План работы:

Системы управления базами данных

Понятие базы данных

Базу  данных (БД) можно определить как унифицированную совокупность данных, совместно используемую различными задачами в рамках некоторой единой автоматизированной информационной системы (ИС).

Теория управления базами данных как самостоятельная  дисциплина начала развиваться приблизительно с начала 50-х годов двадцатого столетия. За это время в ней сложилась определенная система фундаментальных понятий. Приведем некоторые из них.

Предметной  областью принято называть часть реального мира, подлежащую изучению с целью организации управления в этой сфере и последующей автоматизации процесса управления. В рамках данной книги для нас в первую очередь представляют интерес предметные области, так или иначе связанные со сферой экономики и финансов.

Объектом называется элемент информационной системы, сведения о котором хранятся в базе данных. Иногда объект

также называют сущностью.

Классом объектов называют их совокупность, обладающую одинаковым набором свойств.

Атрибут — это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект Ключевым элементом данных называются такой атрибут (или группа атрибутов), который позволяет определить значения других элементов данных.

Запись  данных — это совокупность значений связанных элементов данных.

Первичный ключ — это атрибут (или группа атрибутов), который уникальным образом идентифицируют каждый экземпляр объекта (запись). Вторичным ключом называется атрибут (или группа атрибутов), значение которого может повторяться для нескольких записей (экземпляров объекта). Прежде всего, вторичные ключи используются в операциях поиска записей.                      •

Процедуры хранения данных в базе должны подчиняться  некоторым общим принципам, среди которых в первую очередь следует выделить:

• целостность и непротиворечивость данных, под которыми понимается как физическая сохранность данных, так и предотвращение неверного использования данных, поддержка допустимых сочетаний их значений, защита от структурных искажений и несанкционированного доступа;
• минимальная избыточность данных обозначает, что любой элемент данных должен храниться в базе в единственном виде, что позволяет избежать необходимости дублирования операций, производимых с ним.

Программное обеспечение, осуществляющее операции над базами данных, получило название СУБД — система управления базами данных.

Программные системы управления базами данных

Кратко остановимся  на конкретных программных продуктах, относящихся к классу СУБД. На самом общем уровне все СУБД можно разделить:

• на профессиональные, или промышленные;

• персональные (настольные).

Профессиональные (промышленные) СУБД представляют собой программную основу для разработки автоматизированных систем управления крупными экономическими объектами. На их базе создаются комплексы управления и обработки информации крупных предприятий, банков или даже целых отраслей. Первостепенными условиями, которым должны удовлетворять профессиональные СУБД, являются:

• возможность организации совместной параллельной работы большого количества пользователей;
• масштабируемость, то есть возможность роста системы пропорционально расширению управляемого объекта;         переносимость на различные аппаратные и программные платформы;
• устойчивость по отношению к сбоям различного рода, в том числе наличие многоуровневой системы резервирования хранимой информации;
• обеспечение безопасности хранимых данных и развитой структурированной системы доступа к ним.

Промышленные  СУБД к настоящему моменту имеют  уже достаточно богатую историю  развития. В частности, можно отметить, что в конце 70-х — начале 80-х годов в автоматизированных системах, построенных на базе больших вычислительных машин, активно использовалась СУБД Adabas. В настоящее время характерными представителями профессиональных СУБД являются такие программные продукты, как Oracle, DВ2, Sybase, Informix, Progress.

