Upravlenie_dannymi / Консп. лекций / ЛЕКЦИИЯ1

Лекция 1. Введение. Основные понятия банков данных

План лекции

1. Введение.

2. Цель дисциплины.

3. Основные понятия банков данных.

4. Требования предъявляемые к банку данных.

   Текст лекции

Введение

В истории развития вычислительной техники можно проследить развитие двух основных областей её применения.

Первая область  применение вычислительной техники для выполнения массовых расчетов. Как известно, возникновение компьютеров главным образом стимулировалось разработками ядерного оружия и ракетной техники. Объемы требуемых вычислений просто не позволяли произвести их в приемлемое время традиционным коллективом разработчиков.

Характерной особенностью данной области применения вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки, которые применяются к простым по структуре данным, объем которых сравнительно невелик.

Вторая область, которая имеет непосредственное отношение к содержанию изучаемой дисциплины,это использование средств вычислительной техники в информационных системах (ИС). Обычно такие системы имеют дело с большими объёмами данных, имеющими достаточно сложную структуру.

Резкий рост объёмов перерабатываемой информации и накопленный опыт использования средств вычислительной техники в разных областях привели к необходимости пересмотра такой традиционной области обработки информации, как управление данными.

В процессе управления необходимо данные: собрать, организовать в определенные структуры, хранить, обработать и выдать пользователю.

Новый подход к организации процессов управления данными нашёл яркое выражение в концепциях банков данных, которые позволили принципиально по-новому подойти к вопросу управления данными.

Автоматизированные системы, спроектированные на основе концепций банков данных, обладают рядом характерных свойств, выгодно отличающих их от предшествующих разработок.

Использование банков данных позволяет обеспечить :

• надёжное хранение данных в памяти компьютера,

• многоаспектный доступ к совокупности взаимосвязанных данных,

• интеграцию и централизацию управления данными,

• независимость данных от использующих их программ,

• предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.

Цель дисциплины:

• Изучение теоретических основ построения банков и баз данных;

• Изучение методов сбора и моделирования данных (IDEFO и IDEF1X);

• Изучение возможностей инструментальных средств моделирования данных (Design IDEF);

• Изучение возможностей систем управления базами данных (СУБД типа Access);

• Изучение способов представления структур данных в памяти ЭВМ.

Основные понятия банков данных

Данные и информация.

Перед тем как определить понятие «данные», представим следующую ситуацию. Имеется некоторая система, информация о которой представляет интерес, и наблюдатель, способный воспринимать состояние системы и в определенной форме фиксировать их в своей памяти. В этом случае считают, что в памяти наблюдателя находятся данные, описывающие состояние системы. Таким наблюдателем в общем случае выступает информационная система.

Итак, данные можно определить как информацию, фиксированную в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.

Под информацией понимают любые сведения о каком- либо событии, процессе и т. п., являющиеся объектом некоторых операций: восприятия, передачи, преобразования, хранения или использования.

Информация создается и используется во всех видах человеческой деятельности: снабжения производства информацией; использования информации для принятия решений.

Соответственно двум понятиям «информация» и «данные» различают два аспекта рассмотрения вопросов – инфологический и датологический.

В инфологическом аспекте рассматриваются вопросы, связанные со смысловым содержанием данных независимо от способов их представления в памяти системы.

На этапе инфологического проектирования выделяется часть реального мира, определяющая информационные потребности системы, т.е. её предметную область.

В датологическом аспекте рассматриваются вопросы представления данных в памяти информационной системы.

В основе решения многих задач лежит обработка информации. Для облегчения обработки информации создаются информационные системы (ИС). Автоматизированными называют ИС, в которых применяют технические средства, в частности ЭВМ. Большинство ИС являются автоматизированными, поэтому для краткости просто будем называть их ИС.

Разновидности ИС.

По области применения ИС можно разделить на системы, используемые в производстве, образовании, здравоохранении, науке, военном деле, социальной сфере, торговле и других областях.

По целевой функции ИС условно можно разделить на следующие основные категории: управляющие, информационно-справочные, поддержки принятия решений. В организациях, например, могут использоваться ИС, на которые возложены следующие задачи: учет кадров и материально-технических средств, расчет с поставщиками и заказчиками, бухгалтерский учет и т.п.

Общим для ИС является то, что они предназначены для регистрации, хранения и переработки информации с целью поиска и выдачи ответов на запросы пользователей. В настоящее время они разрабатываются как банки данных и банки знаний.

Банк данных (БнД) – это разновидность информационной системы, включающая комплекс методов и средств для поддержания динамической модели предметной области, с целью обеспечения информационных запросов пользователей.

Банк данных является разновидностью информационной системы, в которой реализованы функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации, организованной в одну или несколько баз данных.

Предметная область. Предметная область (ПО)  это область применения конкретного банка данных. Различают БнД, применяемые в сфере управления предприятиями и организациями, транспортом, в медицине, научных исследованиях и т.д.

