Логические основы накопления и хранения данных. Базы данных

Цель любой информационной технологии заключается в обработке сведений об объектах и явлениях реального мира. Важнейшей составляющей этих технологий являются способы хранения данных на машинных носителях и методы доступа к ним.

С целью унификации методов доступа к данным, хранящимся на различных типах технических устройств, на логическом уровне введено обобщенное понятие файла как имеющей имя логически связанной совокупности данных на внешнем запоминающем устройстве. Для удобства оперирования большим количеством файлов последние группируются в папки (каталоги). Каждый файл данных имеет уникальное имя в пределах папки. Файлы могут иметь различную структуру и, в свою очередь, состоять из более мелких структурных элементов, таких, как записи, поля.

Одним из ключевых понятий структур данных на логическом уровне является понятие базы данных (БД). В общем случае БД можно определить как некоторую структурированную совокупность данных об объектах определенной предметной области⁶⁰, хранящихся на внешних запоминающих устройствах, и методов доступа к ним, определяющих способы взаимодействия с пользователем и аппаратно-программными средствами ИТ.

С понятием системы базы данных непосредственно связано понятие системы управления базами данных, под которой понимается комплекс программных средств, предназначенных для создания и обслуживания БД (СУБД). Проводя аналогию с технологиями материального производства, БД в информационной технологии в комплексе с СУБД выступает в роли складского хозяйства во всем его многообразии. Это и место складирования данных, и вся совокупность технических, программных, правовых, организационных средств по обеспечению их транспортировки, учета, хранения и поиска, обеспечения целостности, сохранности и безопасности.

Для базы данных характерно наличие структуры, определяющей состав и взаимодействие (отношения) между ее элементами. База данных – это структурированная совокупность данных, обеспечива­ющая удобный и быстрый способ доступа к ее элементам. Структурирование данных – это введение соглашений о способах представления данных. С точки зрения размещения БД и ее формально-структурной организации на внешних запоминающих устройствах, БД представляет собой совокупность логически взаимосвязанных файлов.

Классификация БД

По технологии обработки данных БД подразделяются на централизованные (ЦБД) и распределенные (РБД). Централизованные БД хранятся в памяти одной вычислительной системы или одной вычислительной машины. ЦБД могут использоваться как на локальных вычислительных системах, вычислительных центрах, так и в вычислительной сети. ЦБД с сетевым доступом могут предполагать различные способы обработки хранящихся в них данных различными компьютерами сети: на уровне файлов (файл – серверная архитектура) или на уровне записей (клиент – серверная архитектура).

Архитектура БД "Файл-сервер" предполагает лишь централизованное хранение БД на выделенном компьютере в виде совокупности файлов, которые по запросу передаются на рабочую станцию - компьютер пользователя - и там обрабатываются.

Архитектура "Клиент-сервер", помимо централизованного хранения данных, предполагает поиск по запросу пользователя необходимых данных (записей) и выполнение основного объема их обработки на сервере сети. На рабочую станцию пользователя передаются уже не файлы, а определенным образом структурированные и обработанные данные.

Распределенные базы данных используются в вычислительных сетях. В этой технологии данные располагаются на различных компьютерах сети и могут частично перекрывать и даже дублировать друг друга.

По способу доступа к данным различают БД с локальным и удаленным доступом. Доступ к локальной базе данных осуществляется только с того компьютера, на котором она расположена.

БД с удаленным доступом предполагают использование их данных с сетевых компьютеров.

По логической структуре хранимых данных БД делятся на иерархические, сетевые и реляционные.

В иерархической модели представления данных связи между элементами записи описываются с помощью упорядоченного древовидного графа.

Сетевая модель данных позволяет учитывать разнообразные взаимосвязи между элементами в виде произвольного графа.

Наибольшее распространение на практике получили реляционные базы данных. В соответствии с этой моделью данные представляются в виде совокупности плоских таблиц – отношений. Каждая таблица имеет строки и столбцы. Каждая строка одной таблицы имеют единую структуру и состоит из полей. База данных в свою очередь представляет собой совокупность файлов-таблиц, объединенных между собой информационными связями на уровне отдельных полей или их произвольных комбинаций.