Основоположниками СУБД Огас1е стала группа американских разработчиков (Ларри Эллисон, Роберт Майнер и Эдвард Оутс), которые более  двадцати лет тому назад создали  фирму Relational Softwarе Inc. и поставили перед собой задачу создать систему, на практике реализующую идеи, изложенные в работах Э. Ф. Кодда и К. Дж. Дейта. Результатом их деятельности стала реализация переносимой реляционной системы управления базами данных с базовым языком обработки 50Ь. В 1979 г. заказчикам была представлена версия Оraсlе для мини-компьютеров PDP-11 фирмы Digital Equipment Corporation сразу для нескольких операционных систем: RSX-11, IAS, RSTS и UNIХ. Чуть позже Oracle был перенесен на компьютеры VAX под управлением VAX VMS. Значительная часть кода была написана на ассемблере, и поэтому процесс переноса системы на новую платформу требовал значительных усилий. Основным отличием Oracle очередной, третьей версии было то, что она была полностью написана на языке С. Такое решение обеспечивало переносимость системы на многие новые платформы, в частности, на различные клоны UNIХ. Второй важной особенностью новой (1983 г.) версии была поддержка концепции транзакции. Примерно в это же время фирма получила новое имя — Oracle Соrporation— и заняла лидирующее место на рынке производителей СУБД. Четвертая версия Oracle характеризовалась расширением перечня поддерживаемых платформ и операционных систем. Огас1е был перенесен как на большие ЭВМ фирмы IВМ (мэйнфреймы), так и на персональные компьютеры, работающие под управлением МS DOS. Именно в четвертой версии был сделан важный шаг в развитии технологий поддержки целостности баз данных. Для многопользовательских систем было предложено оригинальное решение Oracle поддержки «непротиворечивости чтения». В пятой версии была впервые реализована СУБД с архитектурой «клиент—сервер». Последующие версии СУБД Oracle были ориентированы на построение крупномасштабных систем обработки транзакций, изменение методов реализации систем ввода/вывода, буферизации, подсистем управления параллельным доступом, резервирования и восстановления. Также была реализована поддержка симметричных мультипроцессорных архитектур.

Проект и  экспериментальный вариант СУБД Ingres были разработаны в университете Беркли под руководством одного из наиболее известных в мире ученых и специалистов в области баз данных Майкла Стоунбрейкера. С самого начала СУБД Ingres разрабатывалась как мобильная система, функционирующая в среде ОС UNIX.Первая версия Ingres была рассчитана на 16-разрядные компьютеры. И работала главным образом на машинах серии РDР. Это была первая СУБД, распространяемая бесплатно для использования в университетах. Впоследствии группа Стоунбрейкера перенесла Ingres в среду ОС UNIX ВSD, которая также была разработана в университете Беркли. Семейство СУБД Ingres из университета Беркли принято называть университетской Ingres. В начале 80-х была образована компания RTI (Relational Technologyу Inc.), которая разработала и стала продвигать коммерческую версию СУБД Ingres. В настоящее время коммерческая Ingres поддерживается, развивается и продается компанией Computer Associates. Сейчас это одна из наиболее развитых коммерческих реляционных СУБД. В то  же время, по поводу университетской Ingres имеется много высококачественных публикаций. Более того, университетскую Ingres можно опробовать на практике  и даже посмотреть ее исходные тексты.

Перечисленные выше (для СУБД Oracle) тенденции носят универсальный характер и определяют пути развития других программных продуктов, что вполне, объясняется жесткой конкурентной ситуацией, сложившейся на данном рынке.

 Персональные системы управления данными — это программное обеспечение, ориентированное на решение задач локального пользователя или компактной группы пользователей и предназначенное для использования на микроЭВМ (персональном компьютере). Это объясняет и их второе название — настольные. Определяющими характеристиками настольных систем являются:

• относительная простота эксплуатации, позволяющая создавать на их основе работоспособные приложения как «продвинутым» пользователям, так и тем, чья квалификация невысока;
• относительно ограниченные требования к аппаратным ресурсам.

 Несмотря  на неизбежные различия, обусловливавшиеся  замыслами разработчиков, все  перечисленные системы в ходе  своей эволюции приобрели ряд общих конструктивных черт, среди которых, прежде всего, могут быть названы:

• наличие визуального интерфейса, автоматизирующего процесс создания средств ,   манипуляции данными, — экранных форм, шаблонов отчетов, запросов и т. п.;
• наличие инструментов создания объектов базы данных в режиме диалога:

Experts в Paradox, Wizards в Access, Assistants в   Арргоаch;

• наличие развитого инструментария создания программных расширений в рамках единой среды СУБД: язык разработки приложений РAL в Рагаdox,VBA (Visual Basic for Applications в Ассеss.
• встроенная поддержка универсальных языков управления данными.

 В последние  годы наметилась устойчивая тенденция  к стиранию четких граней между  настольными и профессиональными системами. Последнее, в первую очередь, объясняется тем, что разработчики в стремлении максимально расширить потенциальный рынок для своих продуктов постоянно расширяют набор их функциональных характеристик.

Краткая характеристика программного обеспечения,

используемого при создании СУБД.

