Лекция 7. Базы данных
База Данных (БД) — структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики каких-либо физических или виртуальных систем.
По технологии хранения данных базы делятся на:
1) централизованные – размещающиеся в памяти одной вычислительной системы;
2) распределенные – состоящие из нескольких частей и хранимые на различных компьютерах.
В операционных системах специальных средств для создания и обработки баз данных, как правило, не предусматривается. Поэтому необходим комплекс программ, которые бы обеспечивали автоматизацию всех операций, связанных с решением этих задач. Такой комплекс программ, получивший название системы управления базами данных (СУБД), представляет собой прикладное программное обеспечение, расширяющее возможности операционной системы по обработке баз данных.
Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:
1) Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.
2) Удобство использования для ведения учёта и анализа данных — на уровне так называемой физической модели.
Организация системы управления базами данных
Система управления базами данных – это наиболее распространенное и эффективное универсальное программное средство, предназначенное для организации и ведения логически взаимосвязанных данных на машинном носителе, а также обеспечивающее доступ к данным.
Основной составной частью СУБД является ее ядро – управляющая программа для автоматизации всех процессов, связанных с обращением к базам данных. После запуска СУБД ее ядро постоянно находится в основной памяти и организует обработку данных, управляет очередностью выполнения операций, взаимодействует с прикладным программным обеспечением и операционной системой, контролирует завершение операций доступа к БД. Важнейшей функцией ядра является организация параллельного выполнения запросов.
По способу доступа к данным БД различают системы файл-сервер и клиент-сервер.
1) В системе файл-сервер одна из вычислительных машин служит хранилищем централизованной базы данных, а доступ к базе осуществляется с других машин, которые носят название рабочих станций. Файлы базы данных передаются на рабочие станции, где производится их обработка.
Для этой архитектуры характерен коллективный доступ к общей базе данных на файловом сервере. Запрошенные данные транспортируются с файлового сервера на рабочие станции, где их обработка выполняется средствами СУБД.
2) В системе клиент-сервер кроме хранения базы данных на центральную машину ложатся и функции обработки данных, а на клиентских машинах выполняется только представление информации Запрос на обработку данных выдается клиентом и передается по сети на сервер баз данных, где осуществляется поиск. Обработанные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту.
Информационно-логическая (инфологическая) модель является логическим представлением взаимосвязей объектов базы данных. Известны три разновидности инфологических моделей: иерархическая, сетевая и реляционная.
1) Иерархическая модель данных основана на графическом способе связей данных, и схема взаимосвязей объектов имеет вид перевернутого дерева. Каждому элементу соответствует только одна связь от элемента более высокого уровня. Поиск данных происходит по одной из ветвей дерева.
Достоинства СУБД иерархической модели — простота, быстродействие. Правда, если структура данных оказывалась сложнее, чем обычная иерархия, то простота структуры иерархической базы становилась ее недостатком.
В связи с этим для таких задач, как обработка заказов, была разработана новая сетевая модель данных. Она стала улучшенной иерархической моделью.
2) В сетевой модели данных каждый элемент может иметь более одного порождающего элемента, а графическое представление модели очень напоминает сеть. Она допускает усложнение «дерева» без ограничения количества связей, входящих в его вершину.
К достоинствам сетевых баз данных можно отнести гибкость, стандартизацию и быстродействие.
Но и иерархические, и сетевые базы данных были очень жесткими, наборы отношений и структуру записей приходилось задавать наперед, а изменение структуры базы данных обычно означало перестройку всей базы. Ко всему прочему, они были инструментами программистов. Чтобы получить ответ на вопрос типа: «Какой товар наиболее часто заказывает компания XX?», программисту приходилось писать программу для навигации по базе данных. Реализация пользовательских запросов часто затягивалась на недели и месяцы, и к моменту появления запрошенной информации она часто уже оказывалась бесполезной.
Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой реляционной модели, созданной Коддом в 1970 г. и вызвавшей всеобщий интерес. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных, и теперь все данные представлялись в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.
В 1985 г. Кодд написал статью, где сформулировал двенадцать правил, которым должна удовлетворять любая база данных, претендующая на звание реляционной. С тех пор двенадцать правил Кодда считаются определением реляционной СУБД.
Можно сформулировать более простое определение.