Вопрос 8 Понятие базы данных, ее архитектуры, виды бд, понятие и выды субд

Информационные системы и базы данных

База данных обеспечивает хранение информации и представляет собой поименованную совокупность структурированных данных, организованных по определенным правилам, включающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными.

Система управления базами данных представляет собой пакет прикладных программ и совокупность языковых средств, предназначенных для создания, сопровождения и использования БД.

Прикладные программы (приложения) служат для обработки, данных, вычислений и формирования выходных документов по заданной форме.

Процесс проектирования ИС обычно включает следующие этапы:

• проектирование структуры БД;

• создание БД (формирование и связывание таблиц, ввод данных);

• создание меню приложения;

• создание запросов;

• создание экранных форм, отчетов;

• генерация приложения как исполняемой программы.

Приложения обеспечивают автоматизацию обработки данных из некоторой предметной области и могут создаваться как в среде СУБД, так и вне ее с помощью системы программирования, к примеру, Delphi или C++Builder, использующей средства доступа к БД. Для работы с БД можно обойтись только средствами СУБД, создавая запросы, формы, отчеты. Приложения разрабатываются, когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователем или интерфейс СУБД не устраивает пользователя.

Эффективность функционирования ИС во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер, которая предполагает наличие компьютерной сети и распределенной БД, включающей корпоративную БД и персональные БД. Корпоративная БД размещается на компьютере-сервере, а персональные БД – на компьютерах-клиентах сотрудников подразделения. Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом - компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса сети могут выступать БД, файловые системы, службы печати, почтовые службы. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он управляет, например, если ресурс – БД, то соответствующий сервер называется сервером БД. Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера БД, например, Microsoft SQL Server или Oracle Server. Для создания и управления функционированием персональных БД и приложений используются СУБД Access, Visual FoxPro, Paradox.

В зависимости от размеров организации и особенностей решаемых задач ИС может иметь одну из следующих конфигураций:

• компьютер-сервер, содержащий корпоративную и персональную базы;

• компьютер-сервер и персональные компьютеры с персональными БД;

• несколько компьютеров-серверов и персональных компьютеров с персональными БД.

Модели данных

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру, т.е. представлены некоторой моделью, поддерживаемой СУБД.

Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования.

К числу важнейших относятся следующие модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная.

В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерархической) структуры. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образует ориентированный граф (перевернутое дерево). К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, узел, связь. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящемся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине. Эта модель удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией и громоздка для работы со сложными логическими связями.

Сетевая модель означает представление данных в виде произвольного графа. В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый узел может быть связан с любым другим узлом. Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе.

Реляционная модель данных получила название от английского термина relation – отношение. При соблюдении определенных условий отношение представляется в виде двумерной таблицы, привычной для человека. Эта модель характеризуется простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных. Большинство современных БД для ПК являются сетевыми.

Объектно-ориентированная модель объединяет в себе две модели – реляционную и сетевую, и используется для создания крупных БД со сложными структурами данных.

Системы управления базами данных

СУБД разделяют по используемой модели на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, а по характеру использования – на персональные и многопользовательские. К персональным относятся Access, Visual FoxPro, Paradox, Approach, dBase, Clipper, а к многопользовательским – СУБД Oracle, Informix. Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть, причем допускаются разные типы ЭВМ и операционных систем. Универсальность таких систем отражается соответственно на высокой цене и требуемых компьютерных ресурсах

Персональные СУБД обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними, и при необходимости создания приложений, работающих с сервером БД. Управляющим компонентом многих СУБД является ядро, выполняющее следующие функции:

• управление данными во внешней памяти;

• управление буферами оперативной памяти (рабочими областями, в которые осуществляется подкачка данных из внешней памяти для повышения скорости работы);

• управление транзакциями.

Транзакция – это последовательность операций над БД, рассматриваемая как единое целое. При выполнении транзакция может быть либо успешно завершена, и СУБД зафиксирует изменения в памяти, либо, например, при сбое, ни одно из изменений не отразится в БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД. Целостность БД – свойство, означающее, что БД содержит полную и непротиворечивую информацию, необходимую и достаточную для корректного функционирования приложений. Для обеспечения целостности БД накладываются ограничения в виде некоторых условий, которым должны удовлетворять хранимые данные.

Язык современной СУБД включает подмножества команд, которые разбиваются на следующие группы: язык описания данных, язык манипулирования данными. Стандартным языком реляционных СУБД, обеспечивающим доступ к серверу БД, является структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language).

Реляционная база данных

Реляционная модель данных некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. При создании ИС совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними. Реляционная таблица обладает следующими свойствами:

1. каждый элемент таблицы – один элемент данных;

2. каждая строка таблицы (кортеж) – данные об одном экземпляре объекта предметной области, например, в таблице Студент – сведения о конкретном студенте;

3. все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину;

4. каждый столбец в таблице – поле имеет уникальное имя;

5. одинаковые строки в таблице отсутствуют;

6. порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Для манипулирования отношениями используются операции реляционной алгебры: объединение, пересечение, разность, произведение, деление, ограничение, проекция, соединение. Пользователи, как правило, имеют дело с этими операциями в виде конструкций языка SQL-запросов.