Понятие БД и СУБД. Основные модели данных

В основе большинства информационных технологий лежат большие массивы накопленной информации. Главной формой организации хранения данных в ИС являются базы данных.

База данных представляет собой совокупность определённым образом взаимосвязанных данных, хранящихся в памяти электронной вычислительной системы, что позволяет отображать структуру объектов и их связей в изучаемой предметной области.

Системой управления базами данных называется комплекс символьных и программных средств, который предназначен для создания, ведения и совместного доступа к БД множества пользователей.

Информация, которая хранится в БД, определённым образом структурирована, т.е. описывается некоторой моделью представления данных (моделью данных), поддерживаемой СУБД. Классическими моделями представления данных являются следующие:

ü Иерархическая;

ü Сетевая;

ü Реляционная;

На их основе сегодня созданы новые модели представления данных:

ü Постреляционная;

ü Многомерная;

ü Объектно-ориентированная;

Иерархическая модель представления данных характеризуется тем, что связи между данными можно описать с помощью упорядоченного графа, или дерева. Для описания структуры иерархической БД на каком-либо языке программирования используется тип данных «дерево». Среди основных достоинств иерархической модели данных можно выделить:

ü Эффективное использование памяти ЭВМ;

ü Скорость выполнения основных операций над данными;

ü Удобство работы с иерархически упорядоченной информацией;

Главный недостаток – её громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями, а также трудность для понимания её функционирования для обычного пользователя.

Сетевая модель представления данных, являясь логическим развитием и обобщением иерархической модели, позволяет отображать разнообразные взаимосвязи данных в виде произвольного графа. Среди основных достоинств иерархической модели данных можно выделить:

ü Эффективное использование памяти ЭВМ;

ü Скорость выполнения основных операций над данными;

ü Большие возможности образования произвольных связей;

Недостаток – высокая сложность и жёсткость схемы БД, построенной на её основе, а также, трудность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем.

В основе реляционной модели данных лежит понятие отношения (relation). Простой пример отношения – двухмерная таблица. Основные достоинства – доступность, простота и удобство практической реализации БД. Недостатки – отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания иерархических и сетевых связей.

В основе реляционной модели лежит принцип неделимости данных, хранящихся в полях записей таблиц, однако есть ряд случаев, когда это ограничение мешает эффективной реализации приложений. Постреляционная модель данных – это расширенная реляционная модель. Основной плюс – возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц посредством одной постреляционной таблицы, что обеспечивает высокую наглядность представления информации и повышение эффективности её обработки. Недостаток – сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.

Объектно-ориентированная модель характеризуется тем, что при представлении данных имеется возможность идентифицировать отдельные записи базы. При этом между записями БД и функциями их обработки устанавливаются определённые взаимосвязи с помощью механизмов, схожих с соответствующими средствами в объектно-ориентированных языках программирования. Достоинства – позволяет идентифицировать отдельную запись БД и определить функции их обработки. Недостатки – трудность для понимания её функционирования обычным пользователем, неудобство обработки данных и низкую скорость выполнения запросов.

Наиболее распространённой архитектурой ИС является архитектура клиент-сервер, состоящая из вычислительной сети и распределённой БД. Распределённая БД включает в себя корпоративную БД, находящуюся на компьютере-сервере, и персональные БД, находящиеся на рабочих станциях. Сервер БД обеспечивает выполнение основного объёма обработки данных. Функционирование подобной архитектуры включает в себя следующие этапы. Формируемые пользователем или приложениями запросы поступают к серверу БД в виде инструкции. Сервер БД выполняет поиск и извлечение необходимых данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Основное достоинство – уменьшение объёмов транслируемой информации.

Под определение СУБД попадает любой программный продукт, который способен поддерживать процессы проектирования, администрирования и использования БД. В связи с этим существует классификация СУБД по видам программ:

Ø полнофункциональные СУБД – самые многочисленные и мощные по своим возможностям программы. Примеры: Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Clarion Database Developer и др.;

Ø серверы БД – используются для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Примеры: Microsoft SQL Server, NetWare SQL (фирмы Novell) и др.;

Ø клиенты БД – различные программы (полнофункциональные СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т.д.). Для достижения большей производительности вычислительной сети желательно, клиентская и серверная части были произведены одной фирмой.

Ø Средства разработки программ работы с БД – используются для разработки таких программных продуктов, как клиентские программы, серверы БД и их отдельные приложения, а также пользовательские приложения. К средствам разработки пользовательских приложений относятся системы программирования, библиотеки программ для различных языков программирования, а также пакеты автоматизации разработок. Примеры: Delphi фирмы «Borland», Visual Basic фирмы «Microsoft» и др.

