Система управления базами данных

      Таким образом:

      Поле - это элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации - реквизиту.

      Запись - это совокупность логически связанных  полей, представленных одной строкой  таблицы.

      Файл (таблица) - совокупность экземпляров  записей одной структуры. 

      1.2 Функции и компоненты СУБД

      Основные  функции СУБД:

      1. Определение данных. СУБД должна  допускать определения данных (внешние  схемы, концептуальную и внутреннюю  схемы, соответствующие отображения). Для этого СУБД включает в  себя языковый процессор для  различных языков определений данных.

      2. Обработка данных. СУБД должна  обрабатывать запросы пользователя  на выборку, а также модификацию  данных. Для этого СУБД включает  в себя компоненты процессора  языка обработки данных.

      3. Безопасность и целостность данных. СУБД должна контролировать запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности.

      4. Восстановление данных и дублирование. СУБД должна обеспечить восстановление  данных после сбоев.

      5. Словарь данных. СУБД должна обеспечить  функцию словаря данных. Сам словарь можно считать системной базой данных, которая содержит данные о данных пользовательской БД, т.е. содержит определения других объектов системы. Словарь интегрирован в определяемую им БД и, поэтому, содержит описание самого себя.

      6. Производительность. СУБД должна выполнять свои функции с максимальной производительностью.

      Обычно  современная СУБД содержит следующие  компоненты:

1. Ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию;
2. Процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных, и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода;
3. Подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД;
4. А также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

 

      1.3 Жизненный цикл СУБД

      Жизненный цикл СУБД - это совокупность этапов, которые проходит база данных на своем пути от создания до окончания использования⁵.

      Часто встречаемые этапы:

1. Исследование и анализ проблемы, для решения которой создается база данных;
2. Построение Инфологической и Даталогической модели;
3. Нормализация полученных Инфологических и Даталогических моделей. По окончанию этого этапа, как правило, получают заготовки таблицы БД и набор связей между ними (первичные и вторичные ключи);
4. Проверка целостности БД (Целостность базы данных);
5. Выбор физического способа хранения и эксплуатации (технического средства) базы данных;
6. Проектирование входных и выходных форм;
7. Разработка интерфейса приложения;
8. Функциональное наполнение приложения;
9. Отладка: проверка на корректность работы функционального наполнения системы;
10. Тестирование: тест на корректность ввода вывода данных, тест на максимальное количество активных сессий и т. д.;
11. Ввод в эксплуатацию: отладка ИТ - инфраструктуры, обучение пользователей и ИТ – персонала;
12. При необходимости добавления выходных форм и дополнительной функциональности. В случае если необходимы более серьезные изменения, следует повторить все шаги с первого;
13. Вывод из эксплуатации: перенос данных в новую СУБД.

 

      1.4 Классификация баз данных

      Многообразие  характеристик и видов баз  данных порождает многообразие классификации. Рассмотрим основные виды классификации.

      По  технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и  распределенные.

      Централизованная  база данных хранится в памяти одной  вычислительной системы, к которой  подключены несколько других компьютеров.

      Распределенная  база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих  друг друга частей, хранимых в различных  ПК компьютерной сети. Работа с такой  базой осуществляется с помощью  системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

      По  способу доступа к данным базы данных подразделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

      Системы централизованных баз данных с сетевым  доступом предполагают различные архитектуры  подобных систем:

      Файл - сервер. Согласно этой архитектуре в компьютерной сети выделяется машина - сервер для хранения файлов централизованной базы данных. Файлы базы данных могут быть переданы на рабочие станции для обработки: ввода, корректировки, поиска записей. При большой интенсивности доступа к одним и тем же файлам производительность системы падает. В этой системе сервер и рабочие станции должны быть реализованы на достаточно мощных компьютерах.

      На  данный момент файл - серверные СУБД считаются устаревшими (Microsoft Access, Borland Paradox).

