Система управления базами данных

     В архитектуре клиент-сервер подразумевается,  что помимо хранения  централизованной  БД  центральная машина (сервер БД) должна обеспечивать выполнение основного  объема обработки данных.  Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере.  Извлеченные данные (но  не  файлы)  передаются по сети от сервера к  клиенту.

     Структурные элементы БД: поле, запись, файл (таблица).

     Поле -  элементарная  единица  логической организации данных, которая соответствует неделимой единице  информации  -  реквизиту. Для описания поля используются следующие характеристики: 1) имя, например, ФИО; 2) тип, например, символьный, числовой, календарный; 3) длина, определяемая  максимально возможным количеством символов, например, 15 байт; 4) точность для числовых данных.

     Запись -  совокупность  логически связанных  полей.  Экземпляр записи - отдельная  реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

     Файл (таблица)  -  совокупность  экземпляров  записей   одной структуры.

     В структуре записи файла указываются  поля, значения которых являются ключами: первичными (ПК), которые идентифицируют экземпляр  записи,  и вторичными (ВК),  которые выполняют роль поисковых  или группировочных признаков (по значению вторичного  ключа можно найти несколько записей).

     Виды  моделей данных. Ядром любой БД является модель данных - совокупность структур данных и операций их  обработки.

     СУБД  основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, а также на комбинации этих моделей.

     Иерархическая модель данных -  древовидная.  Объекты  связаны иерархическими отношениями  подобно перевернутому дереву.  К основным понятиям иерархической  структуры относятся:  уровень,  элемент (узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.  Каждый узел на более низком  уровне  связан только с одним узлом,  находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную  никакой  другой  вершине  и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д.  уровнях. В каждой записи БД существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

     В сетевой  модели  данных  при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

     Реляционная модель данных (англ.  relation - отношение) отличается простотой  структуры  данных,  удобным для пользователя табличным представлением. Эта модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц.  Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

- каждый  элемент таблицы - один элемент  данных;

- все  столбцы в  таблице  однородные,  т.е.  все  элементы  в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

- каждый  столбец имеет уникальное имя;

- одинаковые  строки в таблице отсутствуют;

- порядок  следования строк и столбцов  может  быть  произвольным.

     Отношения представлены в виде таблиц,  строки  которых  соответствуют записям  (кортежам),  а столбцы - полям  (атрибутам отношений, доменам).  Поле, каждое значение которого однозначно определяет  соответствующую запись,  называется простым ключом  (ключевым полем).  Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица БД имеет составной ключ. Чтобы связать две реляционные таблицы,  необходимо  ключ  первой  таблицы  ввести  в состав  ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей);  в противном случае нужно ввести в структуру первой таблицы внешний ключ - ключ второй таблицы.

     Информационный  объект  -  это описание реального  объекта,  явления,  процесса,  события в виде совокупности логически связанных реквизитов  (информационных элементов).

     Информационный  объект определенного  реквизитного  состава  и структуры образует класс (тип),  ему присваивается  уникальное имя (символьное обозначение).

     Информационный  объект  имеет множество реализаций - экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируется значением ключа (простого - один реквизит или составного - несколько реквизитов).  Остальные реквизиты информационного объекта являются описательными. Одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть  ключевыми, а  в  других - описательными.  Информационный объект может иметь несколько ключей.

     Одни  и  те  же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений  взаимосвязанных информационных объектов.  Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной,  т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.  Определенный  набор  отношений   обладает   лучшими свойствами при включении,  модификации,  удалении данных,  чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.

     Нормализация  отношений  - формальный  аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц),  который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) БД.

     Все информационные  объекты  предметной области связаны между собой. Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1  экземпляром объекта А. Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый  момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот.

     БД  и  программные средства их создания и ведения (СУБД) имеют многоуровневое строение. Различают концептуальный, внутренний и внешний уровни представления данных БД,  которым соответствуют модели аналогичного назначения. Концептуальный уровень  соответствует   логическому представлению данных  предметной  области  в обобщенном виде. Концептуальная модель состоит из логически структурированных  различных типов данных. Внутренний уровень  отображает организацию данных в среде хранения  и  соответствует физическому представлению данных.  Внутренняя модель  состоит из  отдельных записей, физически хранимых во внешних носителях. Внешний уровень  поддерживает  частные  представления данных,    требуемые конкретным пользователем.  Внешняя модель  является частью (подмножеством) концептуальной модели. С помощью внешних моделей поддерживается санкционированный доступ к  различным приложениям. Проектирование БД состоит в построении  комплекса  взаимосвязанных моделей данных.

     Важнейшим этапом проектирования БД является разработка  инфологической (информационно-логической)  модели  предметной области, не ориентированной  на конкретную СУБД.  Эта модель отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей. Инфологическая модель  предметной  области  строится  первой. Затем на ее основе строятся концептуальная (логическая), внутренняя (физическая) и внешняя модели.

