5 семестр - ИПОВС / БД лабы / DB_T1

1. Основные сведения о хранении данных

1.1. Основные понятия

База данных (БД) - это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, управляемых специальной системой, называемой системой управления базой данных (СУБД).

Совокупность специальных языковых и программных средств, облегчающих пользователям выполнение всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировкой и доступом к ним, называется системой управления базой данных (СУБД). СУБД служит, по существу, посредником между пользователем и БД.

БД и СУБД являются составными частями более сложной системы, именуемой банком данных. Банк данных (БнД) - это система, состоящая из баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных

1.2. Компоненты БнД

БнД является сложной человеко-машинной системой, состоящей из взаимосвязанных и взаимозависимых компонентов (рис.1.1).

Рис.1.1. Компоненты БнД

Информационный компонент БнД содержит базу данных и словарь данных. Словарь данных является хранилищем метаинформации, т.е. информации об информации.

Метаинформация включает в себя описание базы данных, информацию о предметной области, представленной в БД, сведения о пользователях БнД, а также некоторую другую информацию.

СУБД предоставляет пользователю программные и языковые средства, обеспечивающие взаимодействие всех частей информационной системы при ее функционировании.

Языковые средства СУБД относятся к языкам четвертого поколения. Имеются СУБД со средствами визуального программирования (Visual FoxPro, Delphi, Clarion).

Языковые средства предназначаются для пользователей разных категорий: конечных пользователей, системных аналитиков, профессиональных программистов. По форме представления различают аналитические, табличные и графический языковые средства.

Некоторые СУБД предоставляют пользователю несколько языков для достижения одной и той же цели. Например, в системе Delphi для обработки баз данных могут использоваться: 1) процедурный язык Object Pascal; 2) табличный язык запросов QBE (Query-By-Example); 3) язык SQL (Structured Query Language). В системе FoxPro: 1) процедурный язык Xbase; 2) табличный язык Relation QBE; 3) язык SQL.

Технические средства, используемые в БнД, - это компьютеры различных классов (от больших до персональных), периферийные устройства, коммуникационная (сетевая) аппаратура.

Организационно-методические средства представляют собой различные инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные для пользователей, взаимодействующих с БнД.

Администратор БнД обеспечивает создание, функционирование и развитие БнД.

1.3. Классификация БнД и БД

По форме представления информации различают видео- и аудиосистемы, а также системы мультимедиа. Эта классификация в основном показывает, в каком виде информация из баз данных выдается пользователям: в виде изображения, звука или в виде сочетания разных форм отображения информации.

Наиболее распространенным пока являются базы данных, содержащих обычные символьные данные. Эти БД подразделяются на неструктурированные, частично структурированные и структурированные.

К неструктурированным БД относятся базы, организованные в виде семантических сетей. Частично структурированными можно считать БД, в которых информация представлена в виде обычного текста или гипертекстовые системы.

Структурированные БД по типу используемой модели делятся на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, смешанные и мультимодельные. Наибольшее коммерческое использование в настоящее время имеют реляционные БД.

По типу хранимой информации БД делятся на документальные и фактографические. Документальные БД содержат сведения о документах на естественном языке - монографиях, научных отчетах, текстах законодательных актов и т.д. Фактографические БД содержат фактические сведения, например, данные о кадровом составе предприятия.

По характеру организации хранения данных и обращения к ним различают локальные (персональные), общие (интегрированные) и распределенные БД (рис. 1.2).

Рис.1.2. Классификация БД по характеру хранения данных и обращения к ним

1.4. Этапы проектирования БД

В БД отражается информация об определенной предметной области. Предметной областью (ПО) называется часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования или использования.

Чтобы спроектировать структуру БД, необходима исходная информация о предметной области. Желательно, чтобы эта информация была представлена в формализованном виде.

Описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем СУБД и технические средства, называется инфологической моделью (ИЛМ) предметной области.

На основе ИЛМ строится даталогическая модель (ДЛМ) базы данных. Она является концептуальной моделью БД и представляет собой отображение логических связей между информационными элементами инфологической модели. Даталогическая модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в той конкретной СУБД, в среде которой проектируется БД, Этап создания ДЛМ называется даталогическим проектированием. Описание логической структуры БД на языке СУБД называется схемой.

Для привязки ДЛМ к среде хранения используется модель данных физического уровня, или физическая модель (ФМ). Эта модель базы данных определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения.

ФМ также, как и ДЛМ, строится с учетом возможностей, предоставляемых СУБД. Описание физической структуры БД называется схемой хранения. Соответствующий этап проектирования БД называется физическим проектированием.

В современных СУБД вопросы физического проектирования теряют свою актуальность, поскольку во многих из них реализована своя, специфическая, физическая организация данных, недоступная для проектировщика БД.

В некоторых СУБД, помимо описания общей логической структуры БД (т.е. схемы), имеется возможность описать логическую структуру БД с точки зрения конкретного пользователя. Такая модель называется внешней, а ее описание называется подсхемой (рис.1.3).

Если СУБД поддерживает уровень подсхем, то перед проектировщиком встает задача определения подсхем. Это также можно рассматривать как этап проектирования БД.

Использование подсхем облегчает работу пользователя, так как он должен знать структуру не всей базы данных, а только той ее части, которая имеет непосредственное отношение к нему; кроме того, эта структура приспособлена к его потребностям.

Рис.1.3. Модели и описания структуры БД, поддерживаемые СУБД

1.5. Взаимосвязь этапов проектирования БД (рис.1.4)

Рис.1.4.

Инфологическая модель предметной области строится первой. Предварительная ИЛМ строится еще на предпроектной стадии и затем уточняется на более поздних стадиях проектирования. Затем на ее основе строится даталогическая модель. Физическая и внешняя модели после этого могут строиться в любой последовательности, в том числе и параллельно. При проектировании БД возможен возврат на предыдущие этапы.

Возможны два вида возвратов: первый обусловлен необходимостью пересмотра результата проектирования (например, для улучшения полученных характеристик, "обхода" ограничений и т.п.), второй вызван необходимостью уточнения предыдущей модели (обычно инфологической) с целью получения дополнительной информации для проектирования или при выявлении противоречий в модели.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение понятию "база данных".

2. Дайте определение понятию "банк данных".

3. Дайте определение понятию "система управления базами

4. данных (СУБД)".

5. Из каких компонентов состоит банк данных ?

6. Из каких компонентов состоит СУБД ?

7. Классифицируйте базы данных по форме представления информации.

8. Классифицируйте базы данных по типу хранимой информации.

9. Классифицируйте базы данных по характеру хранения данных и обращения к ним.

10. Перечислите этапы проектирования БД.

11. Что означает понятие "предметная область" ?

12. Дайте определение понятию "инфологическая модель".

13. Дайте определение понятию "даталогическая модель".

14. Что означает понятие "схема базы данных" ?

15. Что отражается в физической модели базы данных?

16. Что означает понятие "схема хранения" ?

17. Что означает понятие "внешняя модель базы данных" ?

18. Что означает понятие "подсхема" ?