Системы, использующие БД

База данных(БД) - именованная совокупность данных, отображающих состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Организуется так, что данные собираются однажды и централизованно хранятся (и модифицируются) в виде, доступном всем специалистам или системам программирования, которые могут их использовать.

Системы, использующие БД, можно разделить на информационные системы и информационные подсистемы.

Информационная система для пользователя автономна, существует интерактивный интерфейс.

Информационная подсистема – одна из частей более глобальных системы. Обеспечивает информацией другие подсистемы.

В информационной системе реализуется интерфейс с человеком-пользователем. В подсистеме же реализуется программный интерфейс (API). Подсистема может быть дополнена интерфейсом с пользователем с целью модификации данных для дальнейшего автоматического использования.

Одна из важных черт БД – независимость данных от особенностей прикладных программ, которые их используют, а также возможность создания этих программ в такой форме, что изменение особенностей хранения, логической структуры или значений данных не требует изменения программ их обработки. Другой важной чертой БД является возможность изменения физических особенностей хранения данных без изменения их логической структуры.

Таким образом, приложение “не знает” форматы данных, все делает СУБД.

Если не будут меняться форматы данных и т.д., если не будем использовать несколько программ, в этом случае лучше использовать ФС.

СУБД же используется там, где необходима универсальность.

Соответственно двум понятиям – «информация» и «данные» – в базах данных различают два аспекта рассмотрения вопросов: инфологический и даталогический.

Инфологических аспект употребляется при рассмотрении вопросов, связанных со смысловым содержанием данных независимо от способов их представления в памяти системы.

Даталогический аспект употребляется при рассмотрении вопросов представления данных в памяти информационной системы.

Данные соответствуют зарегистрированным фактам об объектах реального мира. Чтобы в дальнейшем использовать эти данные, требуется их смысловое содержание – семантика данных. Поэтому в информационной системе должны быть сформулированы правила смысловой интерпретации данных.

БД делятся:

1) по размещению:

– локальные – на машине пользователя. Одна база, одна программа

Плюсы:

§ Простой доступ к базе

Минусы:

§ Однопользовательский режим

§ Простота несанкционированного доступа

– интегрированные – для обслуживания группы пользователей в рамках подразделения, предприятия. Используется файл-серверная (клиент-серверная) организация.

Плюсы:

§ Простота обмена информацией между пользователями

§ Возможность параллельной работы пользователей

Минусы:

§ Необходимость повышения надежности, разрешения конфликтов между пользователями, разделение доступа к данным

§ Замедление в скорости получения данных

– распределенные – база распределена по системе, но едина логически. Физически хранятся на удаленных компьютере для приближения данных к пользователю.

Плюсы:

§ Увеличение скорости работы для локальных задач

§ Улучшение защиты от несанкционированного доступа

Минусы:

§ Усложнение организации

§ Замедление решения глобальных задач

2) по виду модели данных:

– иерархические – масса недостатков, устарела

– сетевые – масса недостатков, устарела

– реляционные – подавляющее большинство на сегодняшний день

– постреляционные – начинают внедряться, расширяют возможности реляционных, добавляя расширение или используя объектно-ориентированный подход.

Система управления базами данных – совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и конкурентного использования базы данных многими пользователями.

Создание и применение СУБД призвано к максимальному удовлетворению требований, предъявляемых к эффективным базам данных. Это приводит к необходимости решения вопроса централизованного управления данными.

Специальные средства СУБД обеспечивают секретность данных, т.е. защиту данных от неправомочного воздействия, и целостность данных – защиту от непредсказуемого взаимодействия конкурирующих процессов, приводящих к случайному или преднамеренному разрушению данных, а также от отказов оборудования.

Операции, выполняемые СУБД:

– работа с данными (выборка, добавление, изменение и т.д.)

– служебные операции с данными (защита от несанкционированного доступа, защита от конфликтов многопользовательского доступа, восстановление и резервирование данных, архивирование и т.д.)

СУБД разделяются:

1) по размещению:

– персональные – размещаются на компьютере пользователя, и обслуживают только его.

– серверные – размещаются на серверах и обслуживают несколько пользователей.

2) по виду моделей: так же, как и для БД, то есть:

– иерархические – масса недостатков, устарела

– сетевые – масса недостатков, устарела

– реляционные – подавляющее большинство на сегодняшний день

– объектные – считаются прогрессивными.

Приложение – разрабатывается под конкретную задачу.

Программа и СУБД – это программное обеспечение, но СУБД – это универсальная программа.

ИС отличаются по архитектуре ПО.

Все ПО можно разделить на три основные компоненты:

- компонент представления (П).

- компонент обработки (О).

- компонент доступа (Д) – поддержка операций работы с БД.

В зависимости от размещения программного обеспечения различаются несколько моделей информационных систем:

1. Локальная модель системы. Все находится на одном компьютере пользователя.

Плюс: все данные на одном компьютере, следовательно, быстрота работы.

Минус: однопользовательский режим доступа.

