2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ БАНКОВ ДАННЫХ

2.1 Общие сведения о банках данных

Банк данных (БНД) – совокупность базы данных и системы управления базами данных .

База данных (БД) – это структурированная совокупность данных. Данные

вБД хранятся в виде записей. Запись представляет совокупность элементов описания данных, объединенных отношением принадлежности к одному описываемому объекту. Элемент описания данных представляет собой наименьшую единицу описания данных. Элементы описания соответствуют отдельным свойствам объекта, а запись описывает объект в целом.

Основным назначением БД в первую очередь является быстрый поиск содержащейся в ней информации. При значительном размере БД ручной поиск, а также модификация содержащейся информации занимает значительное время. Использование компьютера для ведения БД устраняет перечисленные выше проблемы - поиск и выборка информации, ее модификация осуществляются достаточно быстро и эффективно, а сама БД, состоящая из тысяч записей, может легко уместиться на дискете.

Система управления базами данных (СУБД) – совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания и использования базы данных прикладными программами, а также непосредственно пользователями – непрограммистами.

Основная особенность СУБД - это наличие средств для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры.

Если говорить более детально, то к функциям СУБД относят следующие:

управление данными непосредственно в БД - функция, обеспечивающая хранение данных, непосредственно входящих в БД, и служебной информации, обеспечивающей работу СУБД;

управление данными в памяти компьютера - функция, связанная в первую очередь с тем, что СУБД работают с БД большого размера. В целях ускорения работы СУБД используется буферизация данных в оперативной памяти компьютера. При этом пользователь СУБД использует только необходимую для его конкретной задачи часть БД, а при необходимости получает новую "порцию" данных;

управление транзакциями - функция СУБД, которая производит ряд операций над БД, как над единым целым. Как правило, такие операции производятся

впамяти компьютера. В первую очередь транзакции необходимы для поддержания логической целостности БД в многопользовательских системах. Если транзакция (манипуляция над данными) успешно выполняется, то СУБД вносит

95

соответствующие изменения в БД. В обратном случае ни одно из сделанных изменений никак не влияет на состояние БД;

управление изменениями в БД и протоколирование - функция, связанная с надежностью хранения данных, то есть возможностью СУБД восстанавливать состояние БД в аварийных ситуациях, например, при случайном выключении питания или сбое носителя информации. Очевидно, что для восстановления БД нужно располагать дополнительной информацией, по которой и осуществляется восстановление. С этой целью ведется протокол изменений БД, в который перед манипуляциями с данными делается соответствующая запись. Для восстановления БД после сбоя СУБД используется протокол и архивная копия БД - полная копия БД к моменту начала заполнения протокола;

поддержка языков БД - для работы с БД используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В СУБД обычно поддерживается единый язык, содержащий все необходимые средства - от создания БД до обеспечения пользовательского интерфейса при работе с данными. Наиболее распространенным в настоящее время языком СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

Применение банков данных позволяет решить следующие проблемы организации и обработки больших массивов информации:

1)сокращение избыточности;

2)обеспечение целостности;

3)разграничение доступа;

4)обеспечение независимости представления данных.

Избыточность, как правило, вызывается наличием разных форм представления одних и тех же данных, размножением части данных для дальнейшего использования прикладными программами, повторными записями одинаковых данных на различных физических носителях информации. Для сокращения избыточности производится объединение одинаковых по смыслу, но имеющих различный тип данных в единую БД с приведением к общему, стандартному виду. Процесс объединения данных, используемых различными пользователями, в одну общую БД называется интеграцией базы данных.

Целостностью называется свойство БД в любой момент времени содержать лишь достоверные данные, то есть обеспечение целостности предполагает отсутствие избыточных, противоречивых и неверно составленных данных в БД.

Режим разграничения доступа предполагает, что каждый конкретный пользователь должен получить доступ лишь к некоторому подмножеству данных из БД, необходимых для выполнения своих прикладных программ. Одновременно с этим обеспечивается режим секретности и повышается степень защищённости данных от несанкционированного доступа.

Применение БД даёт возможность обеспечения независимости представ-

ления данных в прикладных программах от типов запоминающих устройств и способов их физической организации. В основном это достигается построением двух уровней представления данных: логического и физического.

96

Логический уровень представления данных отражает вид представления данных удобный для использования их в прикладных программах или непосредственно пользователями.

Физический уровень представления данных отражает способ хранения и структуру данных с учётом их расположения на носителях информации в запоминающих устройствах ЭВМ.

Важнейшим понятием в теории БД является модель данных – формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а так же взаимосвязи между ними. Модели данных классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от объекта описываемой информации на логическом уровне различают внешнюю и внутреннюю модели данных.

Внешняя логическая модель данных описывает структуру информации, относящейся к некоторой конкретной процедуре или группе родственных процедур обработки данных.

Внутренняя логическая модель данных объединяет все внешние модели данных.

По способам отражения связей между данными на логическом уровне различают модели – иерархическую, сетевую и реляционную.

Сетевой называется модель, в которой данные и их связи имеют структуру графа.

Иерархичной называют модель, в которой структура отражаемых связей представляется в виде дерева.

Реляционной называют модель, в которой представление данных осуществляется в форме таблиц.

Задание модели данных в БД осуществляется на специальном языке описания данных (ЯОД). Язык данных описания представляет собой совокупность директив, построенных в соответствии с выбранной моделью данных. Несмотря на то что ЯОД ориентирован на логический уровень, в него, как правило, включаются директивы, позволяющие управлять расположением данных на внешних носителях.

Прикладные программы, использующие БД, записываются на некотором алгоритмическом языке (например, ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ СИ и др.), называемом включающим языком. Для обеспечения взаимодействия с БД в эти программы должны быть введены операторы обращения к СУБД. Совокупность операторов обращения к СУБД из прикладной программы составляет язык манипулирования данными (ЯМД). Основные операции с данными, выполняемые средствами ЯМД, следующие:

1)поиск информации по заданным поисковым признакам в БД;

2)включение в БД новых записей;

3)удаление из БД лишних или ненужных в дальнейшем записей;

4)изменение значений элементов данных в записях.

Совокупность модели данных и операций, определённых над данными, называется подходом. В соответствии с моделями данных различают реляцион-

97