Базы данных

Тема 1.1. Основы теории баз данных. Основные понятия

В основе решения многих задач лежит обработка информации. Для облегчения обработки информации создаются информационные системы (ИС). Автоматизированными называют ИС, в которых применяются технические средства, в частности ЭВМ. Большинство существующих ИС являются автоматизированными, поэтому для краткости просто будем называть их ИС.

В широком понимании под определение ИС подпадает любая система обработки информации. По области применения ИС можно разделить на используемые: в производстве, образовании, здравоохранении, военном деле, социальной сфере, торговле и других отраслях. ПО целевой функции ИС можно условно разделить на следующие основные категории: управляющие, информационно-справочные, поддержки принятия решений.

Иногда используется более узкая трактовка понятия ИС как совокупности аппаратно-программных средств, задействованных для решения некоторой прикладной задачи. В организации, например, могут существовать информационные системы, на которых соответственно возложены следующие задачи: учет кадров и материально-технических средств, расчет с поставщиками и заказчиками, бухгалтерский учет и т.п.

Банк данных является разновидностью ИС, в которой реализованы функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации, организованной в одну или несколько баз данных.

Банк данных (БнД) состоит из следующих компонентов: базы (нескольких баз) данных, системы управления базами данных, словаря данных, администратора, вычислительной системы и обслуживающего персонала.

База данных (БД) представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

Логическую структуру хранимых в БД называют моделью представления данных. К основным моделям представления данных относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная.

Система управления базами данных (СУБД) – комплекс языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных.

Одними из первых СУБД являются следующие системы: IMS (IBM, 1968), IDMS (Cullinet, 1971), ADABAS (Software AG, 1969) и ИНЭС (ВНИИСИ АН СССР, 1976). количество современных СУБД исчисляется тысячами.

Приложение представляет собой программу или комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию обработки информации для прикладной задачи. Приложения могут создаваться в среде или вне среды СУБД – с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД. Приложения, разработанные в среде СУБД называются приложениями СУБД, а приложения, разработанные вне СУБД, - внешними приложениями.

Приложения разрабатываются главным образом в случаях, когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователям или интерфейс СУБД не устраивает пользователей.

Словарь данных (СД) представляет собой подсистему БнД, предназначенную для централизованного хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов БД друг с другом, типах данных и форматах их представления, принадлежности данных пользователям, кодах защиты и разграничения доступа и т.д.

Функционально СД присутствует во всех БнД, но не всегда выполняющий эти функции компонент имеет такое название. Чаще всего функции СД выполняются СУБД и вызываются из основного меню системы или реализуются с помощью ее утилит.

Администратор базы данных (АБД) есть лицо или группа лиц, отвечающих за выработку требований к БД, ее проектирование, создание, эффективное использование и сопровождение. В процессе эксплуатации АБД обычно следит за функционированием информационной системы, обеспечивает защиту от несанкционированного доступа, контролирует избыточность, непротиворечивость, сохранность и достоверность хранимой в БД информации. Для однопользовательских информационных систем функции АБД обычно возлагаются на лиц, непосредственно работающих с приложениями БД.

В вычислительной сети АБД взаимодействует с администратором сети. В обязанности последнего входят контроль за функционированием аппаратно-программных средств сети, реконфигурация сети, восстановление программного обеспечения после сбоев и отказов оборудования, профилактические мероприятия и обеспечение разграниченного доступа.

Вычислительная система (ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих ЭВМ или процессоров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и выдачи информации потребителям. Используемая ВС, наряду с приемлемой мощностью центральных процессоров должна иметь достаточный объем оперативной и внешней памяти прямого доступа.

Обслуживающий персонал выполняет функции поддержания технических и программных средств в работоспособном состоянии. Он проводит профилактические, регламентные, восстановительные и другие работы по планам, а также по мере необходимости.

Эффективность функционирования ИС во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер. В достаточно распространенном варианте она предполагает наличие компьютерной сети и распределенной БД, включающей корпоративную БД и персональные БД. КБД размещаются на компьютере-сервере, ПБД размещаются на компьютерах сотрудников подразделений, являющихся клиентами КБД.

Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом – компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса могут выступать, например, БД, файловые системы, службы печати, почтовые службы. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он управляет. Например, если управляемым сервером является БД, то соответствующий сервер называется сервером БД.

Достоинством организации информационной системы по архитектуре клиент-сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователем над персональной информацией. Архитектура клиент-сервер допускает различные варианты реализации.

Рис.1.1. Структура ИС с файл-сервером

Первыми появились распределенные ИС с применением  файл-сервера. В таких ИС по запросам пользователей файлы БД передаются на персональные компьютеры, где и производится их обработка. Недостаток – высокая интенсивность передачи обрабатываемых данных. Причем зачастую передаются избыточные данные: вне зависимости от того сколько записей из БД требуется. Передача файлов из БД для обработки пользователю, файлы БД передаются целиком.

Структура распределенной ИС, построенной по архитектуре клиент-сервер с использованием сервера БД, представлена на рис. 1.2. При такой архитектуре сервер БД обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Формируемые пользователем или приложением запросы поступают к серверу БД в виде инструкций языка SQL.Сервер БД выполняет поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Достоинства – меньший объем передаваемых данных.

Рис.1.2. Структура ИС с сервером баз данных

Для создания и управления персональными БД и приложений, работающих с ними, используются СУБД, такие как Access, Visual FoxPro фирмы Microsoft, Paradox фирмы Borland. Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера БД, например Microsoft SQL Server или Oracle Server.

В зависимости от размеров организации или особенностей решаемых задач информационная система может иметь одну из ведущих конфигураций:

·         компьютер-сервер, содержащий корпоративную и персональные базы;

·         компьютер-сервер и персональные компьютеры с ПБД;

·         несколько компьютеров-серверов и персональных компьютеров с ПБД.

Использование архитектуры клиент-сервер дает возможность постепенного наращивания информационной системы предприятия, во-первых, по мере развития предприятия; во-вторых, по мере развития самой информационной системы.

Разделение общей БД на корпоративную БД и персональные БД позволяет уменьшить сложность проектирования БД по сравнению с централизованным вариантом, а значит, снизить вероятность ошибок при проектировании и стоимости проектирования.

Важнейшим достоинством применения БД в информационных системах является обеспечение независимости данных от прикладных программ. Это дает возможность пользователям не заниматься проблемами предоставления данных на физическом уровне: размещение данных в памяти, методов доступа к ним и т.д.

Такая независимость достигается поддерживаемым СУБД многоуровневым представлением данных в БД на логическом и физическом уровнях. Благодаря СУБД и наличию логического уровня представления данных обеспечивается отделение концептуальной (понятийной) модели БД от ее физического представления в памяти ЭВМ.

Вернутся в содержание.

Скачано с www.znanio.ru