5.7. Організація баз і банків даних автоматизованої інформаційної системи. Ресурси баз даних

Для задоволення інформаційних потреб усіх користувачів в ІС існує банк даних (БнД).

Банк даних – система інформаційних, математичних, програмних, мовних, організаційних і технічних засобів, необхідних для інтегрованого нагромадження, зберігання, ведення, актуалізації, пошуку і видачі даних.

До складу БнД входять такі складові: сукупність технічного та програмного забезпечення, база даних, СУБД, словник даних, адміністратор БД. Головні складові банку даних – база даних і програмний продукт, який називається системою управління базою даних (СУБД).

Система управління базами даних (СУБД) – це програмні засоби, за допомогою яких можна створювати бази даних, поповнювати їх та працювати з ними.

База даних (БД) – це спеціальним чином організоване зберігання інформаційних ресурсів у вигляді інтегрованої сукупності файлів, що забезпечує зручну взаємодію між ними та швидкий доступ до даних.

В основу організації БД покладено принцип єдності, тобто БД повинна бути єдиною. На всіх етапах життєвого циклу БД складається з двох компонентів: структури та даних. На різних рівнях опису БД її структура зображується:

– на інфологічному рівні (сутність – зв’язок);

– на датологічному рівні вона може бути однією з моделей даних – ієрархічною, мережевою, реляційною, об’єктно-орієнтованою, об’єктно-реляційною, багатовимірною, змішаною;

– на фізичному рівні (структура файлів даних і допоміжних файлів).

Більшість баз даних мають табличну структуру.

Файли даних також складаються зі структури та даних. Структура охоплює такі компоненти: ім’я поля, тип поля, довжина поля.

Дані – це компонент БД, над яким виконуються в ІС дії.

Використання принципів бази та банку даних передбачає організацію зберігання інформації у вигляді БД, де всі дані зібрано в єдиному інтегрованому середовищі, і до інформації, як важливого ресурсу, забезпечує ться широкий доступ користувачів. Така організація даних усуває цілу низку проблем:

– відпадає потреба кожній прикладній програмі детально вирішувати питання організації файлів;

– усуває багаторазове введення й дублювання одних і тих самих даних;

– не виникає проблеми зміни прикладних програм у зв’язку із заміною фізичних пристроїв або зміни структури даних;

– підвищує рівень надійності та захищеності інформації;

– зменшує надлишок даних.

Технологія баз і банків – провідний напрям організації машинного ІЗ. Розвиток технологій баз і банків даних визначається рядом чинників: ростом інформаційних потреб користувачів, вимогами ефективного доступу до інформації, появою видів масової пам’яті, збільшенням її об’ємів, новими засобами та можливостями в галузі комунікації.

База даних – це динамічний об’єкт, який змінює значення зі зміною стану предметної сфери, яка відображається (зовнішніх умов стосовно бази).

Словник метаданих сам по собі є БД і містить інформацію про саму БД, є інструментом адміністратора БД і БнД та відіграє особливу роль.

Адміністратор БД (АБД) – особа або група осіб, які відповідають за загальне керування БД. Важливе завдання адміністратора БД – захист даних від злому, несанкціонованого та некомпетентного доступу.

Для виконання функції адміністратора в СУБД передбачено різні службові програми. Адміністрування БД передбачає виконання функцій для забезпечення надійної та ефективної роботи бази даних, задоволення інформаційних потреб користувача, відображення в БД динаміки предметної сфери.

До обов’язків адміністратора БД належать: визначення інформаційного змісту БД, структури зберігання та стратегії доступу, взаємодія з користувачами, визначення контролю повноважень процедур перевірки вірогідності даних, а також стратегії даних, керування ефективністю БД.

База даних – сукупність даних на машинних носіях, які використовуються при функціонуванні системи обробки інформації, що організовані за визначеними правилами, які передбачають загальні принципи опису збереження і маніпулювання ними, а також які незалежні від прикладних програм. В основі організації бази даних є модель даних, яка визначає правила, у відповідності з якими структуруються дані. За допомогою моделі представляється велика кількість даних і описуються взаємно зв’язки між ними. Найбільш поширені такі моделі даних: ієрархічна, мережна, реляційна.

В ієрархічній моделі зв'язок даних ”один до одного” (1:1) означає, що кожному значенню (екземпляру) елемента даних А відповідає одне і тільки одне значення, пов'язаного з ним елемента В. Наприклад, поміж такими елементами пар даних, як код готової продукції і її найменуванням є вищезазначений зв'язок, так як тільки кожному коду продукції відповідає одне її найменування.

