Исторически сложившееся развитие вычислительных систем обусловило необходимость хранения в электронном (машиночитаемом) виде все большего количества информации. Одновременно с совершенствованием и дальнейшим развитием вычислительных систем росли объемы информации, подлежащей обработке и хранению. Сложности, возникшие при решении на практике задач структурированного хранения и эффективной обработки возрастающих объемов информации, стимулировали исследования в соответствующих областях. Задачи хранения и обработки данных были формализованы. Была создана теоретическая база для решения задач такого класса, результатом реализации на практике которой стали системы, предназначенные для организации обработки, хранения и предоставления доступа к информации. Позже такие системы стали называть системами баз данных.

В конце 1970-х – начале 1980-х годов начали появляться первые реляционные продукты. В настоящее время системы баз данных на основе реляционной модели занимают лидирующее положение, несмотря на заявления многих исследователей о скором переходе к объектно-ориентированным системам. На основании этого, можно предположить, что в будущем объектно-ориентированные системы будут постепенно вытеснять реляционные.

Система баз данных – это компьютеризированная система основная задача которой – хранение информации и предоставление доступа к ней по требованию.

Система баз данных включает в себя (рис. 1 .1):

1. данные, непосредственно сохраняемые в базе данных;

2. аппаратное обеспечение;

3. программное обеспечение;

4. пользователей:

   1. прикладные программисты;

   2. конечные пользователи;

   3. администраторы баз данных.

5. пользователей:

   1. прикладные программисты;

   2. конечные пользователи;

   3. администраторы баз данных.

рис. 1.1 Система баз данных.

Данные в базе данных являются интегрированными и, как правило, общими.

К аппаратному обеспечению системы относятся накопители для хранения информации, вместе с устройствами ввода-вывода, контролерами устройств и т.д.;

Программное обеспечение является промежуточным слоем между собственно физической базой данных и пользователями системы и называется диспетчером базы данных или системой управления базами данных, СУБД (DBMS). Все запросы пользователей обрабатываются СУБД.

Прикладные программисты – отвечают за написание прикладных программ, использующих базу данных.

Конечные пользователи – работают с базой данных непосредственно, через рабочую станцию или терминал. Конечный пользователь может получить доступ к базе данных используя соответствующее прикладное ПО.

Администраторы базы данных – технические специалисты, осуществляющие создание БД, технический контроль работы СУБД и др. операции. Администраторы базы данных отвечают за реализацию решений администратора данных. Администратор данных решает, какие данные необходимо хранить в БД, обеспечивает поддержание порядка при обслуживании и использовании хранимых в БД данных.

Функции администратора базы данных:

определение концептуальной схемы. Администратор БД определяет какие именно данные необходимо сохранять в БД.

Определение внутренней схемы. Администратор БД решает, как данные должны быть представлены в хранимой БД. Этот процесс называют физическим проектированием.

Взаимодействие с пользователями. Администратор БД обеспечивает пользователей необходимыми им данными

Использование баз данных для хранения информации позволяет организовать централизованное управление данными, что обеспечивает следующие преимущества:

1. возможность сокращения избыточности;

2. возможность устранения (до некоторой степени) противоречивости;

3. возможность общего доступа к данным;

4. возможность соблюдения стандартов;

5. возможность введения ограничений для обеспечения безопасности

Существует 3 уровня архитектуры СУБД

1Внутренний уровень - наиболее близкий к физическому хранению.

2Внешний уровень - наиболее близкий к пользователям. 3.Концептуальный уровень - является промежуточным между двумя первыми..

Существует три уровня абстракции данных в СУБД.

Внешний уровень - индивидуальный уровень пользователя.

Концептуальное представление - это представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных.

Внутреннее представление - это представление нижнего уровня всей БД.

Функции субд

Определение данных.

Обработка данных.

Безопасность и целостность данных

Восстановление данных и дублирование

Словарь данных. СУБД должна обеспечить функцию словаря данных.

1. Экспертные системы и базы знаний

Экспертная система – система искусственного интеллекта, включающая знания об определенной слабо структурированной и трудно формализуемой узкой предметной области и способная предлагать и объяснять пользователю разумные решения. Экспертная система состоит из базы знаний, механизма логического вывода и подсистемы объяснений.

База знаний – семантическая модель, описывающая предметную область и позволяющая отвечать на такие вопросы из этой предметной области, ответы на которые в явном виде не присутствуют в базе.

Модели бд

1Реляционные БД

2. Иерархическая модель

3. Сетевая модель

4. Основные достоинства и недостатки ранних СУБД

1 Реляционные БД

Реляционные БД является простейшей и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (рилейшен), который и дал название этой БД. Для нее имеется развитый математический аппарат- реляционные исчисления и реляционная алгебра, где определены такие математические операции, как объединение, вычитание, пересечение, соединение и др.

Достоинством реляционной БД является сравнительная простота инструментальных средств, ее поддержки, недостатком- жесткость структуры данных (невозможность, например, задание строк таблицы произвольной длины) и зависимость скорости ее работы от размера БД.

Для многих операции, определенных в такой БД, может оказаться необходимым просмотр всей БД.

Иерархическая модель

Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев; более точно, из упорядоченного набора нескольких экземпляров одного типа дерева.

Тип дерева (Ст_номер) состоит из одного "корневого" типа записи и упорядоченного набора из нуля или более типов поддеревьев (каждое из которых является некоторым типом дерева). Тип дерева в целом представляет собой иерархически организованный набор типов записи.

Группа

К_номер К_фамилия К_телефон Ст_номер

Ст_фамилия

Ст_город

рис. 2.2 Пример типа дерева (схемы иерархической БД)

Здесь (Ст_номер) Группа является предком для Куратора и Студенты, а Куратор и Студенты – потомки Группа. Между типами записи поддерживаются связи.

База данных с такой схемой могла бы выглядеть следующим образом

():

рис. 2.3 Один экземпляр дерева.

Сетевая модель Сетевые структуры данных

Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка; в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков.

Сетевая БД состоит из набора экземпляров каждого типа записи и набора экземпляров каждого типа связи (рис. 2 .4).

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. Для данного типа связи L с типом записи предка P и типом записи потомка C должны выполняться следующие два условия:

6. Каждый экземпляр типа P является предком только в одном экземпляре L;

7. Каждый экземпляр C является потомком не более, чем в одном экземпляре L.

рис. 2.4 Простой пример сетевой схемы БД.