ПОНЯТИЯ «ДАННЫЕ», «ИНФОРМАЦИЯ», «БАЗА ДАННЫХ», «СУБД». КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД.
Информация представляет собой сведения об окружающих человека предметах, явлениях и процессах и является объектом таких операций как восприятие, передача, преобразование, хранение и использование.
Когда используется термин «данные», то речь идет об информации, представленной в формализованном виде, пригодной для автоматической обработки при возможном участии человека.
В широком смысле слова термин «база данных» (БД) – это совокупность сведений о конкретных объектах.
При создании БД в основном преследуется цель упорядочить данные по различным признакам, чтобы иметь возможность извлекать из данных нужную информацию.
Создание БД, ее поддержка, управление, а также доступ пользователей (прикладных программ) к самим данным осуществляется посредством специальных программных продуктов, называемых системами управления базами данных (СУБД).
Рис. 1. Обеспечение независимости баз данных и прикладных программ
Основная особенность СУБД – это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры.
Файлы, снабженные описанием хранимых в них данных и находящиеся под управлением СУБД, стали называть БД.
Давайте рассмотрим такие важные для нас понятия как «данные» и «информация». Несмотря на огромное количество определений для этих понятий остановимся на следующих определениях.
Информация представляет собой сведения об окружающих человека предметах, явлениях и процессах и является объектом таких операций как восприятие, передача, преобразование, хранение и использование.
Когда используется термин «данные», то речь идет об информации, представленной в формализованном виде, пригодной для автоматической обработки при возможном участии человека.
В широком смысле слова термин «база данных» (БД) – это совокупность сведений о конкретных объектах.
При создании БД в основном преследуется цель упорядочить данные по различным признакам, чтобы иметь возможность извлекать из данных нужную информацию.
Создание БД, ее поддержка, управление, а также доступ пользователей (прикладных программ) к самим данным осуществляется посредством специальных программных продуктов, называемых системами управления базами данных (СУБД).
Рис. 1. Обеспечение независимости баз данных и прикладных программ
Основная особенность СУБД – это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры.
Файлы, снабженные описанием хранимых в них данных и находящиеся под управлением СУБД, стали называть БД.
Банк данных – система языковых, алгоритмических, программных, технических и организационных средств поддержки интегрированной совокупности данных, а также сами эти данные, представленные в виде баз данных.
Классификация субд [5]
По модели представления данных:
-иерархические,
-сетевые,
-реляционные,
-постреляционные,
-объектно-реляционные,
-объектно-ориентированные,
-многомерные,ф
-документно-ориентированные.
По степени распределённости:локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере),
распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).
По способу доступа к БД (по архитектуре):
централизованные,
файл-серверные,
клиент-серверные,
трехзвенная архитектура,
встраиваемые.
Встраиваемая СУБД – библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы).
Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, один из вариантов Firebird, MySQL, Sav Zigzag, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.
Функции субд
СУБД также выполняет функции, которые называют низкоуровневыми.
1. Обеспечение независимости прикладных программ и данных (логической и физической независимости). Важнейшим свойством СУБД является возможность поддерживать два независимых взгляда на базу данных – «взгляд пользователя», воплощаемый в логическом представлении данных, и его отражения в прикладных программах; и «взгляд системы» – физическое представление данных в памяти ЭВМ. Обеспечение логической независимости данных предоставляет возможность изменения (в определенных пределах) логического представления базы данных без необходимости изменения физических структур хранения данных. Таким образом, изменение логического представления данных в прикладных программах не приводит к изменению структур хранения данных. Обеспечение физической независимости данных предоставляет возможность изменять (в определенных пределах) способы организации базы данных в памяти ЭВМ не вызывая необходимости изменения «логического» представления данных. Таким образом, изменение способов организации базы данных не приводит к изменению прикладных программ.
