Информационные системы и технологии в экономике. Учебное пособие

Глава 6

БАЗЫ ДАННЫХ

6.1. Базы данных и их предназначение

Непрерывно растущий объем информации, поступающий через все СМИ каждому человеку в отдельности и человечеству в общем, постоянно растет, и

она обязательно нуждается в хранении и обработке. Поэтому освоение средств,

позволяющих систематизировать, накапливать и рационально использовать всю информацию, становится необходимостью в жизни каждого. Именно для этого предназначены различные СУБД — системы управления базами данных.

СУБД – термины и определения База данных - это многогранное понятие. В общем случае под базой

данных (БД) подразумевается совокупность сведений, объединенных по какому-то признаку. Например, к БД можно отнести телефонный справочник или прайс-лист компании.

Информационные базы данных имеют и более узкое определение. Под ними понимают хранилище сведений, структурированных оптимальным для машинной обработки образом. Это наиболее распространенное определение,

его лучше и принять за основу.

Создание базы данных, обработка и поиск всей необходимой информации в ней осуществляется с помощью системы управления базами данных (СУБД).

СУБД – это набор определенных программных средств, которые предоставляют возможность пользователю быстро и эффективно взаимодействовать с БД.

6.2. Понятие системы управления базами данных

Создают базы данных и обрабатывают запросы к ним системы

61

управления базами данных. Известно множество систем управления базами данных, различающихся своими возможностями или обладающих примерно равными возможностями и конкурирующих друг с другом: Paradox, dBase, Microsoft Access, FoxPro, Oracle, InterBase, Sybase и много других.

Разные системы управления базами данных, по разному организуют и хранят базы данных. Например, Paradox и dBase используют для каждой таблицы отдельный файл. В этом случае база данных – это каталог, в котором хранятся файлы таблиц. В Microsoft Access и в InterBase несколько таблиц хранится как один файл. В этом случае база данных — это имя файла с путем доступа к нему. Системы типа клиент/сервер, такие, как серверы Sybase или

Microsoft SQL, хранят все данные на отдельном компьютере и общаются с клиентом посредством специального языка, называемого SQL.

Поскольку конкретные свойства баз данных очень разнообразны,

пользователю было бы весьма затруднительно работать, если бы он должен был указывать в своей работе все эти каталоги, файлы, серверы и т.п. Да и приложение часто пришлось бы переделывать при смене, например, структуры каталогов и при переходе с одного компьютера на другой. Чтобы решить эту проблему, используют псевдонимы баз данных. Псевдоним (alias) содержит всю информацию, необходимую доя обеспечения доступа к базе данных. Эта информация сообщается только при создании псевдонима. В этом случае приложению безразлично, где физически расположена та или иная база данных,

а часто безразлична и система управления базой данных, создавшая и обслуживающая эту базу данных. При смене системы каталогов, сервера и т.п. -

ничего в приложении переделывать не надо. Достаточно, чтобы администратор базы данных ввел соответствующую информацию в псевдоним.

При работе с базами данных часто используется кэширование всех изменений. Это означает, что все изменения данных, вставка новых записей,

удаление существующих записей, т.е. все манипуляции с данными, проводимые пользователем, сначала делаются не в самой базе данных, а запоминаются в памяти во временной, виртуальной таблице. И только по особой команде после

62

всех проверок правильности вносимых в таблицу данных пользователю предоставляется возможность или зафиксировать все эти изменения в базе данных, или отказаться от этого и вернуться к тому состоянию, которое было до начала редактирования.

Фиксация изменений в базе данных осуществляется с помощью транзакций. Это совокупность команд, изменяющих базу данных. На протяжении транзакции пользователь может что-то изменять в данных, но это только видимость. В действительности все изменения сохраняются в памяти. И

пользователю предоставляется возможность завершить транзакцию или внесением всех изменения в реальную базу данных, или отказом от этого с возвратом к тому состоянию, которое было до начала транзакции.

6.3. Классификация баз данных

Базы данных можно разделить по 4 признакам:

1.Применяемый язык программирования. Открытые базы опираются на один из универсальных языков. В замкнутых базах используются собственный язык программирования.

2.Выполняемые функции. Информационные базы данных предназначены для хранения и доступа к информации. Операционные позволяют проводить сложные обработки информации.

3.Сфера применения. Различают универсальные БД и специализированные, предназначенные для решения конкретных задач.

4.По «мощности» все БД делятся на корпоративные и настольные.

