Базы и банки данных

С самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление - использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. В самом широком смысле информационная система представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнении специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.

Под информацией понимают любые сведения о каком-либо событии, сущности, процессе и т. п., являющиеся объектом некоторых операций: восприятия, передачи, преобразования, хранения или использования.

Данные можно определить как информацию, фиксированную в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.

Банк данных (БнД) - это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Требования к БнД:

1. Адекватность отображения предметной области (полнота, целостность и непротиворечивость данных, актуальность информации, т.е. ее соответствие состоянию объекта на данный момент).

2. Возможность взаимодействия пользователей разных категорий и в разных режимах, обеспечение высокой эффективности доступа для разных приложений.

3. “Дружелюбность” интерфейсов и малое время на освоение системы, особенно для конечных пользователей.

4. Обеспечение секретности и конфиденциальности для некоторой части данных; определение групп пользователей и их полномочий.

5. Обеспечение взаимной независимости программ и данных.

6. Обеспечение надежности функционирования БнД; защита данных от случайного и преднамеренного разрушения; возможность быстрого и полного восстановления данных в случае их разрушения; технологичность обработки данных, приемлемые характеристики функционирования БнД (стоимость обработки, время реакции системы на запросы и др.)

Для максимального удовлетворения названных требований необходима централизация управления данными. Наличие централизованного управления данными - главная отличительная черта банков данных. Централизованное управление данными имеет ряд важных преимуществ.

1. Сокращение избыточности хранимых данных.

2. Устранение противоречивости хранимых данных.

3. Многоаспектное использование данных.

4. Комплексная оптимизация.

5. Обеспечение возможности стандартизации.

6. Обеспечение возможности санкционированного доступа к данным.

7.1. Основные компоненты банка данных

Информационная компонента

Ядром БнД является база данных. База данных (БД) - это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением системы управления базами данных (СУБД).

Рис.2. Компоненты банка данных

В традиционной терминологии объекты реального мира, сведения о которых хранятся в базе данных, называются сущностями - entities, а их актуальные признаки - атрибутами (attributes).

Каждый признак конкретного объекта есть значение атрибута. В базе данных могут отражаться не только физические объекты. Она способна вобрать в себя сведения об абстракциях, процессах, явлениях, т.е. обо всем, с чем сталкивается человек в своей деятельности.

В состав базы данных входит также метаинформация (т.е. информация об информации), включающая описание базы данных (схема БД), информацию о предметной области, необходимую для проектирования системы, о пользователях БнД, о проектных решениях и др.

Централизованное хранилище метаинформации называется словарем данных (словарь-справочник, энциклопедия, репозиторий).

Технические средства БнД. Чаще всего используются универсальные ЭВМ, периферийные устройства для вывода информации в базу данных и отображения выводимой информации. Последнее время наметился переход от больших ЭВМ к открытым распределенным системам на компьютерах RISC-архитектуры.

Организационно-методические средства БнД - представляют собой различные инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные для пользователей разных категорий, взаимодействующих с банком данных.

Администраторы банка данных – это группа специалистов, обеспечивающих создание, функционирование и развитие БнД. В составе администрации БнД должны быть системные аналитики, проектировщики структур данных и внешнего по отношению к банку данных информационного обеспечения, проектировщики технологических процессов обработки данных, системные и прикладные программисты, операторы, специалисты по техническому обслуживанию.

Функции администратора банка данных

1. Анализ предметной области: описание предметной области, выявление ограничений целостности, определение статуса информации, определение потребностей пользователей, определение статуса пользователей, определение соответствия “данные-пользователь”, определение объемно-временных характеристик обработки данных.

2. Проектирование структуры базы данных: определение состава и структуры файлов базы данных, связей между ними, выбор методов упорядочения данных и методов доступа к информации, описание структуры БД на языке описания данных (ЯОД).

3. Задание ограничений целостности при описании структуры базы данных и процедур обработки БД: задание ограничений целостности, присущих предметной области, определение ограничений целостности, вызванных структурой базы данных, разработка процедур обеспечения целостности БД при вводе и корректировке данных, обеспечение ограничений целостности при параллельной работе пользователей в многопользовательском режиме.

