1. Базы данных: основные понятия и определения

Что же такое базы данных и чем они отличаются от других способов организации данных, таких как размещение отдельных файлов в структуре папок на диске или в виде Web-страниц? Прежде чем дать строгое определение, рассмотрим основные требования, предъявляемые к базам данных, на конкретном примере.

Предположим, что необходимо создать информационную систему для некоторой торговой организации. В организации имеется каталог товаров, картотеки поставщиков и покупателей, ведется учет наличия товаров на складе, оформленных и исполненных заказов. Система должна автоматизировать хранение и обновление этих разнородных и взаимосвязанных данных.

Целостность базы данных. Первым очевидным требованием является непротиворечивость данных. Не должно быть такой ситуации, когда заказывается отсутствующий на складе товар или в результате ошибки ввода информация о покупателе в заказе не соответствует данным картотеки покупателей. В теории баз данных такое требование называется требованием целостности.

Целостностьбазы данных подразумевает поддержание полной, непротиворечивой и адекватно отражающей предметную область информации.

С требованием целостности данных связано понятие транзакции.

Транзакция– это последовательность операций над базой данных, рассматриваемых как единое целое.

Транзакции выполняются по принципу все или ничего.Например, при оформлении заказа на определенный товар в нашей системе должны выполниться две операции над данными, хранящимися в различных частях базы данных. Во-первых, должна быть произведена регистрация заказа и, во-вторых, должно произойти резервирование указанного количества товара и соответствующим образом уменьшено количество товара на складе, предлагающегося к дальнейшим продажам. На любом этапе изменения данных возможен технический или программный сбой. В таком случае целостность базы данных будет нарушена: с одной стороны, продано определенное количество товара, с другойк продаже предлагается такое же количество товара, как и до оформления заказа. Для предотвращения подобных нарушений вводится транзакция «Оформление заказа»(рис. 7.3), в которой над базой данных либо должны произвестись все необходимые операции (товар продан, уменьшен его запас на складе), или должен произойти откат к исходному состоянию (товар не продан, его количество на складе не изменилось).

Рис. 7.3 Транзакция «Оформление заказа».

Актуальность хранимых данных. В любой момент времени информация, содержащаяся в базе данных, должна отражать текущую ситуацию в отделе заказов и на складе, представлять современные данные о товарах и клиентах.

Многоаспектное использование данных. Рассмотрение бизнес-процессов даже на небольшом торговом предприятии показывает, что информация о клиенте может поступать по различным каналам — в процессе заключения договора – через отдел маркетинга, в процессе оплаты счетов – от финансового отдела, в процессе отгрузки товара – от отдела сбыта и т. д. Вся информация хранится в одном месте – в единой базе данных. Эта информация может быть использована любым отделом предприятия в соответствии с правами доступа и функциями. Информационная система предприятия должна быть многофункциональной (рис. 7.4). Необходимо вести учет заказов, учет новых товаров, движение товаров на складе, обрабатывать данные о покупателях, проводить анализ продаж, составлять итоговые отчеты. В небольшой организации проводить всю эту работу может один и тот же сотрудник, в крупных компаниях с большой интенсивностью заказов и движения товаров каждый сотрудник имеет свой участок работы. В любом случае система должна предоставить каждому пользователю нужные ему данные в удобной форме. Так, для ведения каталога товаров нужны данные только о товарах, товарных группах и поставщиках. Для анализа продаж могут потребоваться недельные сводки заказов, сгруппированные по отдельным товарам. В ежемесячных отчетах для руководства компании должны быть данные о сбыте для групп товаров.

Рис. 7.4. Многоаспектность использования данных

Возможность модификации системы. В процессе эксплуатации системы может возникнуть необходимость в ее изменении или дополнении новыми функциями. Допустим, что в связи с расширением деятельности нашей торговой организации потребовалось привлечь сторонние организации для доставки товаров, и теперь данные о новых партнерах необходимо включить в систему заказов. Информационная система должна быть построена таким образом, чтобы, во-первых, была возможность ее расширения и модификации данных и, во-вторых, включение новых функций не должно затрагивать системы в целом.

Надежность. Важным требованием является надежность функционирования системы. Целостность базы данных не должна нарушаться при технических сбоях оборудования. Особенно это актуально при организации работы в сетях, когда сбой на одном из множества участков сети может привести к потере или искажению информации.

Скорость доступа. Система должна обеспечить быстрый доступ к требуемой информации. Время ответа на стандартные запросы к данным должно удовлетворять пользователей системы. При многопользовательской работе с базой данных эффективность поиска информации играет решающую роль.

Быстрота разработки. Кроме перечисленных выше требований, немаловажным является возможность разрабатывать и модифицировать подобные системы за достаточно короткие сроки. Время на разработку должно быть существенно меньше времени использования системы. Особенно это актуально в настоящее время, когда бизнес изменяет свои формы и действует в постоянно меняющемся окружении.

Таким образом, организация базы данных должна быть достаточно гибкой, чтобы обеспечить эффективное получение информации всеми группами пользователей и иметь возможность дорабатывать и изменять структуру хранимых данных без существенных временных и денежных затрат.

Для того чтобы соответствовать всем перечисленным требованиям, необходимы некоторые стандартные решения, которые нашли воплощение в концепции баз данных. Концепция баз данныхимеет два аспекта. Во-первых, структура данных должна быть независима от программ, использующих эти данные, так, чтобы данные можно было добавлять или перестраивать без изменения программ. Во-вторых, все управление данными должно осуществляться централизованно специальной программной системой. Такие системы называютсясистемами управления базами данных(СУБД).

СУБД осуществляют взаимодействие между базой данных и пользователями системы, а также между базой данных и прикладными программами, реализующими определенные функции обработки данных. Построение информационной системы, основанной на базе данных, можно представить в виде схемы, приведенной на рис.7.5.

Рис. 7.5. Структура информационной системы

Данные в информационных системах описывают определенную предметную область. Предметная область⁴⁹– это область применения конкретной информационной системы: определенная отрасль знаний, предприятие или система предприятий определенной отрасли экономики, отдельные направления деятельности предприятий: производство, снабжение, обслуживание заказов.

База данныхпредставляет собой совокупность взаимосвязанных и специальным образом организованных данных, хранимых во внешней памяти компьютера, которые отображают текущее состояние объектов и процессов в рассматриваемой предметной области.

Централизованное управление данными осуществляется системой управления базой данных(СУБД). Система управления базами данных – это общесистемное программное средство, предназначенное для создания, поддержания и использования базы данных. СУБД преобразует сформированные пользователями или прикладными программами запросы на получение или модификацию данных в команды обращения к базе данных.

СУБД обеспечивает надежное хранение больших объемов данных сложной структуры во внешней памяти компьютера и эффективный доступ к ним. Появление СУБД сняло с разработчиков информационных систем необходимость создавать каждый раз весьма сложные компоненты управления данными. К основным функциям СУБД относятся:

• Непосредственное управление данными во внешней и оперативной памяти и обеспечение эффективного доступа к данным в процессе решения задач.

• Поддержание целостности данных и управление транзакциями.

• Ведение системного журнала изменений в базе данных, что обеспечивает восстановление базы данных после технического или программного сбоя.

• Реализация поддержки языка описания данных и языка запросов к данным.

• Обеспечение безопасности данных.

• Обеспечение параллельного доступа к данным нескольких пользователей.