Преподаватель: Моор Павел Климентьевич.

Дисциплина: Базы данных.

Литература:

• Конноли Т. Базы данных: проектирование, реализация, сопровождение.

• Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация.

• Моор П.К. Базы данных. Практикум.

• Моор П.К., Моор А.П. Базы данных. Учебное пособие.

Введение в базы данных.

Файловые системы.

Файловая система – набор программ, которые выполняют некоторые операции (например, создание отсчета) над данными, причем каждая программа определят свои данные и управляем ими.

Файлы – набор записей, которые содержат логически связанные данные.

Каждая запись – набор полей, каждое из которых представляет некоторую характеристику объекта.

Для ускорения доступа применяются методы индексации.

Важный шаг в развитии информационных систем – переход к использованию централизованных систем.

Пользователи видят файл как линейную последовательность записей и могут выполнить над ним ряд новых стандартных операций.

Главные особенности (недостатки) ФС:

• Зависимость программ от данных. Структура записи файла была известна только программе, которая с ним работала и программа, работающая с файлом, должна была иметь у себя внутри структуру данных, соответствующую структуре этого файла. При изменении структуры файла требовалось изменять структуру программы, а это требовало её компиляции;

• Отсутствие авторизации доступа к файлам. Файловые системы являются общим хранилищем файлов, принадлежащих разным пользователям, системы управления файлами должны обеспечивать авторизацию доступа к файлам. Их отсутствие ещё одной причиной разработки СУБД.

• Отсутствие возможности обеспечения эффективной параллельной работы многих пользователей с одними и теми же файлами.

Эти недостатки послужили толчком, который заставил разработчиков информационных систем предложить новый подход, который был реализован в рамках новых программных систем, названных Системами Управления Базами Данных (СУБД).

Классификация моделей данных.

«Данные» - это набор конкретных значений, параметров, характеризующих объект.

Данные могут не обладать определенной структурой.

Центральным понятием в области баз данных является понятие модели данных.

Модель данных – это концептуальный способ структурирования данных, описывающее взаимосвязь между ними.

Модели данных:

• Инфологические

  • Модель «сушность-связь»

  • Диаграммы Бахмана (не проходим)

• Даталогические

  • Документальные(не проходим)

    • Тезаурусные

    • Дескрипторные

  • Фактографические

    • Теоретико-графовые

      • Иерархическая

      • Сетевая

    • Теоретико-множественные

      • Реляционная

      • Бинарных ассоциаций(не проходим)

    • Объектно-ориентированные

• Физические:

  • Странично-сегментная организация

Иерархические и сетевые модели

Наиболее развитыми моделями данных являются:

• Иерархическая

• Сетевая

• Реляционная

Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев, дерево состоит из одной «корневой» записи и упорядоченного набора поддеревьев

Схема иерархической модели:

• Покупатели:

  • Счета:

    • Продажи

  • Банковские реквизиты:

Базовыми объектами модели являются:

• Элемент данных

• Запись

• Набор данных

Базовыми объектами модели являются:

• Элемент данных

• Агрегат данных

• Запись

• Набор данных.

Элемент данных – то же самое, что и в иерархической модели, то есть минимальная информационная единица, доступная пользователю с использованием СУБД.

Агрегат данных соответствует следующему уровню обобщения в модели. В сетевой модели определены агрегаты двух типов: агрегат типа вектор и агрегат типа повторяющаяся группа.

Агрегат типа вектор соответствует линейному набору элементов данных.

Архитектура систем баз данных.

Системы баз данных.

База данных (database) – совместно используемое единое хранилище для некоторого набора логически связанных данных по определенной предметной области. Кроме того, в БД имеются «данные о данных» - метаданные.

Система баз данных (database system) – Компьютеризированная БД.

Пользователю системы предоставляется возможность выполнения множества различных операций над данными. Например:

• Добавлять новые пустые файлы в БД

• Добавлять новые данные в существующие файлы

• Вести поиск данных

• Изменять данные

• Удалять данные

• Удалять существующие файлы из БД

Четыре главных компонента системы БД:

• Данные (БД)

• Аппаратное обеспечение

• Программное обеспечение

• Пользователи

Пользователи. Пользователей можно разделить на четыре группы:

• Администраторы баз данных

• Администратор данных

• Прикладные программисты

• Пользователи БД

Трехуровневая архитектура ansi - sparc

В соответствии со стандартом, разработанным Национальным Институтом Стандартизации США (ANSI) и Комитета планирования стандартов и норм (SPARC), архитектура систем баз данных включает 3 уровня:

1. Внешний – уровень, на котором БД воспринимается пользователем, который имеет некоторый язык доступа к БД – язык SQL, формы … Внешних уровней может быть много;

2. Концептуальный – («промежуточный» между внешним и внутренним) представление содержимого всей БД в абстрактной форме, является обобщением всех внешних уровней. Он описывает:

   1. Какие данные хранятся в БД

   2. Связи, существующие между ними

   3. Ограничения, накладываемые на данные

   4. Меры обеспечения доступа, безопасности и целостности данных.

3. Внутренний – это уровень наиболее

   1. Размещение БД на внешнем носителе

   2. Типы хранимых данных и записей

   3. Индексы, физическая последовательность хранимых записей, и т.п.

Ниже внутреннего находится физический уровень, который контролируется операционной системой.

Основные соображения в пользу выбора трехуровневой модели архитектуры БД:

• Каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к данным, используя свое собственное представление о них;

• Пользователи не должны непосредственно иметь дело с техническими вопросами физического хранения данных;

• Администратор данных должен иметь возможность изменять структуру БД без влияния на пользователей;

• Внутренняя структура БД не должна зависеть от изменений физических аспектов хранения информации.

Схема организации доступа к данным

Система управления базами данных (СУБД) представляет собой программное обеспечение, которое управляет доступом к базе данных.

Это происходит следующим образом:

1. Пользователь посылает СУБД запрос на получение данных из БД (применяя определенный подъязык данных, например, SQL).(1)

2. На основании внешней модели анализируются права, соответствующие данному пользователю, подтверждается или запрещается доступ пользователя к запрошенным данным.(2)

3. В случае запрета на доступ к данным СУБД сообщает пользователю об этом (12) и прекращает дальнейший процесс обработки данных. В противном случае СУБД определяет часть концептуальной модели, которая затрагивает запросом пользователя (3,4) (отображение «внешний – концептуальный»).

4. СУБД получает информацию о запрошенной части концептуальной модели (5) и запрашивает информацию о местоположении данных на внутреннем уровне (файлы) (6) (отображение «концептуальный – внутренний»).

5. В СУБД возвращается информация о местоположении данных в терминалах операционной системы (7).

6. СУБД обращается к ОС с запросом предоставить необходимые данные (8).

7. Операционная система осуществляет перекачку информации с устройств хранения, пересылает её в системный буфер (9) и оповещает СУБД об оказании пересылки (10).

8. СУБД собирает из информации, находящийся в системном буфере, данные, которые нужны пользователю, и пересылает эти данные в рабочую область пользователя(11).

Основные функции СУБД:

1. Хранение. Извлечение и обновление данных.

2. Предоставление пользователям системных каталогов (имена таблиц, имя, тип и размеры полей; имена связей; ограничения и т.п.).

3. Поддержка целостности данных.

4. Поддержка независимости программ от данных.

5. Поддержка транзакции (транзакция – набор действий пользователя по доступу и изменению содержимого БД).

6. Сервис восстановления БД.

7. Сервис контроля доступа к БД.

8. Поддержка обмена данными.

9. Сервис вспомогательных служб.