1. Система баз данных

База данных является современной формой организации хранения и доступа к информации.

В отечественной литературе первоначально широко использовался термин “Банк данных”, что соответствовалозарубежному термину “Система баз данных (database system)”. Но в настоящее время термины “Банк данных”, “Система баз данных” часто заменяются общим названием “Система управления базой данных (СУБД)”. С учетом, что современные системы баз данных являются многофункциональными, предназначенными как для хранения информации, так и для решения различных прикладных задач: программирование, моделирование, проектирование, бизнес-анализ и т.д., то такие системы, по сути, являются информационными системами (Information Systems).

Можно дать следующее определение системы баз данных: это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного и коллективного многоцелевого использования данных.

На рис.1.1 представлен состав автоматизированной информационной системы. Такая система включает следующие средства: СУБД – система управления базой данных; ТС - технические средства; ОС - операционная система; ОМС – организационно - методические средства; АБД - администратор банка данных.

АИС является сложной человеко-машинной системой, включающей в свой состав различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты.

Информационная система

База данных

СУБД

Вычислительные средства

ОМС

АБД

Программные

средства

Языковые

средства

ТС

ОС

Программы управления

данными

Трансляторы

Прикладные

программы

Утилиты

Рис. 1.1. Состав информационной системы

База данных (БД) – это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД. В состав БД включаются данные о предметной области, а также описания БД. Описания БД относятся к метаин-

формации, т.е. информации об информации. Описания БД часто называют

схемой. Кроме того, в БД могут присутствовать описания отдельных частей - подсхемы.

Система управления базой данных (СУБД) - это совокупность программных и языковых средств общего или специализированного назначения, необходимая для создания БД, поддержания их в актуальном состоянии и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных.

Программные средства СУБД. СУБД представляет собой программные средства. В ней можно выделить ядро СУБД, обеспечивающее организацию ввода, обработки и хранения данных, а также компоненты, обеспечивающие настройку системы; средства тестирования; утилиты, обеспечивающие следующие функции: восстановление БД, сбор статистики о функционировании банка данных и др. В состав СУБД входят следующие программные средства:

- программы управления данными (ядро СУБД);

- трансляторы с языков банка данных;

- вспомогательные программы (утилиты);

- прикладные программы пользователей.

Языковые средства СУБД. Языковые средства обеспечивают интерфейс пользователей с банком данных. Языковые средства современных СУБД относятся к языкам четвертого поколения (первое поколение - машинные языки, второе поколение - символические языки типа Ассемблера, третье поколение - алгоритмические языки типа Паскаль, Фортран, четвертое поколение – 4GL).

Спектр языковых средств, применяемых в СУБД, представлен на рис. 1.2

Рис. 1.2. Языковые средства СУБД:

ЯОД - язык описания данных, ЯМД - язык манипулирования данными,

ЯО - язык описания, QBE и SQL - языки запросов

В процедурных языках надо указать, какие действия и над какими объектами необходимо выполнить, чтобы получить результат. В непроцедурных языках указывается, что надо получить, а не как этого достичь. Примерами непроцедурных языков являются языки, с реляционным исчислением (SQL).

В рамках одной СУБД могут использоваться языки разных типов. Например, в dBASE4 используются: процедурные языки программирования; табличный язык запросов QBE; язык SQL, язык исчисления кортежей.

Технические средства. Могут использоваться большие, средние ЭВМ и персональные компьютеры.

Организационно – методические средства (ОМС). ОМС представляют собой различные инструкции, методические и регламентирующие материалы.

Администратор банка данных (АБД). Представляет собой коллектив специалистов, обеспечивающих создание и поддержание БД, организующих и контролирующих доступ к данным различных пользователей. Численность АБД зависит от масштаба банка данных. В состав АБД могут входить:

- системные аналитики;

- проектировщики структур данных;

- проектировщики технологических процессов обработки данных;

- системные и прикладные программисты;

- операторы, специалисты по техническому обслуживанию;

- специалисты по маркетингу (для коммерческих банков данных).

Функции, выполняемые АБД.

1. Анализ предметной области, определение потребностей пользователей.

2. Проектирование структуры БД.

3. Первоначальная загрузка и ведение БД.

4. Защита данных:

- обеспечение парольного входа;

-обеспечение защиты данных(выбор / создание пограммно-технологических

средств защиты данных);

- тестирование средств защиты;

- фиксация попыток несанкционированного доступа к информации.

5. Обеспечение восстановления БД, организация ведения системных журналов.

6. Сбор статистики обращений пользователей к БД.

7. Подготовка и поддержание системных программных средств.

Преимущества банка данных.

1.Сокращение избыточности хранимых данных за счет интегрированного хранения.

2. Улучшение деятельности организации благодаря сокращению документо - оборота, форм документов.

3. Устранение противоречивости данных.

4. Многоаспектное использование данных.

5. Обеспечение защиты, целостности, секретности.

6. Обеспечение независимости прикладных программ (ПП) от пользователей.

Требования к банкам данных

1.Адекватность отображения предметной области (полнота, целостность и непротиворечивость данных, актуальность информации, т. е. соответствие состоянию объекта на данный момент времени).

