采用的主要设计思想包括多处理机系统， 并行处理硬件、软件、智能通道等等。

主要结构设计目标数据库机器从提出到设计出试验机型只用了短短的几年时间。目前, 己有多种数据库机器投入了运行, 例如：CASSM、RAP、DBC、CAFS等等, 而更多的机型设计正在检验试制中。怎样评价一个数据库机器的优劣粗略来说, 主要有以下几个方面：

1、 信息处理量。一般来说, 数据库机器处理的数据信息量必须是十分浩大的。例如,日本的日本信息处理发展中心预计要在年设计出能处理信息量的数据库机器；

2、实时信息处理能力。数据库机器中的信息必须有很高的共享性, 为了使大量用户同时使用这些信息, 数据库机器必须具备高速实时信息处理功能；

3、有比较完善的数据库机器高级语言库, 包括与主机联系用的语言, 供用户使用的语言, 与其它数据库机器连网的语言, 与系统中其它局部系统通讯交流的语言等等；

4、有高度的数据保密性、完整性、一致性和数据维护能力；

5、低成本；

6、对整个系统的性能一价格比提高的贡献。

数据模式的选择用什么方法来组织数据库机器中如此浩大的数据是数据库机器设计中的一个很重要的问题。数据库机器中数据模式的设计目前基本上都是采用现有的关系式数据库的理论。这样做是很自然的, 因为关系式数据库理论正渐趋完善并在传统数据库设计中体现了许多优越性。采用关系式数据库理论, 数据库的设计、数据完整性、保密性一致性的检验、数据库的建立都可以用系统化的方法来进行。

当然, 从长远来看, 应当发展更适合于数据库机器多机并行处理系统特点的设计理论来组织数据, 以进一步提高数据库机器的性能。

数据库机器与主机的关系数据库机器在整个系统中的地位至少可以分成三种：

1、后台数据库机器

在这种系统结构中， 用户并不与数据库机器直接打交道。用户将数据处理要求交给主机， 由主机将这些要求转换成数据库机器命令以后送给数据库机器， 数据库机器执行这些‘命令， 并把结果交给主机， 由主机整理以后交给用户。这种系统结构是最常见的结构， 目前已完成设计的数据库机器几乎都采用这种系统结构。这种结构的优点是比较灵活， 数据库机器的数据处理能力可高可低， 不足之处可由主机来弥补。主机可以将数据库机器命令与其它软件提供的数据能力综合起来， 向用户提供很强的数据处理功能。

2、独立型数据库机器

在这种系统结构中， 用户直接用数据库机器命令来查询， 存取数据。显然， 这是要求数据库机器本身提供比较完整的数据处理能力。而且， 一般来说， 由于没有其它软件的数据处理能力可供利用， 这种系统结构的数据处理功能相对总是比较弱的。但是作为一种局部信息处理系统， 这种系统却有简单、价格低、易于推广的优点。

3、网络型数据库机器

在这种系统结构中， 通过转换接口的切换， 数据库机器可以变成主机的后台系统， 也可以直接与用户打交道。当然， 一般地讲， 在比较完善的网络型结构中， 数据库机器不但能与主机、用户打交道， 而且还可以与系统中的其它局部子系统如其它数据库机器联络、通讯、共享资源。

发展趋势数据库机器是一个很有发展前途的新兴研究领域。作为第五代计算机的一个重要组成部分， 数据库机器的成熟、完善将会对第五代计算机的发展产生重要的影响。因此， 数据库机器受到了各国计算机科学家的高度重视， 短短几年时间就从初步设想发展到实用机型的试制、运行， 其发展速度是很突出的。目前， 数据库机器从理论上与实践上都还有许多问题有待解决。1