Список вопросов к зачету по дисциплине «Информационные системы и базы данных»

2. БнД: основные понятия и определения. Компоненты БнД. Преимущества банковской организации данных.

Банк данных (БнД) – это система специально организованных данных, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

БнД в узком смысле включает в состав две основные компоненты:

• БД;

• СУБД - для реализации централизованного управления данными, хранимыми в базе, доступа к ним, поддержание их в состоянии, соответствующем состоянию ПО.

В широком смысле БнД - это АС.

3. Понятие СУБД. Архитектура СУБД.

Базы данных — это совокупность сведений (о реальных объектах, процессах, событиях или явлениях), относящихся к определенной теме или задаче, организованная таким образом, чтобы обеспечить удобное представление этой совокупности как в целом, так и любой ее части. Реляционная база данных представляет собой множество взаимосвязанных таблиц, каждая из которых содержит информацию об объектах определенного типа. Каждая строка таблицы включает данные об одном объекте (например, клиенте, автомобиле, документе), а столбцы таблицы содержат различные характеристики этих объектов — атрибуты (например, наименования и адреса клиентов, марки и цены автомобилей). Строки таблицы называются записями; все записи имеют одинаковую структуру — они состоят из полей, в которых хранятся атрибуты объекта. Каждое поле записи содержит одну характеристику объекта и имеет строго определенный тип данных (например, текстовая строка, число, дата). Все записи имеют одни и те же поля, только в них содержатся разные значения атрибутов.

Для работы с данными используются системы управления базами данных (СУБД). Основные функции СУБД — это определение данных (описание структуры баз данных), обработка данных и управление данными.

Прежде чем заносить данные в таблицы, нужно определить структуру этих таблиц. Под этим понимается не только описание наименований и типов полей, но и ряд других характеристик (например, формат, критерии проверки вводимых данных). Кроме описания структуры таблиц, обычно задаются связи между таблицами. Связи в реляционных базах данных определяются по совпадению значений полей в разных таблицах. Например, клиенты и заказы связаны отношением "один-ко-многим", т. к. одной записи в таблице, содержащей сведения о клиентах, может соответствовать несколько записей в таблице заказов этих клиентов. Если же рассмотреть отношение между преподавателями и курсами лекций, которые они читают, это будет отношение "многие-ко-многим", т. к. один преподаватель может читать несколько курсов, но и один курс может читаться несколькими преподавателями. И последний тип связей между таблицами — это отношение "один-к-одному". Такой тип отношений встречается гораздо реже. Как правило, это бывает в двух случаях: запись имеет большое количество полей, и тогда данные об одном типе объектов разносятся по двум связанным таблицам, или нужно определить дополнительные атрибуты для некоторого количества записей в таблице, тогда создается отдельная таблица для этих дополнительных атрибутов, которая связывается отношением "один-к-одному" с основной таблицей.

Любая СУБД позволяет выполнять четыре простейшие операции с данными:

добавлять в таблицу одну или несколько записей;

удалять из таблицы одну или несколько записей;

обновлять значения некоторых полей в одной или нескольких записях;

находить одну или несколько записей, удовлетворяющих заданному условию.

Для выполнения этих операций используется механизм запросов. Результатом выполнения запросов является либо отобранное по определенным критериям множество записей, либо изменения в таблицах. Запросы к базе формируются на специально созданном для этого языке, который так и называется язык структурированных запросов (SQL — Structured Query Language).

И последняя функция СУБД — это управление данными. Под управлением данными обычно понимают защиту данных от несанкционированного доступа, поддержку многопользовательского режима работы с данными и обеспечение целостности и согласованности данных.

Защита от несанкционированного доступа обычно позволяет каждому пользователю видеть и изменять только те данные, которые ему разрешено видеть или менять. Средства, обеспечивающие многопользовательскую работу, не позволяют нескольким пользователям одновременно изменять одни и те же данные. Средства обеспечения целостности и согласованности данных не дают выполнять такие изменения, после которых данные могут оказаться несогласованными. Например, когда две таблицы связаны отношением "один-ко-многим", нельзя внести запись в таблицу на стороне "многие" (ее обычно называют подчиненной), если в таблице на стороне "один" (главной) отсутствует соответствующая запись.

Поскольку есть разные производители, и разные СУБД, существует разнообразные архитектуры.

1. Однобазовая архитектура – применяется в больших СУБД (Oracle и т.д.). преимущество такой БД – управление и контролирование БД происходит с одного сервера. Недостаток в том, что с течением времени, БД становится все больше и больше. Усложняются проблемы с резервным копированием и т.д.