4. Первоначальная загрузка и ведение базы данных: разработка технологии первоначальной загрузки и ведения (изменения, добавления, удаления записей) БД, проектирование форм ввода, создание программных модулей, подготовка исходных данных, ввод и контроль ввода.

5. Защита данных.

5.1. Обеспечение парольного входа в систему: регистрация пользователей, назначение и изменение паролей.

5.2. Обеспечение зашиты конкретных данных: определение прав доступа групп пользователей и отдельных пользователей, определение допустимых операций над данными для отдельных пользователей, выбор/создание программно-технологических средств защиты данных.

5.3. Тестирование средств защиты данных.

5.4. Фиксация попыток несанкционированного доступа.

5.5. Исследование возникающих случаев нарушения защиты данных и проведение мероприятий по их предотвращению.

6. Обеспечение восстановления БД: разработка программно-технологических средств восстановления БД, организация ведения системных журналов.

7. Анализ обращений пользователей к БД: сбор статистики обращений пользователей к БД, ее хранение и анализ (кто из пользователей, к какой информации, как часто обращался, какие выполнял операции, время выполнения запросов, анализ причин безуспешных (в том числе и аварийных) обращений к БД).

8. Анализ эффективности функционирования БнД и развитие системы: анализ показателей функционирования системы (время обработки, объем памяти, стоимостные показатели), реорганизация и реструктуризация баз данных, изменение состава баз данных, развитие программных и технических средств.

9. Работа с пользователями: сбор информации об изменениях в предметной области, об оценке пользователями работы БнД, определение регламента работы пользователей с БнД, обучение пользователей, консультирование пользователей.

10. Подготовка и поддержание системных программных средств: сбор и анализ информации о СУБД и прикладных программных продуктах (ППП), приобретение программных средств, их установка, проверка работоспособности, поддержание системных библиотек, развитие программных средств.

11. Организационно-методическая работа: выбор или создание методики проектирования БД, определение целей и направлений развития системы, планирование этапов развития БнД, разработка и выпуск организационно-методических материалов.

Система управления базой данных (СУБД) - совокупность языковых и программных средств, облегчающих выполнение всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировки и доступа к ним.

СУБД первого поколения были основаны на иерархической и сетевой моделях данных (на основе спецификаций CODASYL).

Недостатки: СУБД первого поколения были в подавляющем большинстве закрытыми системами (отсутствовал стандарт внешних интерфейсов, не обеспечивалась переносимость прикладных программ), не обладали средствами автоматизации программирования; были очень дороги.

СУБД второго поколения характеризовали две основные особенности - реляционная модель данных и язык запросов SQL. Представители второго поколения в настоящее время еще сохраняют определенную популярность среди производителей СУБД, в большинстве своем развившись в системы третьего поколения, к которому и относятся современные СУБД.

Для СУБД третьего поколения характерны использование идей объектно-ориентированного подхода, управления распределенными базами данных, активного сервера БД, языков программирования четвертого поколения, фрагментации и параллельной обработки запросов, технологии тиражирования данных, многопотоковой архитектуры. СУБД третьего поколения - это сложные многофункциональные программные системы, функционирующие в открытой распределенной среде.

Программные средства БнД - программные средства БнД представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий взаимодействие всех частей информационной системы при ее функционировании.

Основу программных средств БнД представляет СУБД. В ней можно выделить ядро СУБД (Data Base Engine), обеспечивающее организацию ввода, обработки и хранения данных, а также средства тестирования и утилиты, обеспечивающие выполнение вспомогательных функций. Важной компонентой СУБД являются трансляторы или компиляторы для используемых ею языковых средств.

Подавляющее большинство СУБД работает в среде универсальных операционных систем и взаимодействует с ОС при обработке обращений к БнД.

Для обработки запросов к БД пишутся соответствующие программы, которые представляют прикладное программное обеспечение БнД.

Языковые средства БнД - обеспечивают интерфейс пользователей разных категорий с банком данных. Языковые средства большинства СУБД относятся к языкам четвертого поколения.

