5.2 Системи управління базами даних

Системи управління базами даних (СУБД) є основою так називаного банка даних (БД). Неформально БД являє собою сховище інформації для різних додатків, що у даний час розглянутої як один із найважливіших ресурсів.

Інформація — це будь-які зведення про яку-небудь подію, сутність, процесі і т.п., що є об'єктом деяких операцій: сприйняття, передачі, перетворення, чи збереження використання. Інформація, зафіксована у визначеній формі, придатної для наступної обробки, збереження й передачі являє собою дані.

Банком даних називають програмну систему, що надає послуги по збереженню, а також пошуку даних визначеній групі користувачів і по визначеній тематиці.

БД використовуються в АСУ, інформаційно-пошукових і довідкових системах, системах автоматизації конторської діяльності, а також у системах штучного інтелекту.

До БД пред'являються наступні вимоги:

- задоволення інформаційних потреб користувачів;

- можливість роботи з великими обсягами інформації;

- підтримка заданого рівня вірогідності збереженої інформації і її несуперечностей;

- здійснення доступу до даних тільки користувачів, що мають на це повноваження;

- забезпечення можливості пошуку інформації з будь-якої необхідної групи ознак;

- відповідність заданим вимогам по продуктивності;

- можливість реорганізації й розширення при зміні границь предметної області;

- забезпечення видачі інформації у формі, зручної для сприйняття;

- простота використання;

• можливість обслуговування декількох (не обов'язково одночасно) користувачів.

З БД взаємодіють наступні категорії облич:

- кінцеві користувачі (уводять і витягають дані);

- програмісти (пишуть і налагоджують програми обробки даних);

- адміністратори БД (відповідають за проектування, експлуатацію й супровід БД).

База даних (БзД) являє собою сукупність спеціальним образом організованих наборів даних (файлів), збережених у зовнішній пам'яті ЕОМ (на МД).

СУБД — це програмний продукт, що забезпечує централізоване керування даними в БзД. Названу систему можна розглядати як надбудову над засобами керування даними (файловою системою) ОС.

Переваги централізованого керування даними складаються в наступному:

• у скороченні надмірності збережених даних;

• у підтримці цілісності й несуперечності даних;

• у забезпеченні багатоаспектного використання даних, тобто в підтримці нових додатків на основі вже наявних даних;

• у забезпеченні комплексної оптимізації збереження й використання даних;

• у стандартизації й уніфікації способів представлення даних;

• у розмежуванні доступу до даних різних груп користувачів.

Під керуванням даними розуміється:

• завдання й корекція схеми БзД, тобто її логічної і/чи фізичної структури;

• маніпулювання даними, тобто додавання, відновлення, видалення й вибірку (витяг) даних із БзД.

Для рішення першої задачі служить мова опису даних (звичайно діалоговий), а другий — мова маніпулювання ми. Ці мови найчастіше реалізуються СУБД за допомогою інтерпретації і рідше — компіляції.

Мова маніпулювання даними може бути самостійною (автономною) чи мовою підмовою, зануреним в одну із широко розповсюджених мов програмування. Сама підмова містить відповідні підпрограми і/чи спеціальні оператори. Інтерактивна мова маніпулювання даними часто називають мовою запитів.

СУБД виконує одну з наступних двох функцій:

• формування БзД, включаючи її модифікацію (на стадії створення БД);

• обробку даних із БзД, включаючи її модифікацію (на стадії експлуатації БзД).

Відповідно до першої функції СУБД можна розглядати як інструментальну систему.

СУБД може підтримувати один із наступних інтерфейсів:

• користувальницький інтерфейс для взаємодії користувача з БД в інтерактивному режимі;

• програмний інтерфейс для виконання запитів по керуванню даними із прикладних програм.

