Многоуровневое представлениеданных бд под управлением субд

Появление новых или изменение информационных потребностей существующих приложений требуют определение для них корректных внешних моделей, при этом на уровне концептуальной и внутренней модели данных изменений не происходит. Изменения в концептуальной модели, вызванные появлением новых видов данных или изменением их структур, могут затрагивать не все приложения, т.е. обеспечивается определенная независимость программ от данных. Изменения в концептуальной модели должны отражаться на внутренней модели, возможна также и самостоятельная модификация внутренней модели (без изменения концептуальной) с целью улучшения ее характеристик. Таким образом, БД реализует принцип относительной независимости логической и физической организации данных.

Преимущества банков данных

1. Наличие целостного отображения определенной части реального мира позволяет обеспечить непротиворечивость и целостность информации, возможность обращаться к ней не только при решении заранее предопределенных задач, но и с нерегламентированными запросами.

2. Интегрированное хранение сокращает избыточность хранимых данных, что приводит к сокращению затрат не только на создание и хранение данных, но и на поддержание их в актуальном состоянии.

3. Использование БнД при правильной его организации существенно изменяет деятельность организации, в которую он внедряется, т.е. приводит к перераспределению функций между сотрудниками.

4. Центральное управление данными БнД освобождает от этих функций всех пользователей, кроме администратора БД.

5. БнД обеспечивает возможность более полной реализации принципа независимости прикладных программ от данных.

6. Наличие в составе СУБД средств, ориентированных на разные категории пользователей, дает возможность работать с БД не только профессионалам в области обработки данных, но и практически любому пользователю.

Требования к БнД

1. Адекватность информации состоянию описываемой предметной области.

2. Надежность функционирования системы.

3. Быстродействие и производительность. Быстродействие определяется временем ответа системы на запрос, производительность – количеством запросов, обрабатываемых в единицу времени.  

4. Простота и удобство использования.

5. Массовость использования. Современная ИС должна обеспечивать коллективный доступ пользователей к данным, при котором пользователи одновременно и независимо друг от друга могут обращаться к БД и получать сведения.

6. Защита информации.

7. Возможность расширения.

Принципы построения БнД

Выделяют два главных ведущих принципа :

1) интеграция данных

2) централизация управления данными.

Оба принципа отражают суть БнД: интеграция является основой организации БД, а централизация управления – основой организации и функционирования СУБД.

Кроме того, выделяют также принципы:

3) целостность;

4) независимость;               

5) многоуровневость архитектуры;

6) неизбыточность;

7) непротиворечивость;                 

8) связанность;

9) композиция;

10) отдельное описание данных БД от процедур их обработки;

11) модульность. 

Рассмотрим эти принципы подробнее:

Интеграцию данных необходимо рассматривать на 2-х уровнях:

- логическом – множество структур данных отображается в единую структуру (схему БнД);

- физическом – автономные файлы объединены в БнД.

Принцип централизации управления состоит в передаче всех функций управления данными СУБД. Все операции, связанные с доступом к БнД, выполняются не прикладными программами, а централизованным ядром СУБД на основе информации, полученной из этих программ. Соблюдение этого принципа позволяет автоматизировать работу с БД, повысить эффективность использования ИС.

Принцип целостности отражает требование адекватности хранимой в БнД информации состоянию описываемой предметной области. В любой момент времени данные должны полностью соответствовать свойствам и характеристикам объектов. Целостность данных может быть нарушена из-за потери части данных или занесения неверных значений характеристик данных. Поддержание целостности обеспечивается: контролем вводимых данных; применением специальной системы восстановления данных.

Под независимостью данных понимается независимость прикладных программ от хранимых данных. Некоторые пути достижения независимости данных:                  

1. передача ядру СУБД части функций прикладных программ (например, функции организации доступа к БнД: прикладная программа не связана ни с БД, ни с методом доступа к данным, она лишь формирует и передает ядру информацию, необходимую для поиска данных), т.е. соблюдение принципа централизации управления;

2. реляционный подход к построению БнД.

Одним из путей достижения независимости данных является введение дополнительных уровней абстрагирования данных (концептуального, внешнего и внутреннего), т.е. соблюдение принципа многоуровневости архитектуры.

Неизбыточность данных - это такое состояние, когда каждый элемент данных присутствует в БнД в единственном экземпляре.

Под непротиворечивостью понимается смысловое соответствие между данными. Выделяют два аспекта непротиворечивости:

- смысловое соответствие разнотипных данных ;

- идентичность - равенство дублируемых данных.

