1. История возникновения баз данных

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования.

Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление - использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом широком смысле информационная система (ИС) представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в организации надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного интерфейса. Классическими примерами ИС являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д. Важнейшим компонентом любой ИС является база данных. Хорошо структурированная информация в базе данных позволяет эксплуатировать ИС, выполнять ее текущее обслуживание, модифицировать и развивать ИС при модернизации предприятия и изменении информационных потоков, законодательства и форм отчетности.

Второе направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. О надежном и долговременном хранении информации можно говорить только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Оперативная память этим свойством не обладает. В начале использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При этом емкость магнитных лент была достаточно велика, но по своей физической природе они обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные же барабаны давали возможность произвольного доступа к данным, но были ограниченного размера. Дальнейшие требования к вычислительной технике вызвали появление сначала гибких магнитных дисков, а затем и жестких магнитных дисков (винчестеров). Эти устройства внешней памяти обладали существенно большей емкостью и обеспечивали необходимую скорость доступа к данным в режиме произвольной выборки. С появлением магнитных дисков началась история систем управления базами данными.

Следующим историческим шагом стал переход к использованию централизованных систем управления файлами – файловых систем. Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания дополнительных файлов со специальной структурой - каталогов. Каждый каталог содержит имена каталогов и/или файлов, содержащихся в данном каталоге, и некоторую системную информацию. Системная информация представляет собой характеристики (атрибуты) этих файлов, к числу которых относятся информация о разрешенном доступе, пароль для доступа к файлу, владелец файла, создатель файла, признак “только для чтения” и т.д. Каталог может непосредственно содержать значения характеристик файлов или содержать ссылки на таблицы, в которых хранятся эти характеристики.

Поскольку файловые системы являются общим хранилищем файлов, которые могут “принадлежать” разным пользователям, файловые системы должны обеспечивать авторизацию доступа к файлам, то есть по отношению к каждому зарегистрированному пользователю данной операционной системы для каждого существующего файла указываются действия, которые разрешены или запрещены данному пользователю. Также файловая система должна поддерживать механизмы многопользовательской работы с файлами, которые позволяют реализовать одновременное использование одного и того же файла несколькими пользователями.

Прежде всего файлы применяются для хранения текстовых данных, документов Word, таблиц Excel, текстов программ и т.д. Такие файлы обычно образуются и модифицируются с помощью различных прикладных программ. Таким образом, файловые системы обеспечивают хранение слабо структурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам.

Информационные системы главным образом ориентированы на хранение, выбор и модификацию информации, структура которой зачастую очень сложна. Структуры данных различны в разных информационных системах, однако между ними есть много общего. На начальном этапе использования вычислительной техники для управления информацией проблемы структуризации данных решались индивидуально в каждой информационной системе путем разработки необходимых надстроек над файловыми системами (библиотек программ). Эти дополнительные индивидуальные средства управления данными являлись существенной частью информационных систем и практически повторялись от одной системы к другой. Стремление выделить общую часть информационных систем, ответственную за управление сложно структурированными данными, явилось первой причиной создания систем управления базами данных (СУБД).

Кроме того, традиционных возможностей файловых систем недостаточно для построения даже простых информационных систем. Существует несколько потребностей, которые не покрываются возможностями систем управления файлами:

• поддержание логически согласованного набора файлов;

• обеспечение языка манипулирования данными;

• восстановление информации после разного рода сбоев;

• параллельная работа с данными нескольких пользователей.