Банк данных выступает в роли специальной обеспечивающей подсистемы в составе АСУ различного профиля. БнД должен обеспечивать автоматизированную систему всей необходимой информацией, а в идеальном случае даже той, которая может потребоваться при расширении автоматизированной системы.

Банк данных в общем случае состоит из ряда компонентов: базы (нескольких баз) данных, системы управления базами данных, словаря данных, администратора, вычислительной системы и обслуживающего персонала (Рис.1).

Рис.1. Компоненты БнД

На рисунке 1 представлены следующие обозначения:

БД – база данных;

СУБД – система управления базами данных;

АБД – администратор базы данных;

ВС – вычислительная система;

СД – словарь данных;

ОП– обслуживающий персонал.

База данных. База данных (БД) представляет собой совокупность специальным образом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязи в рассматриваемой предметной области.

База данных – совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенной для удовлетворения информационных потребностей организации.

База данных – это единое, большое хранилище данных, которое однократно определяется, а затем используется одновременно несколькими пользователями из разных подразделений, вместо разноместных файлов с избыточными данными, здесь все данные собраны вместе с минимальной долей избыточности. База данных уже не принадлежит какому-либо единственному отделу, а является общим корпоративным ресурсом.

Логическую структуру, хранимую в базе данных, называют моделью представления данных. К основным моделям относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, объективно-ориентированная и ряд других.

Система управления базами данных (СУБД)  это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Обычно СУБД различают по использованной модели данных. Так, СУБД, основанные на использовании реляционной модели данных называют реляционными СУБД.

Словарь данных (СД) представляет собой подсистему БнД, предназначенную для:

• централизованного хранения информации о структурах данных,

• взаимосвязях файлов БД друг с другом,

• типах данных и форматах их представления,

• принадлежности данных пользователям,

• кодах защиты и разграничениях доступа и т.п.

Иногда эту подсистему называют системным каталогом, а сами элементы системного каталога принято называть метаданными, т. е. «данными о данных». Говорят, что «выполняется генерация системного каталога». Следует знать, что функционально СД присутствует во всех БнД, но не всегда выполняющий эти функции компонент, имеет такое название.

Словарь данных призван: способствовать уменьшению избыточности и непротиворечивости данных, хранить централизованное описание данных, изменять описание существующих, удалять устаревшие типы данных, позволяет пользователям и АБД использовать единообразною терминологию по данной предметной области.

Администратор базы данных (АБД) есть лицо или группа лиц, отвечающих за выработку требований к БД, её проектирование, создание, эффективное использование и сопровождение. АБД следит за функционированием ИС, обеспечивает защиту от несанкционированного доступа, контролирует избыточность, непротиворечивость, сохранность и достоверность хранимой в БД информации.

В вычислительной сети АБД, как правило, взаимодействует с администратором сети, в обязанности которого входит контроль за функционированием аппаратно-программными средств сети, реконфигурация сети, восстановление программного обеспечения после сбоев и т. п.

Основная функция АБД – обеспечение структур данных и взаимосвязей между ними, необходимых для обслуживания всего коллектива пользователей.

Вычислительная система (ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих ЭВМ и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приёма, хранения, обработки и выдачи информации потребителям. Большое значение имеют такие параметры, как мощность центрального процессора (ЦП), и объемы оперативной и внешней памяти.

Обслуживающий персонал (ОП) выполняет функции поддержания технических и программных средств в работоспособном состоянии. Он проводит профилактические, регламентные, восстановительные и другие работы по планам, а также по мере необходимости.

Пользователей БнД можно разделить на три большие группы.

Первая  прикладные программисты, которые отвечают за написание прикладных программ, использующих БД.

Вторая - конечные пользователи, которые работают с системами баз данных. Конечный пользователь может получить доступ к базе данных, используя одно из приложений.

Третья группа – администратор базы данных.

Приложение представляет собой программу или комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию обработки информации для прикладной задачи. Приложения могут создаваться в среде или вне среды СУБД с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД. Приложения разрабатываются главным образом в тех случаях, когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированных пользователей или когда интерфейс, предоставленный СУБД, не устраивает пользователей.

Как правило, со стороны пользователей к БнД предъявляются следующие требования:

1. удовлетворять информационным потребностям пользователей;

2. обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации и ее непротиворечивость;

3. обеспечивать доступ к данным только пользователям с соответствующими полномочиями;

4. обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков;

5. удовлетворять заданным требованиям по производительности при обработке запросов;

6. иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ предметной области;

7. обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме;

8. обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией;

9. обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей и т.п.

Список литературных источников

1. Хомоненко А.Д. и др. Базы данных. Учебник для высших учебных заведений / Под ред. проф. А.Д. Хомоненко.– СПб.: КОРОНА принт, 2004.–736 с.

2. Управление данными: Методические указания/ Рязан. гос. радиотехн. акад.: Сост. В.Е. Борзых. Рязань, 2004, 24 с.

3. Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И. Банки данных: Учеб. для вузов. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 320 с.