Вторые имеют низкую стоимость, рассчитаны на единичного пользователя,

имеют низкие требования к техническим средствам.

Корпоративные БД предназначены для работы в распределенной среде,

поддерживают одновременную работу многих пользователей, предлагают широкие возможности по проектированию и администрированию базы.

5. По ориентации на целевую аудиторию. Существуют системы,

63

заточенные на разработчиков и конечных пользователей. В первом случае СУБД должна обладать широкими возможностями отладки проектируемой базы данных, иметь возможность создавать не привязанное к СУБД приложение, в нее должны входить средства по созданию сложных и эффективных конечных продуктов.

БД для конечных пользователей должны быть просты, интуитивно понятны, должны иметь программную защиту от непреднамеренной порчи данных со стороны пользователя.

6.4. Модели баз данных

Существует 3 способа хранения информации в базах данных:

1. Иерархическая модель может быть представлена в виде дерева. На первом уровне расположен один объект. Ниже располагаются подчиненные ему объекты 2-го уровня. Каждый объект может иметь несколько подчиненных ему низшего уровня, но всегда связан только с одним объектом уровня выше.

Примером иерархической модели служит операционная система Windows.

2.Сетевая модель является расширением иерархической. В ней убрано ограничение на количество связей объекта низшего уровня с объектом уровня выше. Примером такой модели служит сеть Интернет, которая представляет собой глобальную распределенную базу данных.

3.Реляционная (табличная) модель – самый распространенный способ хранения данных. Все данные собраны в таблицы, между которыми можно установить связи. На этом виде мы остановимся подробнее.

Реляционная модель баз данных

Большинство современных СУБД используют реляционную модель построения базы данных.

Для таких баз характерны следующие особенности: 1. Все таблицы имеют одинаковую структуру.

64

2.В каждой таблице есть ключевое поле, значения которого не могут повторяться.

3.Связь таблиц происходит через ключевые поля, когда ключевое поле одной из них приводится в соответствие с ключевыми полями других таблиц.

Сфера применения баз данных

Глобализация экономики, развитие компьютерной техники и распространение интернета создали предпосылки для внедрения компьютеризированных систем учета. В жизни мы на каждом шагу сталкиваемся с необходимостью и случаями, когда используется база данных.

Пример можно найти и в библиотеке, где бумажные картотека уже заменена на электронный каталог, и в супермаркете, где давно уже применяется автоматизация торговли. Бухгалтерский и управленческий учет, торговля и склад – все это тоже не обходится без применения базы данных.

Даже обычным людям они могут пригодиться. Для них база данных - это набор карточек слов для обучения иностранному языку, электронный дневник,

собрание кулинарных рецептов и так далее.

6.5. Типы баз данных

Для разных задач целесообразно использовать различные модели баз данных, поскольку, конечно, базу данных сведений о сотрудниках какого-то небольшого коллектива и базу данных о каком-нибудь банке, имеющем филиалы во всех концах страны, надо строить по-разному.

Процесс определения того, какая база данных более подходит для конкретного приложения, называется масштабированием.

Основные типы баз данных:

•автономные;

•файл-серверные;

•клиент/сервер;

•многоярусные.

65

Автономные базы данных являются наиболее простыми. Они хранят свои данные в локальной файловой системе на том компьютере, на котором установлены; система управлениям базой данных, осуществляющая к ним доступ, находится на том же самом компьютере. Сеть не используется. Поэтому разработчику автономной базы данных не приходится иметь дело с проблемой параллельного доступа, когда два человека пытаются одновременно изменить одну и ту же запись, потому что такого никогда не может быть. Вообще,

автономные базы данных не используются для приложений, требующих значительной вычислительной мощности, потому что процессорное время будет потрачено на выполнение манипуляций с данными и в целом будет потеряно для приложения.

Автономные базы данных полезны для развития тех приложений,

которые распространены среди многих пользователей, каждый из которых поддерживает отдельную базу данных. Это, например, приложения,

обрабатывающие документацию небольшого офиса, кадровый состав небольшого предприятия, бухгалтерские документы небольшой бухгалтерии.

Каждый пользователь такого приложения манипулирует своими собственными данными на своем компьютере. Пользователю нет необходимости иметь доступ к данным любого другого пользователя, так что отдельная база данных здесь,

вполне приемлема.

Файл-серверные базы данных отличаются от автономных тем что они могут быть доступны многим клиентам через сеть. Это очень удобно, так как изменения в таких базах данных видят все пользователи. Например, базу данных сотрудников крупного учреждения целесообразно делать именно такой,

чтобы администраторы отдельных подразделений обращались к ней, а не заводили у себя локальны базы данных (при этом можно сделать так, чтобы каждый администратор видел только ту информацию, которая относится к его подразделению).

