Базы данных

Слайд 1

Слайд 2

8.1 Общее понятие о базах данных. Основные понятия систем управления базами данных и банками знаний.

Слайд 3

Основные понятия БД

Современные информационные системы характеризуются программными объемами, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.

Цель любой информационной системы обработка данных об объектах реального мира. В широком смысле слова БДэто совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какойлибо предметной области.

Предметная областьэто часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и в конечном счете автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д.

В современной технологии БД предполагается, что создание БД, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария  СУБД.

БДпоименная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области.

СУБДкомплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Слайд 4

Создавая БД, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сделать это можно, только если данные структурированы.

Структурированиеэто введение соглашений о способах представления данных.

Неструктурированные данные.

Личное дело № 16943, Сергеев Петр Михайлович, дата рождения 1 января 1976г.;

Личное дело №16593 Петрова Анна Владимировна, дата рождения 15.03.75

Личное дело №16693 Анохин Андрей Борисович, дата рождения 14.04.76

Структурированные данные.

№ личного дела	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения
16493	Сергеев	Петр	Михайлович	01.01.76
16593	Петрова	Анна	Владимировна	15.03.75
16693	Анохин	Андрей	Борисович	14.04.76

Слайд 5

Классификация баз данных.

По технологии обработки данных БД подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная БДхранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования БД часто применяют в локальных сетях ПК.

Распределенная БДсостоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базы данных (СУРБД).

По способу доступа к данным БД разделяются на БД с локальным или с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных БД с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

 файл сервер;

 клиент сервер.

Файл сервер.Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых осуществляется доступ пользователей системы к централизованной БД. Файлы БД в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает. Пользователи могут создавать так же на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно.

Клиент сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения централизованной БД центральная машина (сервер БД) должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиентсервер является использование языка запросовSQL.

Слайд 6

Структурные элементы БД .

Понятие базы данных тесно связано с такими понятиями структурных элементов, как поле, запись, файл (таблица) (рис.1).

Поле – элементарная единица логической организации данных, которая соответствует неделимой единице информации – реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики:

Имя, например, фамилия, имя, отчество, дата рождения;

Тип, например, символьный, числовой, календарный;

Длина, например, 15 байт, причем будет определяться максимально возможным числом символов;

Точностьдля числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

Имя поля 1	Имя поля 2	Имя поля 3	Имя поля 4

ПОЛЕ ЗАПИСЬ

Рис. 1. Основные структурные элементы БД.

Запись- совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи – отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

Файл(таблица)– совокупность экземпляров записей одной структуры.

Описание логической структуры записи файла содержит последовательность расположения полей записи и их основные характеристики, как это показано на рис.2.

Имя файла
Поле		Признак ключа	Формат поля
Имя (обозначение)	Полное наименование		Тип	Длина	Точность
Имя 1
…
Имя n

Рис.2. описание логической структуры записи файла.

В структуре записи файла указываются поля, значение которых являются ключами:

первичными(ПК), которые идентифицируют экземпляр записи, ивторичными (ВК), которые выполняют роль поисковых или группировочных признаков (по значению вторичного ключа можно найти несколько записей).

Пример 1.

На рис.3. приведен пример описания логической структуры записи файла(таблицы) СТУДЕНТ, содержимое которого приводится в вопросе №1. Структура записи файла СТУДЕНТ линейная, она содержит записи фиксированной длины. Повторяющиеся группы значения полей в записи отсутствуют. Обращение к значению поля производится по его номеру.

Имя файла : СТУДЕНТ
Поле		Признак ключа	Формат поля
Обозначение	Наименование		Тип	Длина	Точность
Номер	№ личного дела	*	Число	5
Фамилия	Фамилия студента		Симв	15
Имя	Имя студента		Симв	10
Отчество	Отчество студента		Симв	15
Дата	Дата рождения		Дата	8

Рис.3. описание логической структуры записи файла СТУДЕНТ

Слайд 7

Основные функции СУБД. Типовая организация СУБД

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти.

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей.

Например: для устранения доступа к данным (используются индексы).

2. Управление буферами оперативной памяти.

СУБД обычно работают с БД значительного размера. Этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Единственным способом реального увеличения скорости является буферизация данных внешней памяти.

3. Управление транзакциями.

Транзакция это последовательность операций над БД, рассматриваемых системой как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется и СУБД фиксирует изменения в БД, произведенные этой транзакцией во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на БД.

Понятие транзакции необходимо для поддержки логической целостности БД. Каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения, и считается единицей активности пользователя по отношению к БД. С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связано важное понятие (сериализации транзакции и сериального плана выполнения смеси транзакций).

Под сериализациейпонимается такой порядок транзакции, при котором суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их последовательного выполнения.

Сериальный план выполнения смеси транзакцииэто такой план, который приводит к сериализации транзакции.

Существует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакций. В случае конфликта между транзакциями происходит так называемый откат, то есть отменяются все изменения, производимые в БД.

4. Журнализация.

Журнал это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью. Это недоступная часть СУБД, в которую поступают записи обо всех изменениях в БД.

5. Поддержка языков БД.

Для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков: SQL(для определения логической структуры БД, т.е. той структуры, которой она представляется пользователю);DMLнабор операторов манипулирования данными, то есть операторов, позволяющих заносить данные в БД (изменить существующие данные).

В современных СУБД обычно поддерживается единый интергированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД.

Стандартным языком является SQL.

Слайд 8

Типовая организация современных СУБД.

1. Ядро СУБД;

2. Компилятор языка БД;

3. Набор утилитов служебных программ.

1. Ядро содержит менеджеры данных: менеджер буфер оперативной памяти; менеджертранзакций и менеджер журнализации.

2. Преобразует язык из записи пользователя во внутренний язык компьютера.

3. Загрузка, выгрузка БД, проверка авторизации и т.д.