Словник даних (СД) являє собою спеціальну інформаційну структуру, що містить загальні зведення про ресурси БД, СД включає:

- опис схеми і підсхем БзД, тобто зведення про загальну організацію БзД, а також про можливі (припустимих) значеннях і форматах представлення даних;

- зведення про повноваження користувачів по керуванню даними;

- зведення про джерела даних;

- інші довідкові зведення.

СУБД підтримує наступні три рівні представлення даних:

- фізичний рівень;

- логічний рівень;

- концептуальний рівень.

Фізичний рівень визначає формати розміщення даних (логічних записів) на зовнішніх носіях інформації.

Логічний рівень є проміжним і описує взаємозв'язку між логічними записами.

Концептуальний рівень визначає структуру БзД у термінах об'єктів предметної області і відношень між ними.

Кожен рівень описується відповідною схемою БзД. СУБД забезпечує перетворення (відображення) даних одного рівня в дані іншого рівня. Зміна одного із внутрішніх рівнів не впливає на прикладні програми. Два ж внутрішніх рівні введені з метою полегшення модифікації самого БД.

Для представлення даних на концептуальному рівні застосовуються різні моделі даних. Під моделлю даних розуміють формальну систему, використовувану для представлення даних.

Відомі такі моделі даних:

- ієрархічна модель;

- мережна модель;

- реляційна модель.

Спочатку найбільше поширення одержала ієрархічна модель даних. В ієрархічній моделі об'єкти предметної області представляються вузлами (вершинами), а відносини між ними - дугами, що зв'язують вершини, причому граф, що вийшов у результаті такого відображення, повинний задовольняти обмеженням, що накладається на дерева.

Ієрархічна модель характеризується:

- недостатньою простотою;

- неоднорідністю, що утрудняє маніпулювання даними;

- відсутністю строгої математичної основи;

- високою ефективністю, що веде до збільшення швидкості маніпулювання даними;

- неповнотою, тому що не будь-яка предметна область може бути представлена в цій моделі;

- нерівноправністю між даними внаслідок того, що одні з них повинні бути жорстко підлеглі іншим (тобто асиметрією відношень);

- складністю відновлення БзД.

Частина недоліків розглянутої моделі усуваються в мережній моделі даних. Остання є узагальненням ієрархічної моделі за рахунок того, що предметна область може представлятися графом довільного виду. Мережної моделі має наступні властивості:

- складність;

- неоднорідність;

- відсутність строгої математичної основи;

- невисока ефективність;

- повнота;

- рівноправність між даними;

- складність відновлення БзД.

В основі реляційної моделі даних лежить поняття відношення між об'єктами предметної області, а самі відношення описуються таблицями. Бзд при цьому виявляє собою сукупність таблиць. Реляційна модель має наступні властивості:

- простота;

- однорідність представлення даних;

- наявність строгої й стрункої математичної основи, що дозволяє створювати повні як процедурні й декларативні мови маніпулювання даними;

- низька ефективність через роз'єднаність семантично взаємозалежних даних;

- повнота;

- рівноправність між даними;

- легкість відновлення даних.

Найбільше поширення одержала реляційна модель даних. Мережна модель застосовується лише зрідка, а ієрархічна модель практично не використовується.

Розвиток архитектур БД зв'язані зі створенням розподілених БзД і керуванням ними. У цьому напрямку ведуться розробки архітектури «сервер^-клієнт-сервер», де під клієнтом розуміється фронтальна програма, що забезпечує взаємодію з користувачем, а під сервером - тилова програма, що забезпечує централізовану обробку роз'єднаних даних. У дійсності ж Бзд може вважатися розподіленої тільки тоді, коли користувачу не потрібно буде знати, що вона є такий.

Статусом стандартної реляційної мови маніпулювання даними зараз володіє мова SQL (Structured Query Language — структурована мова запитів). Особливо це справедливо для мережних додатків.

В даний час найбільш відомі наступні СУБД: dBASE, Paradox, FoxPro, Clipper 5 і ін..

Усі перераховані СУБД засновані на реляційній моделі даних.