2. Многобазовая архитектура – основное преимущество такой архитектуры в том, что упрощается проектирование. Для каждого приложения можно фактически создать свою базу данных. СУБД как программное обеспечение может управлять большим набором баз данных – InterBase, SQL-server – десятки тысяч СУБД могут поддерживаться одним сервером, а баз как файлов м.б. много – главное, чтобы сервер их видел. Недостатком таких СУБД является то, что при записи данных организаций в разные БД, считать данные из них представляет проблему.

3. Каталоговая архитектура – Desktop’овские СУБД. Базой данных является отдельный каталог: таблицы – отдельный файл, индекс – отдельный файл. Все расположено в отдельном каталоге, которых может быть много. Есть интересные решения в MS Access в одном файле таблицы, индексы, запросы находятся в одном файле. Есть свои плюсы и минусы. Трудно настраивать ПО постороннему – он должен сидеть в этой БД. Не каждая организация даст копию своей базы данных.

Такие однобазовые архитектуры, как в Oracle, позволяют создавать БД, хранящихся в нескольких физических файлах. Для того, чтобы назвать базой данных нечто, состоящее из нескольких файлов, вводят понятие табличного пространства, которое может покрывать несколько файлов. Сейчас, средние СУБД (SQL-сервер, например) начинают поддерживать такого рода табличные пространства.

4. Функции СУБД.

Основные функции СУБД

* управление данными во внешней памяти (на дисках);

* управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

* журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

* поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

* ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, и журнализацию,

* процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

* подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

* а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

5. Уровни представления БД в СУБД. Данные, хранящиеся в БД.

6. Целостность данных. Транзакция. Свойства транзакций.

Управление целостностью в БД – защита данных от неверных (в отличие от несанкционированных) изменений и разрушений. Поддержание целостности БД состоит в том, чтобы обеспечить в каждый момент времени корректность значений всех элементов данных и взаимосвязей между ними

С поддержанием целостности связаны следующие основные требования:

- обеспечение достоверности. В каждый элемент данных информация заносится точно в соответствии с описанием этого элемента. Должны быть предусмотрены механизмы обеспечения устойчивости элементов данных и их логических взаимосвязей к ошибкам или неквалифицированным действиям пользователей

- управление параллелизмом. Нарушение целостности БД может возникнуть при одновременном выполнении операций над данными, каждая из которых в отдельности не нарушает целостности БД. Поэтому должны быть предусмотрены механизмы управления данными, обеспечивающие поддержание целостности БД при одновременном выполнении нескольких операций

- восстановление. Хранимые в БД данные должны быть устойчивы по отношению к неблагоприятным физическим воздействиям (аппаратные ошибки, сбои питания) и ошибкам в программном обеспечении. Поэтому должны быть предусмотрены механизмы восстановления за предельно короткое время состояния БД перед появлением неисправности

Вопросы управления доступом и поддержания целостности БД тесно соприкасаются между собой, и во многих случаях для их решения используются одни и те же механизмы. Различие между этими аспектами обеспечения безопасности данных в БД состоит в том, что управление доступом связано с предотвращением преднамеренного разрушения БД, а управление целостностью – с предотвращением непреднамеренного внесения ошибки

Термин «целостность данных» используется для описания точности и корректности хранящейся в БД информации, отражающей объекты реального мира и их взаимосвязи

Транзакция – группа операций, которые необходимо выполнить последовательно как единое целое

Менеджер транзакций в СУБД отвечает за целостность системы, обеспечивает одновременную обработку множества запросов, защиту данных на случай выхода системы из строя. Взаимодействует с менеджером запросов, так как должен знать, на какие данные воздействуют текущие запросы, чтобы избежать конфликтных ситуаций. Может отложить определенные запросы или операции, чтобы избежать конфликтов. Взаимодействует с менеджером памяти, так как схемы защиты данных обычно включают в себя хранение файлов регистрации изменений данных. При правильном порядке выполнения операций файл регистрации будет содержать запись изменений, поэтому можно заново выполнить даже те изменения, которые не достигли диска из-за сбоя в системе

Часто СУБД допускает параллельную поддержку множества транзакций. Задача менеджера транзакций – гарантировать правильное выполнение всех транзакций

ACID – требования к выполнению транзакций:

- атомарность (Atomicity): или выполнены все транзакции, или не выполнена ни одна

- непротиворечивость (Consistency): при непротиворечивом состоянии БД данные соответствуют всем возможным ожиданиям

- изоляция (Isolation): при параллельном выполнении транзакций их результаты должны быть изолированы друг от друга; одновременное выполнение транзакций не должно привести к результату, которого не было бы, если бы они выполнялись последовательно

- долговременность (Durability): если транзакция завершена, ее результат не должен быть утрачен в результате сбоя системы, даже если этот сбой происходит сразу после завершения транзакции