Зазначимо, що ієрархічна модель даних будується на основі принципу підпорядкованості поміж елементами даних і представляє собою деревоподібну структуру, яка складається із вузлів (сегментів) і дуг (гілок). Дерево у ієрархічній структурі упорядковане за існуючими правилами розташування його сегментів і гілок: на верхньому рівні знаходиться один, кореневий (вихідний) сегмент, сегмент другого рівня, породжений, залежить від першого, вихідного; доступ до кожного породженого (крім кореневого) здійснюється через його вихідний сегмент; кожний сегмент може мати по декілька екземплярів конкретних значень елементів даних, а кожний елемент породженого сегменту пов’язаний з екземпляром вихідного і створює один логічний запис; екземпляр породженого сегменту не може існувати самостійно, тобто без кореневого сегменту; при вилученні екземпляру кореневого сегмента також вилучаються усі підпорядковані і взаємопов'язані з ним екземпляри породжених сегментів.

В мережній (сітьовій) моделі зв'язок ”один до багатьох” (1:В) означає, що значенню елемента А відповідають багато (більше одного) значень, пов'язанню з ним елементів В. Наприклад, поміж елементами даних ”код виробу” (елемент А) і ”кодом матеріалів” (елементи В) існує такий взаємозв'язок бо на виготовлення одного виробу використовується багато різних матеріалів.

Мережна (сітьова) модель даних представляє собою орієнтований граф з пойменованими вершинами і дугами. Вершини графа – записи, які представляють собою поіменовану сукупність логічних взаємозв'язаних елементів даних або агрегатів даних. Під агрегатом даних розуміють ураховану сукупність елементів даних, які є усередині запису. Для кожного типу записів може бути декілька екземплярів конкретних значень його інформаційних елементів Два записи, взаємозв'язані дугою, створюють набір даних. Запис, з якого виходить дуга, називається власником набору, а запис, до якого вона направлена, – членом набору.

В реляційній моделі зв'язок ”багатьох до багатьох” (В:В) указує на те, що декільком значенням елементів даних А відповідає декілька значені елементів даних В. Наприклад, поміж елементами даних ”код операції технологічного процесу” і ”табельний номер працівника” існує зазначені взаємозв'язок, так як багато операцій технологічного процесу можуть виконувати різні працівники (табельні номери) і навпаки.

Реляційна модель даних являє собою набір двомірних плоских таблиць, що складаються з рядків і стовпців. Первинний документ або лінійний масив являє собою плоску двомірну таблицю. Така таблиця називається відношенням, кожний стовбець – атрибутом, сукупність значень одного типу (стовпця) – доменом, а рядка – кортежем. Таким чином, стовпці таблиці є традиційними елементами даних, а рядки – записами. Таблиці (відношення) мають імена. Імена також присвоюються і стовпцям таблиці. Кожний кортеж (запис) відношення має ключ. Ключі є прості і складні. Простий ключ – це ключ, який складається з одного атомарного атрибуту, значення якого унікальне (яке не повторюються). Складний ключ складається з двох і більше атрибутів. Для зв’язків відношень друг з другом в базі даних є зовнішні ключі. Атрибут або комбінація атрибута відношення є зовнішнім ключем, якщо він не є основним (первинним) ключем цього відношення, але являється первинним ключем для другого відношення.

Різновидністю баз даних, з точки зору їх зберігання і використання, є розподіленні бази даних. Ці бази даних широко використовуються при організації комплексів взаємопов’язаних АРМ фахівців, на яких застосовуються ПЕОМ.

В інформаційно-обчислювальних системах, які використовують ПЕОМ, необхідність переходу від традиційних баз даних до розподілених диктується прагнення вирішити суперечливість про перевагу розподільного схоронення і ведення баз даних і потребою їх інтегрованого використання як цілісного утворення.

Розподілена база даних – це сукупність логічно зв’язаних баз даних або частин однієї бази, які розпаралелені поміж декількома територіально – розподіленими ПЕОМ і забезпечені відповідними можливостями для управління цими базами або їх частинами. Тобто, розподілена база даних реалізується на різних просторово розосереджених обчислювальних засобах, разом з організаційними, технічними і програмними засобами її створення і ведення.