 

    Рассмотрим  более подробно программные продукты компании Microsoft, а именно Visual FoxPro 3.0, Visual Basic 4.0, Visual С++, Access 7.0, SQL Server 6.5. Наиболее интересной чертой этих пакетов являются их большие возможности интеграции, совместной работы и использования данных, так как данные пакеты являются продуктами одного производителя, а также используют сходные технологии обмена данными.

    Visual FoxPro отличается высокой скоростью, имеет встроенный объектно-ориентированный язык программирования с использованием xBase и SQL, диалекты которых встроены во многие СУБД. Имеет высокий уровень объектной модели. При использовании в вычислительных сетях обеспечивает как монопольный, так и раздельный доступ пользователей к данным. Применяется для приложений масштаба предприятия для работы на различных платформах: Windows 3.x, Windows 95, Macintosh... Минимальные ресурсы ПК: для Visual FoxPro версии 3.0 – процессор 468DX, Windows 3.1, 95, NT, объем оперативной памяти 8 (12) Мб, занимаемый объем на ЖМД 15-80 Мб, а для Visual FoxPro версии 5.0 (выпущена в 1997 году) – Windows 95 или NT, 486 с тактовой частотой 50 МГц, 10 Мб ОЗУ, от 15 до 240 Мб на ЖМД.

    Access входит в состав самого популярного пакета Microsoft Office. Основные преимущества: знаком многим конечным пользователям и обладает высокой устойчивостью данных, прост в освоении, может использоваться непрофессиональным программистом, позволяет готовить отчеты из баз данных различных форматов. Предназначен для создания отчетов произвольной формы на основании различных данных и разработки некоммерческих приложений.

    Visual Basic – это универсальный объектно-ориентированный язык программирования, диалекты которого встроены в Access, Visual FoxPro. Преимущества: универсальность, возможность создания компонентов OLE, невысокие требования к аппаратным ресурсам ЭВМ. Применяется для создания приложений средней мощности, не связанных с большой интенсивностью обработки данных, разработки компонентов OLE, интеграция компонентов Microsoft Office.

    Visual C++ – наиболее мощный объектно-ориентированный язык программирования, обладает неограниченной функциональностью. Предназначен для создания компонентов приложений для выполнения операций, критичных по скорости.

    SQL Server – сервер баз данных, реализует подход «клиент-сервер» и взаимодействует с указанными пакетами. Главные достоинства: высокая степень защиты данных, мощные средства для обработки данных, высокая производительность. Область применения: хранение больших объемов данных, хранение высокоценных данных или данных, требующих соблюдения режима секретности. Указанные программные продукты имеют возможности визуального проектирования интерфейса пользователя, то есть разработчик из готовых фрагментов создает элементы интерфейса, программирует только их изменения в ответ на какие-либо события.

Принципы  организации данных,

лежащие в основе современных  СУБД.

    Современные СУБД являются объектно-ориентированными и реляционными. Основной единицей является объект, имеющий свойства, и связи между объектами. СУБД используют несколько моделей данных: иерархическую и сетевую (с 60-х годов) и реляционную (с 70-х). Основное различие данных моделей в представлении взаимосвязей между объектами.

    Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии объектов, то есть один тип объекта является главным, все нижележащие – подчиненными. Устанавливается связь «один ко многим», то есть для некоторого главного типа существует несколько подчиненных типов объектов. Иначе, главный тип именуется исходным типом, а подчиненные – порожденными. У подчиненных типов могут быть в свою очередь подчиненные типы. Наивысший в иерархии узел (совокупность атрибутов) называют корневым.

    Сетевая модель данных строится по принципу «главный и подчиненный тип одновременно», то есть любой тип данных одновременно может одновременно порождать несколько подчиненных типов (быть владельцем набора) и быть подчиненным для нескольких главных (быть членом набора).

    Реляционная модель данных объекты и связи между ними представляются в виде таблиц, при этом связи тоже рассматриваются как объекты. Все строки, составляющие таблицу в реляционной базе данных должны иметь первичный ключ. Все современные средства СУБД поддерживают реляционную модель данных.

    Объект (Сущность) – элемент какой-либо системы, информация о котором сохраняется. Объект может быть как реальным (например, человек), так и абстрактным (например, событие – поступление человека в стационар).