2.Возможность взаимодействия пользователей разных категорий и в разных

режимах.

3. Дружелюбность интерфейсов и малое время на освоение системы.

4. Обеспечение секретности.

5. Обеспечение взаимной независимости программ и данных.

6. Обеспечение надежности функционирования банка данных: защита данных

от разрушения, возможность восстановления.

Классификация баз данных

Базы данных (БД) являются сложными системами, и их классификация может быть произведена по разным признакам.

1. По форме представления информации различают: видео, аудиосистемы, системы мультимедиа. К видео относятся: символьный текст, неподвижное графическое изображение, рисунки, чертежи, фотографии, географические карты. Наибольшее применение находят БД, содержащие символьные данные.

2. БД с символьными данными делятся: неструктурированные; частично структурированные; структурированные. К неструктурированным БД могут быть отнесены БД, организованные в виде семантических сетей. Частично структурированные - в виде обычного текста или гипертекстовые системы. Структурированные - имеют определенные форматы для хранения данных и их связи.

3. Структурированные БД по типу используемой модели делятся на: иерархические; сетевые; реляционные; смешанные; мультимедийные. Наибольшее коммерческое использование имеют реляционные системы.

4. По типу хранимой информации БД делятся на документальные (библиогра-фические, реферативные и полнотекстовые); фактографические; лексико-графические (словари, классификаторы и т. д.);

5. По характеру организации хранения данных БД подразделяются на локальные (персональные); общие (интегрированные); распределенные.

6. По охвату предметной области БД делятся на: территориальные

( страна, область, город ...); временные (год, месяц, ...);

7. По виду хранимой информации различают БД: экстенсиональные (ЭБД) и интенсиональные (ИБД). ЭБД - это просто реляционные БД, предназначенные для хранения фактов. ИБД - предназначены для хранения знаний, строятся из ЭБД с помощью правил, определяющих ее содержание, а не с помощью явного хранения кортежей.

Архитектура баз данных

В базе данных отражается информация о предметной области (ПО)(рис1.3) . В автоматизированных информационных системах (АИС) отражение ПО представлено моделями нескольких уровней.

Рис.1.3. Отображение ПО в БД с помощью модели предметной области

Модель данных - это представление данных и их взаимосвязей, описывающих понятия проблемной среды. Модель имеет свою схему, в которой отражена структура данных, имена записей, имена и форматы полей.

На СУБД возлагается задача реализации отображения (прямого и обратного).

СУБД

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКАЯ БД

Благодаря наличию ОС можно обеспечить относительную независимость операций хранения и обработки данных от используемых технических средств. Поэтому вводится в рассмотрение модель представления хранимых данных так называемая внутренняя модель БД (ВнМД).

МОДЕЛЬ ВНУТРЕННЯЯ МОДЕЛЬ ФБД

Недостаток двухуровневой схемы - необходимость работы пользователя со всей схемой БД. Поэтому вводится еще один уровень логического представления данных - для каждого конкретного пользователя - внешняя модель данных (ВМД).

Модель данных, в которой реализуется полнота охвата всего содержимого БД и принятое логическое представление являющееся как бы основным, называется концептуальной моделью данных (КМД). Внешняя модель данных имеет свою схему называемую подсхемой. Таким образом, приходим к трехуровневой архитектуре БД (рис. 1.4)

Рассмотренный 3 - уровневый подход к построению БД, включающий внешний, концептуальный и внутренний уровни представления данных, получил наибольшее распространение. При такой архитектуре БД обладает высокой способностью адаптации к возможным изменениям как в прикладных программах, так и в самих данных - любые изменения внешних схем и внутренней схемы изолированы друг от друга концептуальной схемой и могут выполняться независимо. Концептуальный уровень и концептуальная схема должны быть стабильными и обеспечивать долговременную работу всей системы.

Кроме названных трех уровней абстрагирования в БД существует еще один, им предшествующий. Модель этого уровня должна выражать

информацию о предметной области в виде, независимом от конкретной используемой СУБД; это так называемая инфологическая модель предметной области. Переход от одного уровня абстракции другому составляет процесс проектирования БД.

Рис. 1.4. Трехуровневая архитектура БД:

П - пользователи, ПП - прикладные программы, РО - рабочие области, ОС -операционная система, ВМД - внешняя модель данных, КМД - концептуальная модель данных, ВнМД - внутренняя модель данных

Вопросы

1. Дайте определение системы баз данных и его состава.

2. Дайте определение Базы данных.

3. Дайте определение СУБД – Системы управления Базами данных.

4. Перечислите языковые средства СУБД и их основные свойства.

5. Что такое Ядро СУБД.

6. Кто такой Администратор Банка данных и каковы его основные функции.

7. Требования к Банкам данных.

8. Классификация Баз данных по типу хранимой в них информации.

9. Что такое «Модель данных».

10. Дайте определения Внешней модели данных, Концептуальной модели данных и Внутренней модели данных.

11. Каковы особенности и преимущества 3-х уровневой архитектуры Баз данных.