2. FS – файл-серверная модель.

Особенности:

- обеспечение одновременного доступа, следовательно, блокировка данных на время работы с ними.

- ПО на машине клиента, следовательно, все компьютеры должны быть мощными.

- сервер – просто хранилище информации, следовательно, трудность с типовыми операциями (поиск, изменение данных), загруженность сети.

3. RDA - Модель удаленного доступа к данным. На сервере находятся данные и ПО.

4. DBS - Сервер БД. Кроме стандартных команд обращений к базе на сервере выполняется обработка по произвольному коду в виде триггеров или процедур.

5. Main frame – все на сервере, у пользователя только дисплей.

6. AS – модель серверного приложения. Имеется два сервера: сервер СУБД и доступов к ней, сервер с приложением.

Структуры 3, 4, 6 попадают под архитектуру Клиент-сервер.

При выполнении основных функций СУБД должна использовать различные описания данных. Очевидно, что в таких описаниях обязательно должны быть учтены:

§ сущности интересующей предметной области;

§ атрибуты, характеризующие неотъемлемые свойства каждой сущности;

§ связи, ассоциирующие выделенные сущности.

С самых общих позиций, в архитектуре современных СУБД выделяют три уровня абстракции, т.е. три уровня описания элементов хранимых данных. Эти уровни составляют трехуровневую архитектуру, представленную на рис. 1.2, которая охватывает внешний, концептуальный и внутренний уровни. Данный подход к описанию данных предложен комитетом ANSI/SPARC (Комитет Планирования Стандартов и Норм Национального Института Стандартизации США). Такое отделение обеспечивает независимость хранимых данных.

Рис. 1.2.Трехуровневая архитектура ANSI/SPARC

Внешний уровень – представление базы данных с точки зрения конкретных пользователей.

Указанный уровень может включать несколько различных представлений БД со стороны различных групп пользователей. При этом каждый пользователь имеет дело с представлением предметной области, выраженным в наиболее понятной и удобной для него форме. Такое представление содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны ему при решении профессиональных задач.

На внешнем уровне создается инфологическая модель БД (внешняя схема), полностью независимая от платформы (т.е. вычислительной системы, на которой будет использоваться). Инфологическая модель является человеко-ориентированной: средой ее хранения может быть память человека, а не ЭВМ.

Концептуальный уровень – обобщающее представление базы данных, описывающее то, какие данные хранятся в БД, а также связи, существующие между ними.

Концептуальный уровень является промежуточным в трехуровневой архитектуре. Содержит логическую структуру всей базы данных. Фактически, это полное представление требований к данным со стороны организации, которое не зависит от соображений относительно способа их хранения. На концептуальном уровне необходимо выделить:

§ сущности, их атрибуты и связи;

§ ограничения, накладываемые на данные;

§ семантическую информацию о данных;

§ информацию о мерах обеспечения безопасности.

На концептуальном уровне создается даталогическая модель (концептуальная схема БД), представляющая собой описание инфологической модели (внешней схемы) на языке определения данных конкретной СУБД. Эта модель является компьютеро-ориентированной (зависит от применяемой на компьютере СУБД).

Внутренний уровень – физическое представление базы данных, описывающее методы их хранения в вычислительной системе.

Данный уровень описывает физическую реализацию базы данных и предназначен для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства. Содержит описания структур данных и отдельных файлов, используемых для хранения данных в запоминающих устройствах.

На внутреннем уровне осуществляется взаимодействие СУБД с методами доступа операционной системы с целью эффективного размещения данных на носителях, создания индексов и т.д.

Реализация перечисленного производится на физическом уровне вычислительной системы, который контролируется операционной системой. В настоящее время функции СУБД и операционной системы на физическом уровне строго не разграничиваются. В одних СУБД используются все предусмотренные в данной операционной системе методы доступа, в других применяются только основные и реализована собственная файловая система.

На внутреннем уровне создается физическая модель БД (внутренняя схема), которая также является компьютеро-ориентированной (зависит от СУБД и операционной системы). С ее помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным по именам, не заботясь об их физическом расположении. По этой модели СУБД отыскивает необходимые данные на внешних запоминающих устройствах.

Достоинства СУБД

§ Контроль за избыточностью данных.

§ Непротиворечивость данных.

§ Больше полезной информации при том же объеме хранимых данных.

§ Совместное использование данных.

§ Поддержка целостности данных.

§ Повышенная безопасность.

§ Возможность нахождения компромисса при противоречивых требованиях.

§ Повышение доступности данных.

§ Улучшение показателей производительности.

§ Упрощение сопровождения системы за счет независимости данных.

§ Улучшенное управление параллельностью.

§ Развитые службы резервного копирования и восстановления.

СУБД призваны решить недостатки файловых систем, но при этом имеют и ряд специфических недостатков.

Недостатки СУБД

§ Сложность.

§ Размер.

§ Стоимость.

§ Производительность.

§ Серьезные последствия при выходе системы из строя.