23. Базы данных. Основные понятия. Требования и основные принципы построения.

База данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации. База данных (БД) – совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений.

Основным назначением базы данных (БД) является повышение эффективности разработки, внедрения и функционирования не отдельной задачи, а системы в целом. Содержание БД и ее объем зависят от характера решаемых задач. Важным назначением базы данных по классификаторам является сжатие хранимой в системе информации и приведение ее к фиксированным форматам с помощью кодовых обозначений.

Основные направления применения:

Первое связано с выполнением больших численных расчётов, которые трудно или невозможно произвести вручную. Развитие этой области способствовало ускорению развития методов математического моделирования, численных методов, языков программирования высокого уровня, рассчитанных на удобное представление вычислительных алгоритмов. Для задач такого типа характерны большие объёмы вычислительной работы при относительно небольших потребностях в памяти.

Второе направление связано с использованием вычислительной техники для создания, хранения и обработки больших массивов данных. Такие задачи решают информационные системы (ИС). К ним относятся поисковые, справочные, банковские системы, автоматизированные системы управления предприятием. Задачи такого типа требуют больших объёмов внешней памяти при относительно небольших расчётах.

Информационная система представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

- ввод данных об объектах некоторой предметной области;

- надёжное хранение и защита данных во внешней памяти вычислительной системы;

- дополнение, удаление, изменение данных;

- сортировка, выборка данных по запросам пользователей;

- выполнение специфических для данной предметной области преобразований информации;

- предоставление пользователям удобного интерфейса;

- обобщение данных и составление отчётов.

Система управления базами данных — это совокупность языковых и программных средств, которая осуществляет доступ к данным, позволяет их создавать, менять и удалять, обеспечивает безопасность данных и т.д. В общем СУБД — это система, позволяющая создавать базы данных и манипулировать сведениями из них. А осуществляет этот доступ к данным СУБД посредством специального языка - SQL.

SQL - язык структурированных запросов, основной задачей которого является предоставление простого способа считывания и записи информации в базу данных.

Функции СУБД

1. определения данных

СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную схему, внутреннюю схему, а также все связанные отображения) в исходной форме и преобразовывать эти определения в форму соответствующих объектов, т. е. СУБД должна включать в себя компонент языкового процессора для различных языков определения данных.

2. обработка данных

СУБД должна уметь обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление соответствующих данных в базе данных или на добавление новых данных в базу данных, т. е. СУБД должна включать в себя компонент процессора языка обработки данных (ЯОД).

3. безопасность и целостность данных

СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности, определенных АБД.

4. восстановление данных и дублирование

Восстановление и дублирование данных осуществляется СУБД или администратором.

5. введение словаря данных

Словарь данных – это исчерпывающий набор таблиц или файлов, представляющий собой каталог всех описаний данных. Также он может содержать информацию о пользователях, привилегиях и т.д., доступную только администратору базу данных. Словарь данных является центральным источником информации для СУБД, АБД всех пользователей.

6. производительность

СУБД должна выполнять все указанные функции с максимально возможной эффективностью.

Основные компоненты СУБД

Транзакции – процессы, которые должны выполняться атомарно.

Свойства транзакций – атомарность, изолированность, устойчивость.

Условия каждой завершенной транзакции должны быть зафиксированы в БД, когда система выходит из строя

планировщик заданий отвечает за атомарность и изолированность

менеджер протоколирования и восстановления гарантирует устойчивость

Процессор транзакции представлен в виде 2-х основных компонентов:

1. Планировщик заданий, ответственный за обеспечение атомарности и изолированности транзакции.

2. Менеджер протоколирования и восстановления

Процессор транзакции выполняет функции

1. протоколирование

2. управление параллельными заданиями

3. разрешение взаимоблокировок

Задача управления размещением информации на диске и обмена ею между диском и ОП решается менеджером хранения данных.

Менеджер буфера является ответственным за разбиение доступной ОП на буферные участки страницы, куда может быть помещено содержание дисковых блоков.