Тема 2. Базовые технологии и основные этапы развития машинной обработки данных

2.1. Основные определения технологии машинной обработки данных

2.3. Эволюция концепций обработки данных

2.2. Схема организации файлового ввода- вывода

2.4.Схема управления данными в СУБД

2.5.Особенности и компромиссы реализаций баз данных

Термины логический и физический как отражение различия аспектов представления данных

Логическое		представление	Физическое представление –
указывает на то, как данные			это то, как данные хранятся на
используются	в	прикладной	физическом носителе.
программе, т.е. отражает логику
обработки.

Логическая запись –

идентифицируемая (именованная)

совокупность элементов или агрегатов данных, восприни- маемая прикладной программой как единое целое при обмене информацией с внешней памятью.

Физическая запись -

совокупность данных, которая может быть считана или записана как единое целое одной командой ввода-вывода.

Эволюция концепций обработки данных

	начало 60-х годов	Простые (линейные)
		файлы данных
	конец 60-х годов	Методы доступа к записям

начало 70-х годов

Первые СУБД

настоящее время

СУБД

Простые (линейные) файлы данных

Файл	Файл
логически	физических
х записей	записей

ПО

ввода/

вывода

•Записи в файлах размещаются и обрабатываются последовательно.

•Физическая структура хранения данных точно такая же, как логическая.

•Прикладной программист определяет физическое расположение данных и включает формирование физической структуры в прикладные программы.

• Если структура данных или запоминающее устройство изменяется, прикладную программу необходимо переписать.

•Наборы данных обычно создаются и оптимизируются для одного приложения.

Логический

файл

Логический

файл

Методы доступа к записям

Последовате льный набор данных

Метод

доступа

Набор данных прямого доступа

Метод

доступа

с

адресаци

ей

•Логическая и физическая структуры файла различаются между собой, но вза- имосвязь между ними достаточно простая.

• Запоминающее устройство можно ме- нять без изменения прикладной программы.

•Файл создается в прикладной про- грамме как набор данных с после- довательным, индексно-последовательным или с прямым доступом (по физическому адресу).

•Типовое программное обеспечение системы обработки данных представляет собой методы доступа, но не «управление данными».

•Данные разрабатываются и опти- мизируются для одного приложения.

•Средства обеспечения защиты данных недостаточно надежные.

Первые системы управления базами данных

Логические Физическая файлы база данных

прикладных

программ

•Различные логические файлы могут быть получены из одних и тех же физических данных.

•Доступ к одним и тем же данным может осуществляться различными приложениями по различным путям.

•Данные адресуются на уровне полей и групп.

•Используется поиск по многим ключам.

•Физическая структура данных независима от прикладных программ.

•Элементы данных являются общими для различных приложений. Отсутствие избыточности способ- ствует целостности данных.

Системы управления базами данных

	Логические	Глобальное
		логическое
	файлы		Физическая
		описание данных
	прикладных	Концептуальная	база
	программистов	схема	данных

Независимость	Независимость
логических	физических
данных	данных

Логическая независимость данных

означает, что общая логическая структура данных может быть изменена без изменения прикладных программ.

Физическая независимость данных

означает, что физическое расположение и организация данных могут изменяться, не вызывая при этом изменения ни общей логической структуры данных, ни прикладных программ.

Система обеспечивает привязку данных — связывание физического представления данных с программой, которая эти данные использует, путем преобразования обращения прикладной программы к логической записи (или к ее элементам) в машинные обращения к

физической записи и ее элементам.

Схема организации файлового ввода-вывода

	Оперативная память	Прикладная
	Рабочая область	программа
	прикладной программы
		ОС
Запись I
		Файловая система
	Системный буфер	Драйвер
		устройства
Запись I	Запись I+1	Подсистема ввода-
		вывода
Буфер устройства		Магнитный Диск

Определение данных

Определение файла

Логическая структура устройства

Параметры устройства

Запись I

Контроллер

устройства

Запись I-1	Запись I	Запись I+1		Поверхность носителя
Сектор 1	Сектор 2	Сектор 3	Сектор 1	Сектор 2
	Кластер К			Кластер К+1

Схема управления данными в СУБД

Элементы данных

Рабочий буфер

Системный буфер

База данных

Клиентское приложение Структуры данных

приложения

СУБД	доступомУправление	Внешняя схема
Управление данными
		Концептуальная
		схема
		Внутренняя схема
Управление	ОС
вводом-
выводом

Особенности и компромиссы реализаций баз данных

Файлы:

• файл представляет собой совокупность записей одного типа, доступ к которым определяется типом организации файла и осуществляется только средствами операционной системы;

Базы данных:

• база данных представляет собой совокупность данных разного типа, причем часто по одним данным получают другие;

• файл описывают и используют в прикладной программе, работающей с данными.

• база данных существует независимо от конкретной прикладной программы – она предназначена для совместного, многофункционального исполь- зования один раз введенных данных.