Информационные основы обработки данных
Базы данных и системы управления базами данных. Роль и место банков данных в информационных системах.
Система управления базами данных (СУБД) Database management system (DBMS)
Система управления базами данных - комплекс программных и лингвистических средств общего или специального назначения, реализующий поддержку создания баз данных, централизованного управления и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных.
СУБД характеризуется используемой моделью, средствами администрирования и разработки прикладных процессов.
СУБД обеспечивает: - описание и сжатие данных; - манипулирование данными; - физическое размещение и сортировку записей; - защиту от сбоев, поддержку целостности данных и их восстановление; - работу с транзакциями и файлами; - безопасность данных.
СУБД определяет модель представления данных.
База данных (БД) — структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики какой-либо физической или виртуальной системы.
«Базой данных» часто упрощённо или ошибочно называют Системы Управления Базами Данных (СУБД). Нужно различать набор данных (собственно БД) и программное обеспечение, предназначенное для организации и ведения баз данных (СУБД).
Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:
Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.
Удобство использования для ведения учёта и анализа данных - на уровне так называемой физической модели.
Виды концептуальных и логических моделей БД — сетевая модель, иерархическая модель, реляционная модель (ER-модель), многомерная модель, объектная модель.
Таким образом, по виду модели БД разделяются на:
Картотеки
Сетевые
Иерархические
Реляционные
Объектно-ориентированные
Многомерные
Дедуктивные
На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках — таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т.д.
В настоящее время наибольшее распространение получили реляционные базы данных. Картотеками пользовались до появления электронных баз данных. Сетевые и иерархические базы данных считаются устаревшими, объектно-ориентированные пока никак не стандартизированы и не получили широкого распространения. Некоторое возрождение получили иерархические базы данных в связи с появлением и распространением формата XML.
БАНК ДАННЫХ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
Банк данных (БнД) - это АИС, включающая в свой состав комплекс специальных методов и средств (математических, информационных, программных, языковых, организационных, технических) для поддержания динамической информационной модели предметной области с целью обеспечения обработки информационных запросов пользователя.
Услугами БнД пользуется обычно большое число пользователей. Поэтому в БнД предусматривается специальное средство приведения всех запросов к единой терминологии - словарь данных. Кроме того, используются специальные методы эквивалентных грамматических преобразований запросов для построения оптимальных процедур их обработки, специальные методы доступа к одним и тем же данным различных пользователей при совпадении во времени поступивших запросов - механизм транзакций.
Обычно со стороны внешних пользователей к БнД формулируются следующие требования. БнД должен:
Удовлетворять актуальным информационным потребностям внешних пользователей, обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации.
Обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации.
Обеспечивать доступ к данным только пользователям с соответствующими полномочиями.
Обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков.
Удовлетворять заданным требованиям по производительности при обработке запросов.
Иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ ПО.
Обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме.
Обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией.
Обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей.
Преимущества централизации управления данными:
Сокращение избыточности хранимых данных (минимально необходимых - дублирование данных).
Устранение противоречивости хранимых д. (хранимых в различных файлах).
Многоаспектное использование д. (принцип однократного ввода д для разных пользователей и приложений).
Комплексная оптимизация. (Напр., выбор структуры хранения д., которая обеспечивает наилучшее обслуживание в целом). В максимальной степени удовлетворяются противоречивые требования.
Обеспечение возможности стандартизации (упрощение обмена д., контроля и восстановления д.).
Обеспечение возможности санкционированного доступа к данным. Интеграция данных приводит к тому, что данные, используемые различными пользователями, могут пересекаться различным образом. Следовательно, важно наличие в этих условиях механизма защиты д. от несанкционированного доступа к ним.
БнД через СУБД обеспечивает независимость прикладных программ от данных, чтобы не выполнять трудоемких ручных операций по внесению соответствующих изменений в прикладные программы.
Рассматривая д. как один из ресурсов АС, можно сказать, что БнД централизованно управляет этим ресурсом в интересах всей системы. Наличие централизованного управления данными - главная отличительная черта БнД.
