Основные  понятия баз данных

       Оглавление

Введение

       Системы баз данных сегодня являются основой  построения большинства информационных систем и используются при автоматизации  практически всех сфер человеческой деятельности. Например, доступ к базе данных необходим при работе с библиотечной информационной системой, содержащей сведения обо всех книгах, имеющихся в библиотеке, ее читателях, заявках на бронирование книг и т.д. В ней обычно содержатся средства, позволяющие читателям находить нужную им книгу по названию, фамилиям авторов или указанной тематике. С помощью такого рода систем организуется учет движения книг, другие операции, необходимые в библиотечной деятельности.

       В ВУЗе могут существовать базы данных с информацией о студентах, профессорско-преподавательском составе, факультетах и кафедрах, др. данные, необходимые для функционирования так называемых комплексных информационно-аналитических систем и их подсистем (учета кадров, бухгалтерской, документооборота, информационного обеспечения учебной деятельности и т.п.).

       Базы  данных по народонаселению содержат сведения о жителях города, региона  и т.п., необходимые для функционирования систем налогообложения, здравоохранения, образования, социальной защиты, др.

1. Основные понятия баз данных

       Банк  данных — это автоматизированная система, представляющая совокупность информационных, программных, технических средств и персонала, обеспечивающих хранение, накопление, обновление, поиск и выдачу данных. Главными составляющими банка данных являются база данных и программный продукт, называемый системой управления базой данных (СУБД).

       База  данных — это специальным образом организованное хранение информационных ресурсов в виде интегрированной совокупности файлов, обеспечивающей удобное взаимодействие между ними и быстрый доступ к данным.

       База  данных — это динамичный объект, меняющий значения при изменении состояния отражаемой предметной области (внешних условий по отношению к базе). Под предметной областью понимается часть реального мира (объектов, процессов), которая должна быть адекватно, в полном информационном объеме представлена в базе данных. Данные в базе организуются в единую целостную систему что обеспечивает более производительную работу пользователей с большими объемами данных.

       Система управления базой данных (СУБД) – это программное обеспечение, с помощью которого пользователи могут определять, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ. СУБД взаимодействует с прикладными программами пользователя и базой данных и обладает приведенными ниже возможностями:

• Позволяет определять базу данных, что обычно осуществляется с помощью языка определения данных (DDL - Data Definition Language). Язык DDL предоставляет пользователям средства указания типа данных и их структуры, а также средства задания ограничений для информации, хранимой в базе данных.
• Позволяет вставлять, обновлять, удалять и извлекать информацию из базы данных, что обычно осуществляется с помощью языка управления данными (DML - Data Manipulation Language). Наличие централизованного хранилища всех данных и их описаний позволяет использовать язык DML как общий инструмент организации запросов, который иногда называют языком запросов.
• Предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью: системы обеспечения безопасности, предотвращающей несанкционированный доступ к базе данных со стороны пользователей; системы поддержки целостности данных, обеспечивающей непротиворечивое состояние хранимых данных; системы управления параллельной работой приложений, контролирующей процессы их совместного доступа к базе данных; системы восстановления, позволяющей восстановить базу данных до предыдущего непротиворечивого состояния, нарушенного в результате сбоя аппаратного или программного обеспечения; доступного пользователям каталога, содержащего описание хранимой в базе данных информации.

       Кроме важнейших составляющих базы данных и СУБД, банк данных включает и ряд других составляющих. Остановимся на их рассмотрении.

       Языковые  средства включают языки программирования, языки запросов и ответов, языки описания данных.

       Методические  средства — это инструкции и рекомендации по созданию и функционированию банка данных, выбору СУБД.

       Технической основой банка данных является ЭВМ, удовлетворяющая определенным требованиям по своим техническим характеристикам.

       Обслуживающий персонал включает программистов, инженеров по техническому обслуживанию ЭВМ, административный аппарат, в том числе администратора базы данных. Их задача — контроль за работой банка данных, обеспечение совместимости и взаимодействия всех составляющих, а также управление функционированием банка данных, контроль за качеством информации и удовлетворение информационных потребностей. В минимальном варианте все эти функции для пользователя могут обеспечиваться одним лицом или выполняться организацией, поставляющей программные средства и выполняющей их поддержку и сопровождение.

       Особую  роль играет администратор базы или банка данных. Администратор управляет данными, персоналом, обслуживающим банк данных. Важной задачей администратора базы данных является защита данных от разрушения, несанкционированного и некомпетентного доступа. Администратор предоставляет пользователям большие или меньшие полномочия на доступ ко всей или части базы. Для выполнения функций администратора в СУБД предусмотрены различные служебные программы. Администрирование базой данных предусматривает выполнение функций обеспечения надежной и эффективной работы базы данных, удовлетворение информационных потребностей пользователей, отображение в базе данных динамики предметной области.

