7

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта по дисциплине «Базы данных» специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления», а также в соответствии с программой курса «Организация баз данных» для специальности 061000 – «Государственное и муниципальное управление».

Знание материала, изложенного в данном пособии должно не только помочь в освоении новых технологий квалифицированным программистом, но и дать общий базис знаний по организации баз данных (БД) пользователям компьютеров.

Целью дисциплины «Базы данных» является обучение способам организации и методам проектирования баз данных, технологии их использования в системах обработки информации и управления.

В данном учебном пособии предлагается к изучению материал, позволяющий студенту получить знания по основным разделам дисциплины:

−положения концепции баз данных, теория структуризации данных, принципы построения баз данных и методы доступа к ним;

−современные системы управления базами данных и их место в системах обработки информации;

−новейшие методики проектирования баз данных.

Врезультате изучения дисциплины студент приобретает знания в области:

−построения концептуальной информационной модели предметной области;

−реализации простых информационных технологий в экранном интерфейсе современных систем управления базами данных.

Знание организации БД позволит на профессиональном уровне работать с конкретными прикладными системами по ведению и обработке информации.

8

1. БАЗЫ ДАННЫХ И ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ. ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ БД

1.1. Направления развития вычислительной техники

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление (середина 50-х годов) характеризовалось широкомасштабным применением электронно-вычислительной техники для выполнения математических расчетов, которые тяжело и долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач; развитию класса языков программирования, предназначенных для записи в программном коде численных алгоритмов; возникновению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ. При этом объем исходных данных был соизмерим с объемом оперативной памяти, хотя и был меньше. Одним из недостатков первого направления являлась невозможность повторного использования исходных данных.

Второе направление (первый этап развития — 60-е годы), которое непосредственно касается темы нашего курса, — это использование средств вычислительной техники в автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в обеспечении надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении операций по обработке информации для данного приложения, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация может иметь сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах, системы складского учета и т.д.[1].

Естественно, что второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на начальном этапе развития вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. Говорить о надежном и долговременном хранении информации можно только при наличии энергонезависимых запоминающих устройств, т.е. сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством обычно не обладает. В начале создания средств вычислительной техники ис-

9

пользовались несколько типов носителей информации во внешней памяти: магнитные ленты, перфоленты, перфокарты и барабаны. При этом перфоленты и перфокарты могли обеспечить только хранение информации без возможности ее перезаписи, емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали лишь последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны, отдаленно напоминающие современные магнитные диски давали возможность произвольного доступа к данным, но были ограниченного размера.

Легко заметить, что указанные ограничения не очень существенны для чисто численных расчетов. Даже если программа должна обработать (или произвести) большой объем информации, при программировании можно продумать расположение этой информации во внешней памяти таким образом, чтобы программа работала как можно быстрее и сохраняла данные после окончательных вычислений на любом из вышеперечисленных носителей. Однако для информационных систем, в которых потребность в текущих данных определяется пользователем, наличие только магнитных лент и барабанов и тем более перфокарт и перфолент недостаточно. Одним из естественных требований к таким системам является средняя скорость выполнения операций.

Требования к вычислительной технике со стороны нечисленных приложений вызвали появление съемных магнитных дисков с подвижными (плавающими) головками, что явилось революцией в истории вычислительной техники. Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, обеспечивали удовлетворительную скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки, а возможность смены дискового пакета на устройстве позволяла иметь практически неограниченный архив данных, перфокарты и перфоленты ушли в историю.

С появлением магнитных дисков началось развитие систем управления данными во внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось сохранение данных во внешней памяти, сама определяла расположение каждой порции данных на магнитной ленте или барабане и выполняла обмены между оперативной и внешней памятью с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня, машинных команд и вызовов соответствующих программ операционной системы. Такой режим работы затруднял поддержание на одном внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранимой информации. Кроме того, каждой прикладной программе при-

10

ходилось решать проблемы именования частей данных и структуризации данных во внешней памяти [1].

1.2. Файл и области применения файлов

Историческим шагом в развитии информационных систем явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных з а- висят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным [1].

Область применения файлов достаточно обширна, прежде всего, файлы применяются для хранения различной текстовой информации: документов, текстов программ, электронных таблиц и т.д. Такие файлы обычно образуются и модифицируются с помощью различных текстовых редакторов или текстовых процессоров, наиболее распространенным из которых является MS Word. Структура текстовых файлов представляется в виде либо последовательности записей, содержащих строки текста, либо последовательности байтов, среди которых встречаются специальные служебные символы.

Файлы, содержащие тексты программ, используются как входные тексты компиляторов и интерпретаторов языков программирования, которые, в свою очередь, формируют файлы, содержащие объектные модули и подпрограммы. Исходя из [1], c точки зрения файловой системы объектные файлы и библиотеки дополнительных функций файловой системы также обладают очень простой структурой, представляющей собой последовательность записей или байтов. Система программирования накладывает на эту структуру более сложную и специфичную для этой системы структуру объектного модуля. Логическая структура объектного модуля неизвестна файловой системе, эта структура поддерживается средствами конкретного языка программирования.

Файловые системы в большинстве своем обычно обеспечивают формирование и обработку слабоструктурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию непосредственно прикладным программам.