По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские.

Персональные СУБД предназначены для проектирования персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Также персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения могут выступать в качестве клиентской части многопользовательской СУБД. Примеры: Visual FoxPro, Paradox, Clipper, Access и др.

Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть. Такие СУБД могут работать с различными типами ЭВМ и ОС различных фирм-производителей. Примеры: системы Oracle и Informix.

Основными функциями СУБД (функциями высшего уровня) являются хранение, изменение и обработка информации, а также разработка и получение различных выходных документов.

Функции высшего уровня СУБД используют следующие основные функции более низкого уровня:

ü управление данными во внешней памяти;

ü управление буферами оперативной памяти. Буфер — это область ОП, предназначенная для ускорения обмена информацией между внешней и ОП;

ü управление трансакциями. Трансакция — это определённая неделимая последовательность операций над данными БД, которая контролируется СУБД от её начала и до завершения;

ü ведение журнала изменений в БД;

ü обеспечение целостности и безопасности БД;

Для обеспечения доступа пользователей и программ к хранящейся в БД информации СУБД используют 2 типа языков:

l язык описания данных — высокоуровневый язык, предназначенный для описания логической структуры данных;

l язык манипулирования данными — совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.

Наибольшее распространение получили 2 стандартизированных языка: QBE (Query by Example — язык запросов по образцу) и SQL (Structured Query Language — структурированный язык запросов). QBE в основном обладает свойтсвами языка манипулирования данными, а SQL сочетает в себе свойства языков обоих типов.

Теоретической основой языка QBE является реляционное исчисление с переменными-доменами. Язык QBE позволяет формулировать сложные запросы к БД путём заполнения предлагаемой СУБД запросной формы. Такой способ формулировки запросов к БД обеспечивает высокую наглядность и не требует указания алгоритма выполнения операции.

В основе структурированного языка запросов SQL лежит реляционное исчисление с переменными кортежами. Язык SQL предназначен для выполнения операций над таблицами и данными, содержащимися в этих таблицах, а также некоторых сопутствующих операций. SQL является непроцедурным языком, т.е. он не содержит операторов управления, организации подпрограмм, ввода-вывода и т.п. Поэтому SQL не используется как отдельный язык, а в большинстве случаев является частью встроенного языка программирования СУБД.

Язык SQL ориентирован исключительно на доступ к данным, поэтому его включают в состав средств разработки программ. В этом случае его называют встроенным SQL. Различают 2 основных метода использования встроенного SQL: статический и динамический.

При статическом использовании языка SQL в тексте программы имеются вызовы функций языка SQL, которые жёстко включаются в выполняемый модуль после компиляции. Изменения в вызываемых функциях могут быть на уровне отдельных параметров вызовов с помощью переменных языка программирования.

При динамическом использовании языка предполагается динамическое построение вызовов SQL-функций и интерпретация этих вызовов (например, обращение к данным удалённой БД) в ходе выполнения программы. Динамический метод обычно применяется в тех случаях, когда в приложении вид SQL-вызова заранее не известен и он строится в диалоге с пользователем.

При обслуживании обращений к общим данным средства управления БД должны обеспечивать 2 основных метода доступа: монопольный и коллективный.

Монопольный доступ к данным обычно используется в следующих случаях:

Ø при исключении возможности доступа к объектам БД со стороны других пользователей (например, при работе с конфиденциальной информацией);

Ø при проведении ответственных операций с БД, не допускающих других действий, например, изменение структуры БД.

Для организации коллективного доступа в СУБД используется механизм блокировок. Суть этого механизма состоит в том, что на время выполнения какой-либо операции в БД доступ к используемому объекту со стороны других потребителей временно запрещается или ограничивается.

Вопросы к экзамену

1. Определение информационных ресурсов;

2. Определение информационных технологий;

3. Определение информационной системы (ИС);

4. Классы информационных технологий (ИТ);

5. Обеспечивающие подсистемы структуры ИС;

6. Определение географической информационной системы (ГИС);

7. Определение базы данных (БД);

8. Определение системы управления базами данных (СУБД);

9. Виды БД;

10. Структура БД;

11. Режимы работы с БД, формой, отчётом;

12. Типы полей;

13. Ключевые поля;

14. Создание и редактирование формы;

15. Создание и редактирование отчёта;

16. Создание фильтра;

17. Создание запросов с групповыми функциями и без них;