Тема 2. Системы управления бд.

Лекция: Модели систем баз данных. Классификация СУБД. Функции СУБД. Архитектура системы баз данных.

1. Модели систем баз данных.

2. Архитектура базы данных.

3. Классификация СУБД.

1. Модели систем баз данных.

Почти все базы данных, созданные с конца 70-х годов, основаны на реляционном подходе. Более того, подавляющее большинство научных исследований в области баз данных в течение последних 25 лет проводилось в этом направлении.

Реляционный подход представляет собой основную тенденцию сегодняшнего рынка, и реляционная модель – единственная наиболее существенная разработка в истории развития баз данных.

Дореляционные системы можно разделить на три большие категории:

• системы инвертированных списков;

• иерархические;

• сетевые.

Примерамисистем инвертированных списковмогут служить: CA – DATACOM/DB компании ComputerAssociatesInternational. Особенность организации данных в них состоит в том, что собственно хранимые данные и информация о связях между информационными единицами логически и физически отделены друг от друга. Основные данные в этих системах хранятся в файлах, записи которых могут иметь сложную структуру. Вся управляющая информация сосредоточена в ассоциаторе. Логическая связь между файлами устанавливается посредством компонента ассоциатора, называемого сетью связеи.

Иерархические системы-этоIMS корпорации IBM.

Сетевыесистемы- CA – IDMS/DB компании Computer International.

Первые реляционные продукты начали появляться в конце 1970-х – начало 1980-х годов. В 1998г. существовало более 250 коммерческих реляционных продуктов.

Среди них DB2 корпорации IBM; Rdb/VMS корпорации DigitalEquipment; ORACLE корпорации Oracle; INGRES компании IngresDivisionoftheAskGroupIuse; SYBASE компании SYBASEIuse и многие другие.

Несколько позже исследования велись в направлении так называемых «постреляционных» систем, некоторые из них основаны на совместимых снизу вверх расширениях оригинального реляционного подхода, другие представляют собой попытки создать что-то совершенно отличное от существующих систем.

Перечислим лишь некоторые наиболее поздние из них, не углубляясь в структуру построения, это:

• Дедуктивные СУБД;

• Экспертные СУБД;

• Расширяемые СУБД;

• Объектно-ориентированные СУБД;

• Семантические СУБД;

• Универсальные СУБД.

К категории объектно-ориентированных систем можно отнести:

GemStone корпорации Servio;

Object Store корпорации Object Design;

Open ODB корпорации Hewlett Packard.

Модель данных включает в себя структуры данных, операции их обработки и ограничения целостности. С помощью модели данных можно наглядно представить структуру объектов и установленные между ними связи.

Элемент данных описывает любой набор данных, а правила связывания определяют алгоритмы взаимосвязи элементов данных.

На практике используются три основных модели:

Иерархическая модель данных. Иерархическая модель данных, как следует из названия, имеет иерархическую структуру, то есть каждый из элементов связан только с одним вышестоящим элементом, но в то же время на него могут ссылаться один или несколько нижестоящих элементов. Связи между файлами в иерархической базе данных устанавливаются физическими указателями или полями данных, добавленными к отдельным записям. Указатель – это физический адрес, означающий, где запись находится на диске. В терминологии иерархической модели используются более конкретные понятия, чем элемент данных и правила связывания, - это «элемент» (узел), «уровень» и «связь». Узел чаще всего представляет собой набор атрибутов, описывающих некоторый объект, хотя, в принципе, это может быть любой набор данных, имеющий какой-то ключевой атрибут. Иерархическая модель схематически изображается в виде графа, где каждый узел является вершиной. Эта модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф). Иерархическое дерево имеет единственную вершину, не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Число вершин первого уровня определяет количество деревьев в базе данных. В такой модели одна вершина – корень дерева является входом в структуру. Каждая вершина, отличная от корня, может иметь только одну исходную вершину и в общем случае сколько угодно порожденных вершин.

Первая информационная система, использующая базы данных, появившаяся в середине шестидесятых годов, была основана на иерархической модели – это система IMS фирмы IBM.

Сетевая модель данных. Эта модель использует ту же терминологию, что и иерархическая модель «узел», «уровень» и «связь». Различие между иерархической и сетевой моделями данных заключается в том, что в последней каждый элемент данных может быть связан с любым другим элементом. Входом в такую структуру может являться любая вершина. Каждая вершина может иметь как несколько порожденных, так и несколько исходных вершин. Между парой вершин может быть объявлено несколько связей.

Если в иерархической модели каждый потомок может иметь только одного предка, то в сетевой модели этот принцип нарушается. Поскольку на практике это, естественно, невозможно, приходится прибегать к некоторым ограничениям.

Сетевые СУБД были созданы и завоевали рынок в конце шестидесятых – начале семидесятых. Стандартом для такой модели стал CODASYL.

Использование физических указателей было одновременно и сильной, и слабой стороной иерархической и сетевых систем управления базами данных. Сильной, поскольку они позволяли извлекать данные, связанные определенными отношениями. Слабой, поскольку эти отношения должны быть определенными до запуска системы.

Использование иерархической и сетевой моделей ускоряет доступ к информации в базе данных. Однако, поскольку каждый элемент данных должен содержать ссылки на некоторые другие элементы, требуются значительные ресурсы как дисковой, так и основной памяти ЭВМ. Недостаточность основной памяти, конечно, снижает скорость обработки данных. Кроме того, для таких моделей характерна сложность реализации системы управления базами данных.

Реляционная модель данных. В 1970 году Е.Ф. Кодд опубликовал революционную по содержанию статью, в которой выдвинул идею, что данные нужно связывать в соответствии с их внутренними логическими взаимоотношениями, а не с физическими указателями. Таким образом, пользователи могут комбинировать данные из разных источников, если логическая информация, необходимая для такого комбинирования, присутствует в исходных данных. Это открыло новые возможности для информационно-управляющих систем, поскольку запросы к базам данных теперь не были ограничены физическими указателями.

Основная идея реляционной модели данных заключается в том, чтобы представить любой набор данных в виде двумерной таблицы. В простейшем случае реляционная модель описывает единственную двумерную таблицу, но чаще всего эта модель описывает структуру и взаимоотношения между несколькими различными таблицами.