2. Защита логической целостности. Обеспечение целостности базы данных составляет необходимое условие успешного функционирования базы данных, особенно для случая использования базы данных в сетях. Целостность базы данных есть свойство базы данных, означающее, что в ней содержится полная, непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Поддержание целостности базы данных включает проверку целостности и ее восстановление в случае обнаружения противоречий в базе данных. Целостное состояние базы данных описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапазонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в базе данных, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реляционных баз данных.
3. Защита физической целостности. Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности данных в базе. Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными базы данных, которая отслеживается СУБД от начала до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои и отказы оборудования, ошибки в программном обеспечении, включая приложение) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.
Примером транзакций является операция перевода денег с одного счета на другой в банковской системе. Здесь необходим, по крайней мере, двух шаговый процесс. Сначала снимают деньги с одного счета, затем добавляют их к другому счету. Если хотя бы одно из действий не выполнится успешно, результат операции окажется неверным и будет нарушен баланс между счетами.
Ведение журнала изменений в базе данных (журнализация изменений) выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных сбоев и отказов, а также ошибок в программном обеспечении.
Журнал СУБД – это особая база данных или часть основной базы данных, непосредственно недоступная пользователю и используемая для записи информации обо всех изменениях базы данных. В различных СУБД в журнал могут заноситься записи, соответствующие изменениям в СУБД на разных уровнях: от минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти до логической операции модификации базы данных (например, вставки записи, удаления столбца, изменения значения в поле) и даже транзакции.
Для эффективной реализации функции ведения журнала изменений в базе данных необходимо обеспечить повышенную надежность хранения и поддержания в рабочем состоянии самого журнала. Иногда для этого в системе хранят несколько копий журнала.
4. Синхронизация работы нескольких пользователей. Достаточно часто может иметь место ситуация, когда несколько пользователей одновременно выполняют операцию обновления одних и тех же данных. Такие коллизии могут привести к нарушению логической целостности данных, поэтому система должна предусматривать меры, не допускающие обновление данных другим пользователям, пока работающий с этими данными пользователь полностью не закончит с ними работать. Основным используемым здесь понятием является понятие «блокировка». Блокировки необходимы для того, чтобы запретить различным пользователям возможность одновременно работать с базой данных, поскольку это может привести к ошибкам.
Для реализации этого запрета СУБД устанавливает блокировку на объекты, которые использует транзакция. Существуют разные типы блокировок – табличные, страничные, строчные и другие, которые отличаются друг от друга количеством заблокированных записей.
Чаще других используется строчная блокировка – при обращении транзакции к одной строке блокируется только эта строка, остальные строки остаются доступными для изменения.
Таким образом, процесс внесения изменений в базу данных состоит из следующей последовательности действий: выдается оператор начала транзакции, выдается оператор изменения данных, СУБД анализирует оператор и пытается установить блокировки, необходимые для его выполнения, в случае успешной блокировки оператор выполняется, затем процесс повторяется для следующего оператора транзакции. После успешного выполнения всех операторов внутри транзакции выполняется оператор фиксации транзакции. СУБД фиксирует изменения, сделанные транзакцией, и снимает блокировки. В случае неуспеха выполнения какого-либо из операторов транзакция «откатывается», данные получают прежние значения, блокировки снимаются.
5. Управление ресурсами среды хранения. Методы и алгоритмы управления данными являются «внутренним делом» СУБД и прямого отношения к пользователю не имеют. Качество реализации этой функции наиболее сильно влияет на эффективность работы специфических информационных систем, например, работающих с огромными базами данных, со сложными запросами, осуществляющих большие объемы обработки данных.
Буферизация данных и как следствие реализация функции управления буферами оперативной памяти обусловлена тем, что объем оперативной памяти меньше объема внешней памяти.
Буферы представляют собой области оперативной памяти, предназначенные для ускорения обмена данными между внешней и оперативной памятью. В буферах временно хранятся фрагменты базы данных, данные из которых предполагается использовать при обращении к СУБД или планируется записать в базу данных после обработки.
6. Управление системой безопасности. Обеспечение безопасности достигается в СУБД шифрованием данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных и к отдельным ее элементам (таблицам, формам, отчетам и т.д.).