Организация хранения информации на основе концепции баз данных
История развития баз данных
В истории развития вычислительной техники можно проследить два основных направления ее использования.
Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго, сложно или вообще невозможно производить вручную. Это направление способствовало развитию методов численного решения сложных математических задач, а также появлению языков программирования, ориентированных на удобную запись численных вычислительных алгоритмов. Характерной особенностью данной области применения вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки простых по структуре данных, объем которых сравнительно невелик.
Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:
надежное хранение информации в памяти компьютера;
выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;
предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса.
Обычно такие системы обрабатывают информацию большого объема и сложной структуры. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т. д.
Вторая область использования вычислительной техники возникла несколько позже первой. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники возможности компьютеров по хранению информации были очень ограниченными. Говорить о надежном и долговременном хранении информации можно только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электрического питания. Эти ограничения не являлись слишком критичными для решения вычислительных задач. Однако в информационных системах совокупность взаимосвязанных информационных объектов фактически отражает совокупность объектов реального мира. Но потребность пользователей в информации, адекватно отражающей состояние реальных объектов, требует сравнительно быстрой реакции системы на их запросы. И в этом случае наличие медленных устройств хранения данных было недостаточным.
Можно сказать, что именно требования поисково-информационных, а не “числовых” приложений способствовали развитию устройств внешней памяти большого объема и высокой скорости доступа к данным, а также разработке концепций и методик решения подобного класса задач.
Информация, данные, знания. Терминология
Информация– любые сведения о каком-либо событии, сущности, процессе и т.п., являющиеся объектом некоторых операций: восприятия, передачи, преобразования, хранения или использования.
Данные– это информация, зафиксированная в некоторой форме, пригодной для последующей обработки, передачи и хранения, например, находящаяся в памяти ЭВМ или подготовленная для ввода в ЭВМ.
Знания– в системах обработки информации знания понимают как сложноорганизованные данные, содержащие фактографическую и семантическую информацию (т.е. регистрация некоторого факта и его смысловое содержание).
Подготовка информациисостоит в её формализации, сборе и перенесении на машинные носители.
Обработка данных– это совокупность задач, осуществляющих преобразование массивов данных. Обработка данных включает в себя ввод данных в ЭВМ, отбор данных по каким-либо критериям, преобразование структуры данных, перемещение данных на внешней памяти ЭВМ, вывод данных, являющихся результатом решения задач, в табличном или в каком-либо ином удобном для пользователя виде.
Система обработки данных (СОД) – это комплекс взаимосвязанных методов и средств преобразования данных, представленных в формализованном виде, пригодном для автоматической обработки при возможном участии человека.
Системы обработки знаний (СОЗ)- автоматизированные ИС, имеющие специальное программное обеспечение для логической (семантической) обработки информации.
Информационная система (ИС)- материальная система, организующая, хранящая и преобразующая информацию. Это система, основным предметом и продуктом функционирования которой является информация.
Интеллектуальная информационная система- информационная система, обладающая способностями упорядочивать массив сведений по степени существенности; извлекать из массива все возможные сведения как следствия, выводимые посредством логики; формировать новые типы вопросов в ответ на получение новой информации из внешнего мира; обладать «рефлексией», т. е. способностью к оценке хранимых сведений.
Управление данными– весь круг операций с данными, которые необходимы для успешного функционирования СОД.
Предметная область (ПО)– часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и, в конечном итоге, автоматизации. ПО представляется множеством фрагментов, которые характеризуются множеством объектов, множеством процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых единым взглядом на предметную область.
База данных (БД)– совокупность структурированных взаимосвязанных данных, относящихся к определённой предметной области и организованных таким образом, что эти данные могут быть использованы для решения многих задач многими пользователями.
В дальнейшем речь пойдёт только об электронных базах данных, т.е. таких, которые хранятся и используются с помощью ЭВМ.
Большинство СОД включают также программы обработки данных, которые обращаются к данным через систему управления (СУБД).
Система управления базами данных (СУБД)обеспечивает выполнение двух групп функций: предоставление доступа к базе данных пользователям (или прикладному программному обеспечению, ППО) и управление хранением и обработкой данных в БД (Рис.1).
Рис.1. Компоненты системы баз данных
БД является информационной моделью внешнего мира, некоторой предметной области. В ней, как правило, хранятся данные об объектах, их свойствах и характеристиках. Во внешнем мире объекты взаимосвязаны, поэтому в БД эти связи должны быть отражены. Если связи между данными в БД отсутствуют, то имеет смысл говорить о нескольких независимых БД, имеющих раздельное хранение.
В памяти ЭВМ создаётся динамически обновляемая модель предметной области, что обеспечивает соответствие базы данных текущему состоянию ПО (периодически или в режиме реального времени). Одни и те же данные БД могут быть использованы для решения многих прикладных задач. Этим база данных принципиально отличается от любой другой совокупности данных внешней памяти ЭВМ
Автоматизированная информационная система (АИС)– это аппаратно-программный комплекс, функционирующий на основе вычислительной техники и обеспечивающий сбор, хранение, актуализацию и обработку данных в целях информационной поддержки какого-либо вида деятельности.
Банк данных (БнД)– это автоматизированная информационная система, включающая в свой состав комплекс специальных методов и средств (математических, информационных, программных, языковых, организационных и технических) для поддержания динамической информационной модели предметной области с целью обеспечения информационных запросов пользователей.
В основу построения автоматизированных ИС, основным назначением которых является обеспечение эффективности специализированной обработки данных, положены следующие принципы:
принцип интеграции- обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения возможно большего числа задач, чем максимально устраняется дублирование данных и операций их преобразования;
принцип системности- обработка данных в различных «разрезах» с целью получения информации, необходимой для принятия решений на всех уровнях и во всех функциональных подсистемах;
принцип комплексности- автоматизация процедур преобразования данных на всех стадиях технологического процесса.