Сама база данных хранится на сетевом файл-сервере в единственном экземпляре. Для каждого клиента во время работы создается локальная копия

66

данных с которой он манипулирует. При этом возникают (и решаются)

проблемы, связанные с возможным одновременным доступом нескольких пользователей к одной к той же информации. Например, при работе приложений, работающих с подобными базами данных, должны быть решены такие проблемы: что делать, если пользователь прочел некоторую запись и,

пока он ее просматривает и собирается изменять, другой пользователь меняет или удаляет эту запись.

Одним из недостатков баз данных файл-сервер является непроизводительная загрузка сети. При каждом запросе клиента данные в его локальной копии полностью обновляются из базы данных на сервере. Даже если запрос относится всего к одной записи, обновляются все записи данных.

Если записей в базе данных много, то даже при небольшом числе клиентов сеть будет загружена очень основательно, что серьезно скажется на скорости выполнения запросов.

Другой недостаток связан с тем, что забота о целостности данных при такой организации работы возлагается на программы клиентов. Если они недостаточно тщательно продуманы, в базу данных легко занести ошибки,

которые могут отразиться на всех пользователях.

Базы данных клиент/сервер. C множеством пользователей часто используются базы на платформе клиент/сервер. В этом случае доступ к базе данных для группы клиентов выполняется специальным компьютером – сервером. Клиент дает задание серверу выполнить те или иные операции поиска или обновления базы данных. И мощный сервер, ориентированный на операции с. запросами самым оптимальным способом, выполняет их и сообщает клиенту результаты своей работы. При такой организация работы повышается эффективность выполнения приложений за счет использования мощности сервера, разгружается сеть, обеспечивается хороший контроль целостности данных. В базах данных клиент/сервер возникает дополнительная проблема – спроектировать приложение так, чтобы оно максимально использовало возможности сервера и минимально нагружало сеть, передавая

67

через нее только минимум информации.

Многоярусные базы данных. Это новый и многообещающий путь обработки данных в сети. Иногда этот способ организации баз данных называется multitier - многонитевые. В этом термине под нитью понимается один из множества потоков данных, обменивающихся одновременно с базой данных информацией. Наиболее распространен трехъярусный вариант:

на нижнем уровне на компьютерах пользователя расположены приложения клиентов, обеспечивающие пользовательский интерфейс;

на втором уровне расположен сервер приложений, обеспечивающий обмен данными между пользователями и распределенными базами данных.

Сервер приложений размещается в узле сети, доступном всем клиентам;

На третьем уровне расположен удаленный сервер баз данных,

принимающий информацию от серверов приложений и управляющий ими.

Это наиболее сложная и гибкая организация баз данных.

68

Контрольные вопросы

1.Приведите примеры организации и хранения информации в разных системах управления базами данных ?

2.Дайте краткую характеристику автономным базам данных?

3.Дайте краткую характеристику файл-серверным базам данных?

4.Дайте краткую характеристику базам данных клиент/сервер?

5.Дайте краткую характеристику многоярусным базам данных?

6.Что такое масштабирование баз данных?

7.Что означает кэширование изменений?

8.Дайте определение понятию «транзакция»?

69

Глава 7

ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ

7.1. Понятие экспертных систем

Экспертные системы – это интеллектуальные вычислительные системы,

которые используются для моделирования мыслительного процесса человека-

эксперта, который является специалистом в определенной области. Их главное назначение – дать квалифицированный совет и оказать помощь человеку,

принимающему решения.

Главная идея использования:

получить от эксперта его знания;

загрузить их в базу;

использовать, когда необходимо.

Задачи, решаемые при использовании экспертных систем, отличаются тем, что алгоритм их решения либо не существует, либо существует сложность в их реализации. Экспертная система – это сложная вычислительная система,

аккумулирующая знания в конкретных предметных областях, она позволяет использовать эти знания для решения различных задач в этой области.

Отличия экспертных систем:

1.Экспертная система манипулирует знаниями;

2.Осуществляет логическую переработку информации с целью получения новой, которая в явном виде не вводилась в систему;

3.Можно получить объяснения, поскольку представлен ход рассуждения;

4.Предлагают пользователю решения, которые превосходят его возможности.

Данная система должна обладать следующими характеристиками:

1. Способность рассуждать при неполных и противоречивых данных;

70