БнД - информационная система, реализующая централизованное управление д. в интересах всех пользователей АС. (Средство интеграции д.).
В банках знаний (БнЗ) задачи интегрируются как по данным, так и по их обработке, возрастает интеллектуализация этих систем, цель которых - максимальное удовлетворение запросов пользователей. (Отличительная особенность - наличие “интелектуального интерфейса” поддерживающего терминологию предметной области).
БнД как автоматизированная система.
БнД в узком смысле включает в состав две основные компоненты:
БД;
СУБД - для реализации централизованного управления д., хранимыми в базе, доступа к ним, поддержание их в состоянии, соответствующем состоянию ПО.
В широком смыле БнД - это АС.
Управляет БнД администратор банка данных (АБД).
Словарь данных (СД) представляет собой специальную систему в составе БнД, предназначенную для хранения единообразной информации обо всех ресурсах данных конкретного банка.
В словаре содержатся сведения об объектах, их свойствах и отношениях для данной ПО, сведения о д., хранимых в базе (наименования д., их структуре, связи с другими д.), об их возможных значениях и форматах представления, об источниках их возникновения, о кодах защиты, разграничениях доступа к д. со стороны пользователей.
СД призван способствовать уменьшению избыточности и противоречивости д., хранить централизованное описание д, позволяющее централизованно вводить в систему новые типы данных или изменять описание существующих либо удалять устаревшие типы данных. Кроме того, СД позволяет пользователям системы и АБД пользоваться единообразной терминологией по данной предметной области при решении вопросов, связанных с обслуживанием запросов в БнД.
Преимущество использования СД - в централизованном накоплении и описании суммарного ресурса данных системы как на этапах проектирования БД, так и на этапах ее функционирования.
Если СУБД не имеет в своем составе программных средств введения словаря, то обычно разрабатывается, так называемый, независимый СД.
В системах с интегрированным словарем описания данные хранятся в единственном экземпляре в СД и используются при работе системы.
В системе с независимым словарем существует дублирование описаний д. - в СУБД и в СД, что повышает вероятность избыточности и противоречивости д., хранимых как в библиотеках СУБД, так и в словаре.
В зависимости от сложности ИС группа АБД может состоять как из одного, так из нескольких человек. В состав служебных функций АБД входит функция принятия решений об изменениях в состоянии БД.
Основной функцией АБД является обеспечение структур д. и взаимосвязь между ними, эффективных для обслуживания именно всего коллектива пользователей. Это функция администрирования БД.
БнД отличаются тем, что их внедрение и последущая эксплуатация занимает довольно продолжительное время. Поэтому функции АБД являются долгосрочными и направлены на координацию всех этапов проектирования, реализации и ведения БД.
На стадии проектирования АБД выступает основным идеологом, руководит всеми работами по разработке или приобретению ПО, обучение обслуживающего персонала и т.п.
На стадии эксплуатации отвечает за нормальную эксплуатацию и функционирвание БнД, управляет режимом работы, отвечает за сохранность данных.
Функции АБД:
решать вопросы организации д. об объектах ПО и установлении связей между этими данными с целью объединения информации о различных объектах; согласовывать представления пользователей;
координировать все действия по проектированию, реализации и ведению БД; учитывать текущие и перспективные требования пользователей; следить, чтобы БД удовлетворял актуальным информационным потребностям;
вопросы расширения БД в связи с изменением границ ПО;
защита д. от некомпетентного использования, от сбоев ТС, определения степени секретности части информации и разграничения доступа к ним (д.);
ведение СД, контроль избыточности и противоречивости, достоверность;
методы хранения д., пути доступа к ним, связей между д., форматов д., определять степень влияния изменений в д. на всю БД;
координация вопросов технического обеспечения системы;
координация работы системных программистов, разрабатывающих дополнительные ПО для улучшения эксплуатационых характеристик системы;
координация работы прикладных программистов, разрабатывающих новые прикладные программы в рамках состава ПО системы.