Принцип связанность означает, что данные в БД взаимосвязаны и связи отражают отношения между объектами описываемой предметной области.

Принцип отдельного описания данных от процедур их обработки предполагает, что описание данных исключается из прикладных программ.

Принцип модульности означает, что отдельные прикладные программы хранятся и используются как автономные модули.

Банк данных является сложной человеко-машинной системой, включающей различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты:

Информационный компонент. Ядром банка данных является база данных. База данных- это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

Программные средства. Основу программного обеспечения БнД составляют программные компоненты СУБД. Среди них можно выделить ядро СУБД, обеспечивающее создание базы данных, т. е. именно то, что называется"управлением данными”, а также другие компоненты, обеспечивающие настройку системы, средства тестирования, утилиты, обеспечивающие выполнение вспомогательных функций.

В состав большинства СУБД включены программные компоненты, позволяющие автоматизировать проектирование систем обработки информации (генераторы отчётов, форм, запросов, меню и др.). Эти функции не являются непосредственно функциями по управлению данными, но фактически являются мощными комплексными инструментальными средствами, позволяющими автоматизировать процесс создания информационных систем.

Подавляющее большинство СУБД работает в среде универсальных операционных систем и взаимодействует с ОС при обращении к БнД. Поэтому можно считать, что ОС также входит в состав БнД.

Языковые средства. Языковые средства обеспечивают интерфейс пользователей разных категорий с банком данных.

Для выражения обобщённого взгляда на данные применяют язык описания данных (ЯОД) внутреннего уровня, включаемый в состав СУБД. Описание представляет собой модуль данных и их отношений, т. е. структур, из которых образуется база данных. ЯОД позволяет определять схемы базы данных, характеристики хранения данных и параметры организации их хранения в памяти и может включать в себя средства поддержки целостности базы данных, ограничение доступа, секретности.

Кроме того, СУБД включает в себя язык манипулирования данными (ЯМД), который обычно включает в себя средства поддержки целостности базы данных: добавление, удаление, обновление данных; создание и уничтожение базы данных; изменение определений базы данных; обеспечение запросов к справочнику базы данных.

Наиболее распространённым языком для работы с базами данных является SQL (Structured Query Language), в своих последних реализациях представляющий не только средства для обработки запросов на выборку данных, но также и функции по созданию, обновлению, управлению доступом и т. д.

Технические средства. Технические средства, на которых реализуется БнД - это периферийные устройства для ввода информации в базу данных, средства хранения данных и средства отображения выводимой информации. Если банк данных реализуется в сети, то необходимы соответствующие коммуникационные средства для обеспечения работы.

Особую роль для обеспечения эффективного и надёжного функционирования банка данных играют средства хранения информации. Память в БнД обычно организуется в виде многоуровневой системы. Необходимо обращать внимание на выбор запоминающих устройств для организации хранения не только данных, предназначенных для доступа к ним, но и архивных данных.

В банках данных выполняются операции по вводу, хранению, обработке и выводу информации. При выполнении каждой из этих операций могут использоваться различные технологии и, как следствие, разные технические и программные средства для их поддержания.

Организационно-методические средства. Они представляют собой различные инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные для пользователей разных категорий, взаимодействующих с банком данных. Это могут быть инструкции по работе с базой данных, документы, определяющие права доступа и регламент работы; методики проектирования баз.

Серверы данных: области применения, основные характеристики и особенности

Термин "сервер баз данных" обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре "клиент-сервер", включая и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.

Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.

Принципы взаимодействия между клиентскими и серверными частями

Доступ к базе данных от прикладной программы или пользователя производится путем обращения к клиентской части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской и серверной частями выступает язык баз данных SQL.

Серверы баз данных, интерфейс которых основан исключительно на языке SQL, обладают своими преимуществами и своими недостатками. Очевидное преимущество - стандартность интерфейса. В пределе, хотя пока это не совсем так, клиентские части любой SQL-ориентированной СУБД могли бы работать с любым SQL-сервером вне зависимости от того, кто его произвел. Недостаток тоже довольно очевиден. При таком высоком уровне интерфейса между клиентской и серверной частями системы на стороне клиента работает слишком мало программ СУБД. Это нормально, если на стороне клиента используется маломощная рабочая станция. Но если клиентский компьютер обладает достаточной мощностью, то часто возникает желание возложить на него больше функций управления базами данных, разгрузив сервер, который является узким местом всей системы.

Одним из перспективных направлений СУБД является гибкое конфигурирование системы, при котором распределение функций между клиентской и пользовательской частями СУБД определяется при установке системы.