      Клиент - сервер - архитектура, используемая не только для хранения файлов централизованной базы данных на сервере, но и выполняющая  на том же сервере основной объем  работы по обработке данных. Таким  образом, при необходимости поиска информации в базе данных рабочим станциям - клиентам передаются не файлы данных, а уже записи, отобранные в результате обработки файлов данных. Такая архитектура позволяет использовать маломощные компьютеры в качестве рабочих станций, но обязательно в качестве сервера используется очень мощный компьютер (Firebird, Interbase, MS SQL Server, Sybase, Oracle, MySQL, PostgreSQL)⁶.

      Прежде  чем создавать базу данных, с которой  вам придется работать, необходимо выбрать модель данных, наиболее удобную  для решения поставленной задачи.

      Модель  данных - совокупность структур данных и операций их обработки.

      С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области  и взаимосвязи между ними. Модели данных, которые поддерживают СУБД, а, следовательно, и сами СУБД делят на:

1. Иерархические;
2. Сетевые;
3. Реляционные.

      В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерархической) структуры. Она удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией и громоздка для информации со сложно логическими связями. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь.

      Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся  на более высоком уровне.

      Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой  другой вершине и находящуюся  на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. В каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

      Несмотря  на кажущуюся целесообразность, для  получения ответов на некоторые  запросы в иерархической модели требуется выполнение большого числа операций. Например, чтобы узнать о практических занятиях по всем дисциплинам БЮИ требуется просмотреть все записи «Практическое занятие», имеющиеся в данной базе.

      Сетевая (полносвязная) база данных. В сетевой  структуре базы данных при тех же основных понятиях иерархической базы данных: узел, уровень, связь - каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Недостатком такой модели данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе.

      Реляционная модель данных (РМД) название получила от английского термина Relation - отношение. Реляционная структура базы данных ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц, называемых еще реляционными таблицами.

      Каждая  реляционная таблица обладает следующими свойствами:

1. Каждый элемент таблицы - один элемент данных;
2. Все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковые характеристики и свойства;
3. Каждый столбец имеет уникальное имя;
4. Одинаковые строки в таблице отсутствуют;
5. Порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

      Понятие реляционный (relation - отношение) связано  с разработками известного американского  специалиста в области баз  данных Э. Кодда. В основу реляционной  базы данных положено понятие алгебры  отношения и реляционного исчисления.

      Реляционный подход к построению базы данных предполагает отображение реальных объектов (явлений, событий, процессов) в виде информационных объектов или объектов предметной области. Информационные объекты описывают  реальные с помощью совокупности взаимосвязанных реквизитов. Отношения представлены в виде таблиц, строки которых представляют записи, а столбцы - атрибуты отношений - поля. Если значение поля однозначно определяет соответствующую запись, то такое поле называют ключевым.

      Имеется возможность связать две реляционные таблицы, если ключ одной таблицы ввести в состав ключа другой таблицы.

      Так, если ключом таблицы книга будет выбран «№ в каталоге», то такую таблицу можно связать, например, с таблицей «Список библиотечного фонда». В этой таблице кроме полей, определяющих оценки по дисциплинам сессии, обязательно должно быть поле «№ в каталоге». Таким образом, между этими таблицами может быть установлена связь по этому ключевому полю. Информация, введенная в одну реляционную таблицу, может быть связана с одной или несколькими записями другой таблицы.

      Реляционная база данных является объединением нескольких двумерных таблиц, между которыми установлены связи.

      Между записями двух таблиц могут быть установлены  следующие основные виды связей:

1. Один к одному - эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот; например, начальник курса - курс;
2. Один к многим - эта связь предполагает, что одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А, например, начальник курса - курсант;
3. Многие к многим - эта связь предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1, 2 или более экземпляров объекта В и наоборот, например, учебная дисциплина - курсант.

      Одни  и те же данные могут группироваться в таблицы различными способами, т.е. возможна различная форма наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов.

      При этом должен выполняться принцип  нормализации:

1. В одной и той же таблице не может находиться повторяющихся полей;
2. В каждой таблице ключ должен однозначно определять запись из множества записей;
3. Значению ключа должно соответствовать исчерпывающая информация об объекте таблицы;
4. Изменение значения любого не ключевого поля не должно влиять на информацию в других полях.

      В последние годы подавляющее большинство  баз данных являются реляционными и практически все СУБД ориентированы на такое представление информации.