     СУБД  - это программная  система,  предназначенная для создания  на ЭВМ общей БД,  используемой для решения множества задач.  Подобные системы служат  для  поддержания  БД  в  актуальном состоянии и обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных пользователям полномочий. СУБД  предназначена  для  централизованного управления БД в интересах всех работающих в этой системе.

     По  степени универсальности различают  два класса СУБД:

- системы  общего назначения;

- специализированные системы.

     СУБД  общего назначения не ориентированы  на  какую-либо  предметную область  или на информационные потребности  какой - либо группы пользователей. Каждая система такого рода  реализуется  как  программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим  пользователям как  коммерческое изделие.  Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных.  Этим СУБД  присущи развитые  функциональные  возможности и даже определенная функциональная избыточность.  Использование СУБД общего назначения в  качестве средства для создания автоматизированных информационных систем,  основанных на технологии БД, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить ресурсы. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при  невозможности  или нецелесообразности использования СУБД общего назначения. СУБД общего  назначения  - это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией БД.  Рынок программного обеспечения персональных компьютеров предлагает разнообразные по  своим функциональным возможностям коммерческие СУБД общего назначения, а также средства их окружения практически для всех массовых  моделей машин  и  для  различных операционных систем.  СУБД - лидеры рынка программ:  dBASE IV 2.0 и Paradox 4.5 компании Borland International; Microsoft Access 2.0; Microsoft FoxPro 2.6.

Производительность  СУБД оценивается:

- временем  выполнения запросов;

- скоростью  поиска информации в неиндексированных  полях и др.

     Современные СУБД обладают средствами обеспечения  целостности данных и  надежной  безопасности.

     Обеспечение целостности данных на уровне БД  подразумевает наличие  средств,  позволяющих  удостовериться,  что информация в БД всегда остается корректной и полной.  Установлены правила целостности,  и они хранятся  вместе  с БД и соблюдаться на глобальном уровне. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память.

     Access и  Paradox for Windows гораздо ближе других  СУБД соответствуют реляционной  модели по надежности сохранения  целостности данных на уровне  БД;  правила хранятся вместе  с БД и автоматически соблюдаются.  СУБД dBASE IV и FoxPro не  обладают средствами этого рода, обеспечение целостности возлагается на  программистов.

     Некоторые СУБД имеют средства обеспечения  безопасности  данных. Они обеспечивают выполнение следующих операций:  шифрование прикладных программ и данных;  защиту паролем; ограничение доступа. Самый высокий уровень безопасности данных реализован  в  СУБД dBASE IV.  Администратор может назначать системе  различные  права доступа на уровне файла, поля, а также организовать автоматическое шифрование данных.  Хорошими  характеристиками  обеспечения  безопасности отличается Access 2.0.  Он предусматривает назначение паролей для индивидуальных пользователей или групп  пользователей  и присвоение различных прав доступа отдельно к таблицам, запросам, отчетам, макрокомандам, новым объектам на уровне пользователя или группы.

     Практически все современные СУБД предназначены  для работы в многопользовательских  средах.  Лучшими  возможностями  для этого обладают СУБД Paradox  4.5, Access 2.0, dBASE IV.

     Функция импорт - экспорт отражает возможности: обработки СУБД информации, подготовленной другими программными средствами; использования другими программами данных, сформированных средствами рассматриваемой СУБД. Все вышеуказанные СУБД обладают хорошими возможностями импорта-экспорта данных.

     Функциональные  возможности  моделей данных доступны пользователю СУБД благодаря ее языковым средствам. Эти средства  используются  для выполнения двух основных функций:

- описания  представления БД;

- выполнения  операций манипулирования данными.

     Первая  из  этих функций обеспечивается языком описания (определения) данных (ЯОД).  Описание БД (структуры БД,  ограничений целостности и др.) с помощью ЯОД называется схемой базы  данных

     Язык  манипулирования данными  (ЯМД) позволяет  реализовать предусмотренные в  системе операции над данными из БД.  Например, язык программирования Access Basic  позволяет  управлять  объектами  из других прикладных программ,  создавать объекты БД (запросы, таблицы),  изменять структуру БД и создавать индексы непосредственно из прикладной программы.

     Программы СУБД имеют достаточное количество команд,  у каждой из которых возможны различные параметры (опции). Такая  система команд совместно с дополнительными  опциями образует меню. Совокупность команд, предоставляемых в распоряжение пользователя некоторой усредненной СУБД,  может быть разбита на  следующие типовые группы: команды для работы с файлами;  редактирования; форматирования;  для работы с окнами; для работы в основных режимах СУБД (таблица, форма, запрос, отчет);  получение справочной информации.