Классы и структуры систем управления базами данных

Проблемы совместного использования данных и периферий­ных устройств компьютеров и рабочих станций породили модель вычислений, основанную на концепции файлового сервера — сеть создает основу для коллективной обработки, сохраняя про­стоту использования персонального компьютера, позволяет со­вместно использовать данные и периферию.

В этом смысле главной отличительной чертой БД является использование централизованной системы управления данными, причем как на уровне файлов, так и на уровне элементов дан­ных. Централизованное хранение совместно используемых дан­ных приводит не только к сокращению затрат на создание и поддержание данных в актуальном состоянии, но и к сокраще­нию избыточности информации, упрощению процедур поддер­жания непротиворечивости и целостности данных.

СУБД (DBMS — database management system) — комплекс языков и программ, позволяющий создавать БД и управлять ее работой. СУБД обрабатывает поступающие от пользователей и прикладных процессов обращения к БД, а затем выдает необхо­димые им сведения. СУБД характеризуется используемой моде­лью и средствами администрирования, разработки прикладных процессов, работы в информационной сети.

Эффективное управление внешней памятью является основной функцией СУБД. Эти, обычно специализированные, средства определяют эффективность системы. Без них она не сможет выполнять некоторые задачи уже потому, что их выполнение будет занимать слишком много времени. При этом ни одна из таких специализированных функций, как построение индексов, буферизация данных, организация доступа и оптимизация запросов, не является видимой для пользователя и обеспечивает независимость между логическим и физическим уровнями системы.

СУБД обеспечивает:

• описание и контроль данных;

• манипулирование данными (запись, поиск, выдачу, изме­нение содержания);

• физическое размещение (изменение размеров блоков дан­ных, записей, использование занимаемого пространства, сортировку, сжатие, кодирование и пр.);

• защиту от сбоев, поддержку целостности и восстановление;

• работу с транзакциями и файлами;

• безопасность данных.

Существует несколько типов СУБД. Эволюционно они про­шли путь от систем, использовавших иерархическую и се­тевую модели данных к реляционным и объект­но-ориентированным.

В иерархической системе управления базой данных данные в соответствии с ветвящимся деревом их признаков располагаются в двухмерных файлах и образуют деревья признаков. Соответст­венно этому происходит и поиск необходимых сведений.

В реляционных системах управления базами данных данные представляются в форме таблиц, определяющих взаимосвязь за­писей. Реляционные СУБД характеризуются простотой, гибко­стью и точностью. Каждая из них одновременно работает с дан­ными, размещенными в нескольких таблицах. Поэтому, реляци­онные БД ориентированы на быстрый доступ к небольшим объемам данных.

Объектно-ориентированные системы управления базами дан­ных основываются на объектно-ориентированной архитектуре. Они позволяют работать со сложными типами данных, хранимых в виде объектов; отличаются высокой производительностью при обработке транзакций (особенно эффективны при обработке изображении). Их возникновение обусловлено потребностями разработки сложных информационных систем, неудовлетворенных технологиями предшествующих БД. В таких СУБД должны быть решены проблемы поддержки иерархии и наследования типов, управления сложными объектами. Решение этих кивается с ограничениями: отсутствием общепринятой объектно-ориентированной модели данных, декларативного языка запросов и т. п.

Гибридные системы управления базами данных объединяют ложительные качества реляционных и объектно-ориентированных систем. Они соединяют средства обработки транзакций реляционных СУБД с поддержкой многочисленных типов даннь объектно-ориентированных СУБД.

Кроме этого, системы управления базами данных можн классифицировать:

По используемому языку общения:

• замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с БД. Они обеспечивают непосред­ственное общение с системой в режиме диалога, позволяют работать без программистов;

• открытые, в которых для общения с БД используется язык программирования, «расширенный» операторами языка манипулирования данными (ЯМД). В этом случае необхо­димо участие квалифицированного программиста.

По числу поддерживаемых СУБД уровней моде­лей данных: одно-, двух-, трехуровневые системы. Теоретически обоснован выбор трехуровневой архитектуры данных, однако на практике СУБД для персональных ЭВМ часто объединяют кон­цептуальный и внутренний уровни представления.

По выполняемым функциям:

• операционные, предполагающие иные виды обработки по получению информации, не хранящейся в явном виде в БД;

• информационные, позволяющие организовать хранение данных, поиск и выдачу нужных данных из БД и поддер­живать их целесообразность и актуальность.

По сфере применения:

• универсальные, настраиваемые на любую предметную о ласть путем создания соответствующей БД и прикладны программ;

• проблемно-ориентированные на определенные процедуры обработки данных, присущих конкретной области применения.

В структурном составе СУБД могут быть выделены ядро и среда (рис. 5.12) [14, 32].

Ядро СУБД — программный комплекс (модуль или модули), обеспечивающий непосредственное выполнение физических операций над БД (в ранних системах функции Ядра выполняли программы методов доступа ОС ЭВМ).

Среда — совокупность интерфейсных модулей, обеспечиваю­щих связь пользователей с Ядром и через него с БД. Среда включает в себя пользовательские интерфейсы и утилиты администратора БД (АБД).

Утилиты АБД образуют библиотеку программ обслуживания БД в привилегированном режиме (работа пользовательских средств параллельно утилитам не разрешена) и выполняют ос­новные функции, к которым относятся:

• физическая подготовка дисковой памяти к размещению БД;

• подготовка справок о составе БД, структуре файлов, коли­честве данных и занимаемом объеме;

• загрузка файла БД из последовательного набора дан­ных ОС;

• дозагрузка (расширение существующего файла);

• модификация БД: расширение или перемещение физических наборов данных, реорганизация;

• модификация файла (таблицы, группы таблиц): добавление новых полей в структуру записи; инвертирование полей или освобождение (превращение инвертированных полей в сканируемые);

• выгрузка образа БД (файла таблицы) для сохранения в архивном наборе данных;

• создание и ведение словаря данных и др.

Средства пользователя. Стандартными средствами этого типа, предоставляемыми фирмой-разработчиком, являются следующие:

• диалоговые интерфейсы;

• генераторы отчетов;

• система конструирования и поддержки интерактивных тех нологий в информационных системах (ЯП АИС).