Вступление
Предмет курса - изучение систем управления базами данных (СУБД), что обеспечивают возможность создания применений многоуровневой архитектуры и методов и средств создания баз данных (БД) с многопользовательским доступом.
Разработка БД остается одним из главных направлений современных информационных технологий. Они разрешают структурировать информацию, сохранять и получать ее оптимальным способом для пользователя. Знания основ этого направления есть необходимым как специалистам в области компьютерных наук, так и просто пользователям компьютеров.
Цель курса состоит в изучении принципов организации и построения баз данных, СУБД, методов проектирования БД и средств использования СУБД как составных элементов компьютерных систем. В курсе рассматриваются современные инструментальные средства – SQL, Access, используемые при проектировании БД и СУБД.
В результате изучения дисциплины студенты будут:
знать принципиальные отличия разновидностей архитектуры баз данных (локальные, файл-серверные, клиент-серверные и многоуровневые) и уметь применить на практике полученные знания для выбора рациональной архитектуры БД в зависимости от специфики предметной области и масштаба объектов и задач информатизации;
знать характеристики наиболее распространенных современных промышленных СУБД ведущих мировых производителей;
знать современное состояние рынка инструментальных средств разработки применений БД в архитектуре клиент-сервер:
владеть общей технологией проектирования и реализации клиент-серверных применений как с использованием SQL в серверных БД, так и с помощью современных СаSе-средств для генерации структуры баз и бизнес-правил;
овладеть технологией разработки применений многоуровневой архитектуры;
знать основные способы и средства оптимизации производительности применений архитектуры клиент-сервер;
уметь практически применить полученные знания в процессе разработки и эксплуатации программного и информационного обеспечения компьютеризированных систем обработки информации и управления в строительстве.
Курс тесно связан с другими дисциплинами, а именно: программирование, Системы управления базами данных, Проектирования автоматизированных систем и некоторые другие.
Тема 1. Архитектуры баз данных и их сравнительный анализ
Лекция 1. Основные понятия и определения
“Достижения в исследованиях баз данных стали основанием фундаментальных разработок коммуникационных систем, транспорта и логистики, финансового менеджмента, систем с базами знаний, методов доступа к научной литературе, а также большого количества гражданских и воинских применений. Они послужили также фундаментом значительного прогресса в ведущих областях науки - от информатики к биологии.”
Эта цитата взятая из материалов семинаров из систем баз данных и, в сущности, есть достаточным основанием для того, чтобы признать изучение систем с базами данных одним из приоритетных направлений для будущих специалистов из информационных технологий. Можно утверждать, что появление баз данных постоянная важнейшим достижением в области программного обеспечения. Базы данных лежат в основе информационных системные это коренным образом изменило характер работы многих организаций. С момента своего появления технология баз данных постоянная захватывающей областью деятельности, а также катализатором многих значительных достижений в области программного обеспечения. На упомянутом выше семинаре был подчеркнутый тот факт, что развитие систем баз данных еще не заверше, вопреки потому, что может показаться на первый взгляд. В действительности, перефразируя древнее высказывание, можно сказать, что мы находимся только в конце начального этапа их развития.
Рассмотрим подробнее, что мы будем иметь в виду используя срок "системы баз данных".
Система баз данных -это компьютеризированная система, основное назначение которой состоит в сохранении информации и предоставлении пользователям средств для ее добычи и модификации. Упрощенно система баз данных включает такие главные компоненты: данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение, а также пользователей.
Данные, их структура и взаимосвязи, зависят от описываемой ними предметной среды, сохраняются в электронном хранилище - базы данных. База данных - это единое хранилище информации, которое однократно определяется, а потом используется одновременно многими пользователями.
Джеймс Мартин дал такое определение :
"Базу данных можно определить как совокупность взаимосвязанных данных, которые сохраняются вместе, при наличии такого минимального излишка, который разрешает их оптимальное использование одним или несколькими приложениями; данные сохраняются так, чтобы они были независимые от программ, которые используют эти данные; для включения новых данных или модификации существующих, а также для поиска данных в БД используется единое средство" [3].
К аппаратному обеспечению системы баз данных относятся:
- внешняя память (обычно это жесткие магнитные диски), которые используются для сохранности информации, а также соответствующие устройства ввода-вывода (дисководы и т.ін.), - контроллеры устройств, каналы введения-вывода;
- аппаратный процессор(или процессоры) вместе с основной (оперативной) памятью, предназначенные для поддержки работы программного обеспечения системы баз данных.
Между физической базой данных (то есть данными, которые реально сохраняются) и пользователями системы располагается уровень программного обеспечения - система управления базами данных (СУБД). Все запитая пользователей на доступ к базе данных обрабатываются СУБД. Основная задача СУБД - предоставить пользователю базы данных возможность работы с ею, без проникновения в детали работы на аппаратному' равные.
Другими словами Системы управления базами данных - это программные средства, предназначенные для управления базой данных: создания, наполнения, восстановления и удаления данных.
Основные различия СУБД обусловлены поддерживаемой моделью данных (иерархическая, сетевая, реляционная) и расположением СУБД( локальные и распределенные (отдаленные) СУБД). Начиная с 70-х лет и до сих пор наиболее распространенными есть реляционные СУБД. В последнее время также быстро развиваются, так называемые, «пост-реляционные» СУБД. К ним относятся объектно-ориентированные и об'єктно-реляционные СУБД (такие, что оперируют категориями объектов) а также полнотекстовые. Последние разрешают выполнять быстрый поиск неструктурированной информации (текст, изображения, звук и т.п.).
Пользователей можно разделить на трех большие группы, которые отчасти перекрываются:
первая группы - прикладные программисты, которые отвечают за написание прикладных программ, которые используют базу данных. В прикладных программах доступ к базе данных реализуется путем генерации запросов к СУБД;
вторая группа - конечные пользователи, которые работают с системой баз данных непосредственно через рабочую станцию или терминал.
Конечный пользователь может получить доступ к базе данных используя одно из интерактивных применений;
• третья группа - администраторы. Поскольку база данных и СУБД есть корпоративными ресурсами, ними следует
управлять так же, как и любыми другими ресурсами. Администратор данных отвечает за управление данными, включая планирование базы данных, разработку и сопровождение стандартов, прикладных алгоритмов и деловых процедур, а также концептуальное и логическое проектирования базы данных. Администратор базы данных отвечает за физическую реализацию базы данных, включая физическое проектирование и реализацию проект)', за обеспечение целостности и безопасности данных, за сопровождение операционной системы, а также, чем обеспечение максимальной производительности применений и пользователей. В сравнении с администратором данных обязанности администратора базы данных -имеют более технический характер, для него необходимыми есть знания конкретной СУБД и системной окружающей среды. Работа администратора базы состоит в создании самых баз данных и организации технического контроля, необходимого для осуществления решений принятых администратором данных.
Лекция 2. Локальные базы данных и архитектура "Файл-сервер"
Существует четыре разновидности архитектуры баз данных:
локальные базы данных;
архитектура "Файл-сервер";
архитектура "Клиент-сервер";
• многозвенная (трехуровневая или multi-) архитектура.
Использования той или другой архитектуры накладывает сильный отпечаток на общую идеологию работы и программный код приложения, состав компонентов для работы по БД, которые используются в приложениях, создаваемых в среде Delphi. Прежде всего это касается невизуальных компонентов.