При проектировании языков четвертого поколении используются следующие принципы:

- минимума работы;

- минимума мастерства;

- естественности языка, упразднения “инородного” синтаксиса и мнемоники;

- минимума времени;

- минимума ошибок;

- минимума поддержки;

- максимума результата.

Выделяют две концепции развития языковых средств: концепцию разделения и концепцию интеграции. При использовании концепции разделения различают языки описания данных (ЯОД), языки манипулирования данными (ЯМД), языки запросов и другие языковые средства.

В составе языков описания данных в зависимости от особенностей СУБД поддерживаются все или некоторые из следующих языков: язык описания схем, язык описания подсхем, язык описания хранимых в базе данных, язык описания внешних данных (как входных, так и выходных).

ЯМД разделяются на две большие группы: процедурные и непроцедурные. При использовании процедурных языков надо указать, какие действия и над каким объектом необходимо выполнить, чтобы получить результат. В непроцедурных языках указывается, что надо получить в ответе, а не как это сделать. Примерами непроцедурных языков являются языки, основанные на реляционном исчислении, представителем которых является язык запросов SQL.

По функциональным возможностям выделяют следующие категории языков:

1. Языки, обеспечивающие только возможности запросов (обеспечивают вывод требуемых данных на экран или печать в нужном формате).

2. Комплексные языки запросов-обновлений (позволяют формулировать сложные запросы, относящиеся к нескольким взаимосвязанным записям, а также обновлять данные также легко, как и формулировать запросы; с их использованием пользователи могут создавать собственные файлы).

3. Генераторы отчетов позволяют выбирать нужные данные из файлов или баз данных и форматировать их в виде требуемых форм документов).

4. Графические языки (позволяют выводить данные в виде различных графиков и диаграмм, а также использовать другие изобразительные возможности).

5. Инструментальные средства поддержки решений (предназначены для систем принятия решений).

6. Генераторы приложений (предназначены для генерации приложений, обеспечивают возможность описания непроцедурным путем требуемой обработки информации и дальнейшей автоматической генерации программ).

7. Машиноориентированные языки спецификаций (являются генераторами приложений, но более универсальны и позволяют специфицировать приложения разных типов).

8. Языки очень высокого уровня.

9. Параметризированные пакеты прикладных программ (допускают легкую модификацию самого пакета, позволяют пользователям генерировать собственные отчеты, запросы к БД и т.д.).

10. Языки приложений (спроектированы для специфических приложений: управления финансами, управления работой станков с программным управлением и т.п.).

По форме представления различают аналитические, табличные и графические языковые средства.

Большинство современных СУБД включают в свой состав несколько языковых средств разного уровня.

7.2. Пользователи банков данных

По признаку постоянства общения с банком данных выделяют постоянных и разовых пользователей.

Постоянные пользователи — такие, которые регулярно пользуются услугами банка данных и для которых можно заранее сформулировать типы запросов, определяющие круг их интересов. Предварительное определение тематики запросов пользователей позволяет организовать эффективную обработку запросов. Постоянные пользователи могут обращаться к системе и с произвольными по содержанию запросами.

Разовые пользователи - те, которые не имеют постоянных запросов, но могут обращаться к системе с произвольными по содержанию запросами.

Пользователей банка данных различают также по уровню компетенции, характеризующему возможность доступа пользователя к тем или иным данным.

По форме представления запроса и затребованной информации всех пользователей разделяют на две группы: пользователи-задачи и пользователи-люди.

Пользователи-задачи обращаются к банку данных с регламентированными по форме и по содержанию информационными запросами. Выдаваемая им информация соответствующим образом обрабатывается и компонуется на основании принятых в системе формальных правил и соглашений.

Пользователи-люди обращаются к банку данных с произвольными либо с регламентированными по содержанию информационными запросами. Выдаваемая им информация должна иметь удобную для человека форму представления. Основные пользователи этой группы: пользователи-прикладные программисты и пользователи-непрограммисты.

Пользователи-прикладные программисты выполняют работы по программированию функциональных задач.

Пользователи-непрограммисты (конечные пользователи) - наиболее многочисленная группа лиц, для удовлетворения информационных потребностей которых создается банк данных.

Дата добавления: 2015-07-15