       Главными  пользователями баз и банков данных являются конечные пользователи, т.е. специалисты, ведущие различные участки экономической работы. Их состав неоднороден, они различаются по квалификации, степени профессионализма, уровню в системе управления: главный бухгалтер, бухгалтер, операционист, начальник кредитного отдела и т.д. Удовлетворение их информационных потребностей — это решение большого числа проблем в организации внутримашинного информационного обеспечения.

       Специальную группу пользователей банка данных образуют прикладные программисты. Обычно они играют роль посредников между базой данных и конечными пользователями, так как создают удобные пользовательские программы на языках СУБД. Централизованный характер управления данными вызывает необходимость администрирования такой сложной системы, как банк данных.

       Преимущества  работы с банком данных для пользователя окупают затраты и издержки на его создание, так как:

       • повышается производительность работы пользователей, достигается эффективное удовлетворение их информационных потребностей;

       • централизованное управление данными  освобождает прикладных программистов от организации данных, обеспечивает независимость прикладных программ от данных;

       • развитая организация базы данных позволяет выполнять разнообразные нерегламентированные запросы, новые приложения;

       • снижаются затраты не только на создание и хранение данных, но и на их поддержание в актуальном и динамичном состоянии; уменьшаются потоки данных, циркулирующих в системе, сокращается их избыточность и дублирование.

       Как банк данных, так и база данных могут  быть сосредоточены на одном компьютере или распределены между несколькими компьютерами. Для того чтобы данные одного исполнителя были доступны другим и наоборот, эти компьютеры должны быть соединены в единую вычислительную систему с помощью вычислительных сетей.

       Банк  и база данных, расположенные на одном компьютере, называются локальными, а на нескольких соединенных сетями ПЭВМ называются распределенными. Распределенные банки и базы данных более гибки и адаптивны, менее чувствительны к выходу из строя оборудования.

       Назначение  локальных баз и банков данных организации более простого и дешевого способа информационного обслуживания пользователей при работе с небольшими объемами данных и решении несложных задач.

       Локальные базы данных эффективны при работе одного или нескольких пользователей, когда имеется возможность согласования их деятельности административным путем. Такие системы просты и надежны за счет своей локальности и организационной независимости.

       Назначение  распределенных баз и банков данных состоит в предоставлении более гибких форм обслуживания множеству удаленных пользователей при работе со значительными объемами информации в условиях географической или структурной разобщенности. Распределенные системы баз и банков данных обеспечивают широкие возможности по управлению сложных многоуровневых и многозвенных объектов и процессов.

       Распределенная  обработка данных позволяет разместить базу данных (или несколько баз) в различных узлах компьютерной сети. Таким образом, каждый компонент базы данных располагается по месту наличия техники и ее обработки. Например, при организации сети филиалов какой-либо организационной структуры удобно обрабатывать данные в месте расположения филиала. Распределение данных осуществляется по разным компьютерам в условиях реализации вертикальных и горизонтальных связей для организаций со сложной структурой.

       Объективная необходимость распределенной формы  организации данных обусловлена требованиями, предъявляемыми конечными пользователями:

       • централизованное управление рассредоточенными  информационными ресурсами;

       • повышение эффективности управления базами и банками данных и уменьшение времени доступа к информации;

       • поддержка целостности, непротиворечивости и защиты данных;

       • обеспечение приемлемого уровня в соотношении «цена — производительность — надежность».

       Распределенная  система баз данных (или частей базы) позволяет в широких возможностях варьировать и поддерживать информационные ресурсы, избегая узких мест, сдерживающих производительность пользователя, и добиваться максимальной эффективности использования информационных ресурсов.

2. Функции СУБД

       В этом разделе мы рассмотрим типы функций  и служб (сервисов), которые должна обеспечивать типичная СУБД.

       Хранение, извлечение и обновление данных. СУБД должна предоставлять пользователям возможность сохранять, извлекать и обновлять данные в базе данных. Это самая фундаментальная функция СУБД. Из предыдущего ясно, что способ реализации этой функции в СУБД должен позволять скрывать от конечного пользователя внутренние детали физической реализации системы (например, файловую организацию или используемые структуры хранения).

       Каталог, доступный конечным пользователям. СУБД должна иметь доступный конечным пользователям каталог, в котором хранится описание элементов данных. Ключевой особенностью архитектуры ANSI-SPARC является наличие интегрированного системного каталога с данными о схемах, пользователях, приложениях и т.д. Предполагается, что каталог доступен как пользователям, так и функциям СУБД. Системный каталог, или словарь данных, является хранилищем информации, описывающей данные в базе данных (по сути, это - метаданные). В зависимости от типа используемой СУБД количество информации и способ ее применения могут варьироваться. Обычно в системном каталоге хранятся следующие сведения:

• имена, типы и размеры элементов данных;
• имена связей;
• накладываемые на данные ограничения поддержки целостности;
• имена санкционированных пользователей, которым предоставлено право доступа к данным;
• внешняя, концептуальная и внутренняя схемы и отображения между ними;
• статистические данные, например частота транзакций и счетчики обращений к объектам базы данных.

       Системный каталог позволяет достичь определенных преимуществ, перечисленных ниже.