10.8.3. Базы данных и субд

База данных − это совокупность данных, определенным образом организованная и хранящаяся в памяти ЭВМ.

Простейшим примером базы данных является приведенная ниже таблица 10.3.

Таблица 10.3

Фамилия	Имя	Математика	Физика	Информатика
Иванов	Иван	3	5	4
Петров	Петр	5	4	5
Сидоров	Сидор	4	5	3

Программные средства, позволяющие работать с базами данных, называются системами управления базами данных или СУБД. Без таких систем в настоящее время не может функционировать ни одно крупное предприятие. Основными задачами, решаемыми СУБД являются: поиск и сортировка данных, обновление и ввод данных, формирование и вывод отчетов, создание новых баз, реорганизация данных.

Ядром любой информационной системы, то есть внутренним носителем знаний о предметной области является база данных (БД). Встречается еще одно определение БД, как «совокупности данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимая от прикладных программ». В федеральном законе «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных» дается нормативная трактовка этого понятия, согласно которому «база данных – это объективная форма представления и организации совокупности данных, систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ».

Другим понятием, связанным с базами данных, является система управления базами данных (СУБД), которая по ГОСТу определяется как «совокупность программ и языковых средств, предназначенных для управления данными в базе данных, ведения базы данных и обеспечения взаимодействия ее с прикладными программами». В настоящее время развитие СУБД как специального вида программного обеспечения приводит к расширенному толкованию СУБД, как «комплекса программных средств, реализующих создание баз данных, их поддержание в актуальном состоянии, а также обеспечивающих различным категориям пользователей возможность получать из БД необходимую информацию».

В общем плане можно выделить следующие функции, реализуемые СУБД:

• организация и поддержание логической структуры данных (схема базы данных);

• организация и поддержание физической структуры данных во внешней памяти;

• организация доступа к данным и их обработка в оперативной и внешней памяти.

Организация и поддержание логической структуры данных обеспечивается средствами модели организации данных (модели данных). Модель данных определяется способом организации данных, ограничениями целостности и множеством операций, допустимых над объектами организации данных. Соответственно, модель разделяют на три составляющие – структурную, целостную и манипуляционную.

Известны три основные модели организации данных:

• иерархическая (наборы данных представляют собой древовидную структуру, то есть допускаются только иерархические связи);

• сетевая (наборы данных представляют собой сетевую структуру, то есть допускаются любые связи, в том числе иерархические и одноуровневые);

• реляционная (наборы данных представляют собой таблицы).

Эти модели очень часто используются в качестве критерия для классификации СУБД. Исходя из этого, различают иерархические СУБД, сетевые СУБД и реляционные СУБД.

Функция СУБД по организации и поддержанию физической структуры данных включает организацию и поддержание внутренней структуры файлов БД, называемую форматом файлов базы данных, а также создание и поддержание специальных структур (индексы, страницы) для эффективного и упорядоченного доступа к данным. Данная функция тесно связана с третьей функцией СУБД – организацией доступа к данным.

Организация доступа к данным и их обработка в оперативной и внешней памяти осуществляется через реализацию процессов, получивших название транзакций. Транзакцией называют последовательную совокупность операций, имеющую отдельное смысловое значение по отношению к текущему состоянию базы данных. Транзакции принято разделять на две разновидности – изменяющие состояние базы данных после завершения транзакции и изменяющие состояние БД временно, с восстановлением исходного состояния данных после завершения транзакции. Совокупность функций СУБД по организации и управлению транзакциями называют монитором транзакций. Источником транзакций может быть как один пользователь, так и несколько сразу. По этому критерию СУБД классифицируют на однопользовательские (или «настольные») и многопользовательские («промышленные») СУБД. Примерами настольных СУБД являются Microsoft Access, Paradox и др. К промышленным СУБД относятся Oracle, DB2, Informix, SQL Server и т. д.

Непосредственная обработка и доступ к данным в большинстве СУБД осуществляется через организацию в оперативной памяти средствами операционной системы или собственными средствами системы буферов оперативной памяти, куда на время обработки и доступа помещаются отдельные компоненты файла БД. Поэтому другой составной частью функции СУБД по организации доступа и обработки данных является управление буферами оперативной памяти.

Еще одной важной функцией является так называемая журнализация всех текущих изменений БД, что представляет собой главное средство обеспечения сохранности данных при возможных сбоях и разрушениях данных.

Таким образом, можно выделить в структуре следующие функциональные блоки:

• процессор описания и поддержания структуры БД;

• процессор запросов к БД;

• монитор транзакций;

• интерфейс ввода данных;

• интерфейс запросов;

• интерфейс выдачи сведений;

• генератор отчетов.

Ядром СУБД является процессор описания и поддержания структуры, который реализует модель организации данных, средствами которой проектировщик строит логическую структуру БД и обеспечивает построение и поддержание внутренней схемы базы данных. Процессором описания в терминах используемой модели данных обеспечиваются установки заданной логической структуры БД, а также перевод структуры данных во внутреннюю схему БД. В реляционных СУБД процессор описания реализуется на основе языка базы данных, являющегося составной частью языка структурированных запросов (SQL).

Интерфейс ввода данных СУБД реализует входной информационный язык, обеспечивая поставщикам информации средства описания и ввода данных в информационную систему. Это обычно решается через применение диалоговых методов организации интерфейса и использование входных форм. Интерфейс ввода при этом обеспечивает средства создания, хранения входных форм и их интерпретацию в терминах описания логической структуры БД для передачи вводимых через формы сведений процессору описания.

Процессор запросов интерпретирует запросы в терминах языка манипулирования данными и совместно с процессором описания, собственно говоря, и исполняет запросы. В реляционных СУБД основу процессора запросов составляет язык манипулирования данными, являющийся основной частью языка SQL.

Функции монитора транзакций, как отмечалось выше, заключаются в организации совместного исполнения транзакций от нескольких пользователей над общими данными.

Интерфейс выдачи СУБД получает от процессора запросов результаты обращений к БД и переводит эти результаты в форму, удобную для восприятия и выдачи пользователю. Обычно применяются табличные способы представления структурированных данных, а также специальные формы выдачи данных, аналогичные формам ввода.

Формы выдачи лежат также в основе формирования так называемых «отчетов», выдающих результаты поиска и отбора информации из БД в письменной форме для формализованного создания соответствующих документов. Для подобных целей в состав СУБД включаются генераторы отчетов.

Итак, к важным признакам, классифицирующим СУБД можно отнести:

• среда функционирования, то есть платформа, на которой работает СУБД;

• тип поддерживаемой в СУБД модели данных;

• возможности встроенного языка СУБД, его переносимость в другие приложения;

• наличие развитых диалоговых средств конструирования и средств работы с БД;

• возможность работы с нетрадиционными данными в сетях (страницы HTML, сообщения электронной почты и т.п.);

• возможность работы с объектными и объектно-реляционными данными;

• уровень использования (настольная, промышленная);

• возможности интеграции данных из других СУБД;

• степень поддержки языка SQL и возможности работы с сервером БД;

• наличие средств отчуждаемых приложений, позволяющих не проводить полную установку СУБД для тиражируемых приложений пользователя.