До основних переваг розподіленої базі даних можна віднести таке: підвищення продуктивності систем за рахунок розпаралелювання процесів обробки даних; підвищення ефективності управління даними і поліпшення експлуатаційних характеристик систем управління даними, поліпшення збалансованості навантаження і синхронізації процесів оброки даних; підвищення надійності і живучості системи; поліпшення гнучкості, нарощуваності і модифікованості баз даних; скорочення вартості організації і затрат на експлуатацію баз даних; збільшення обсягу збережених і доступних для обробки даних; зменшення обсягів даних, які пересилаються.

Використовувати розподілені бази даних ефективно і доцільно в предметних областях, які характеризуються: занадто великими обсягами даних, які зберігаються і обробляються; фізичною розосередженістю місць збирання, зберігання і використання даних; наявністю розвинутих засобів обчислювальної техніки і мереж передачі даних; можливістю обробки більшої частини інформації в місцях, де вона виникає або зберігається; необхідністю одночасного виконання масової обробки інформації тощо. Ці особливості властиві промисловим підприємству і для його предметних областей. Предметна область – це уявлення досліджуваної частини реального світу у вигляді об’єктів (сутностей і категорій), відношень (зв’язків і властивостей) і операцій (змін відношень).

За засобом розміщення розподілені бази даних поділяють на зосередженні і розосередженні.

Зосередженні (або централізовані) розподілені бази даних фізично розташовуються в одному місці. Для обміну інформацією поміж окремими (локальними) півбазами використовуються канали зв’язку прямого доступу. Обмін даними поміж взаємозв’язаними півбазами здійснюється без помітних обмежень на обсяги і характер інформації, що передається. Такі бази даних мають ряд переваг: просту побудову бази даних, зведення до мінімуму дублювання інформації, максимально уніфікацію методів зберігання, корегування і пошуку інформації.

Проте зосереджені бази даних в одному місці – вузлі мережі – мають цілу низку недоліків: при централізації зберігання значно збільшується час на передачу інформації і за рахунком цього зростає час реакції системи; централізована система обмежена обсягами пам’яті ЕОМ тощо.

Розосереджені (або децентралізовані) розподілені бази даних фізично розміщені в різних місцях – вузлах обчислювальної мережі. Обмін інформацією поміж підбазами здійснюються з використанням каналів зв’язку. В якості підбаз розподіленої бази даних можуть використовуватись зосереджені (централізовані) бази даних і окремі (локальні) підбази. Обмін інформацією поміж взаємозв’язаними підбазами здійснюється головним чином результатною (обробленою, узагальненою) інформацією. При виконанні запиту в таких системах використовується декомпозиція запиту на підзапит до локальних підбаз і паралельне виконання виділених підзапитів у різних вузлах обчислювальної мережі. Ці бази даних мають безперечні переваги порівняно з централізованими: обсяги пам’яті обмежені пам’яттю не однієї ЕОМ, а сумарною пам’яттю ЕОМ, які знаходяться в усіх вузлах мережі; зменшуються затрати на передавання інформації, так як у кожному вузлі знаходиться та інформація, яка необхідна конкретному користувачу і по можливості забезпечує всі його інформаційні потреби. Однак розосереджена база даних призводить до неминучого дублювання певної інформації, безконтрольності її зростання, а також значно ускладнюється проблема зберігання несуперечності інформації.

Розглянута концепція розподілених баз даних знаходить широке розповсюдження при функціонуванні розподіленої обробки інформації. При цьому організація такої обробки інформації відбувається, як правило, в рамках системної автоматизованої обробки економічної інформації як в окремих структурних ланках, так і по об'єкту управління в цілому.

Організаційною передумовою застосування розподіленої обробки інформації є те, що в умовах ринкової економіки, при якій широко впроваджуються в практику господарського механізму госпрозрахунок, оренда тощо розвиваються процеси децентралізації управління об'єктом.

Технічною передумовою зазначених процесів є те, що одержують розповсюдження (і занадто ефективно) ПЕОМ, які прості в експлуатації і обслуговуванні, мають відносно низьку вартість і малі габарити тощо. Все це дозволяє наблизити їх до місць виникнення і первинного використання інформації про процеси, які відбуваються в виробничо-господарській діяльності об'єкта управління, а також розподілити їх на всіх рівнях управління цього об'єкта.

В умовах системної обробки інформації, колі концепція розподіленої обробки інформації реалізується на базі комплексів ПЕОМ і локальних мереж, знаходять широке використання АРМ керівників і фахівців різних рівнів об'єкта управління.