Системы управления базами данных и их функции

 

Содержание

 

Введение

 

 

Термин информация уходит корнями к латинскому informatio - разъяснение, изложение. Изначально в это слово вкладывался смысл, соответствующий "сведениям передаваемым одними людьми другим людям, устным, письменным или другим способом, а также сам процесс передачи или получения этих сведений".  
          Жизнь и развитие человечества способствовали постоянному накоплению исторических, научных, культурных и многих других знаний, основанных на информации. Однако в связи с бурным развитием науки и техники в середине ХХ века роль информации неизмеримо возросла. Само понятие информации стало объектом постоянных исследований в различных областях научной деятельности человека. 
          Изучение информации, особенностей ее обработки, безусловно, должно начинаться с методов представления информации, поскольку именно спецификой методов определяется дальнейшая технология передачи и обработки информации, возможностей ее использования          Виды и формы представления информации существенным образом зависят от форм существования той или иной информации.

Очень широко употребляется  еще одно понятие – данные. Его  принято применять в отношении  информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств. Поэтому наряду с терминами «ввод информации», «обработка информации», «хранение информации», «поиск информации» используются термины «ввод данных», «обработка данных», «хранение данных» и т.п.

Информация существует не только в виде данных, но и в  виде знаний. Здесь знания – это  совокупность объективных фактов, способов и технологий, систематизированных  и дающих реальное представление  о предметах, процессах и явлениях, т.е. специальным образом структурированная информация.

Данные и знания в  виде информационных потоков циркулируют  в информационных системах. Сбор, накопление, обработка, хранение и использование  информации в информационных системах осуществляются с помощью информационных технологий. Информационные технологии – это машинизированные (инженерные) способы обработки информации, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем.

 

Понятие базы данных и системы баз данных

 

 

Структурированная информация, иногда также называемая информацией, созданной по шаблону, может храниться в базе данных, в системе библиотек, например в IBM Content Manager или Domino.Doc, либо в одном или нескольких файлах XML (если речь идет о рабочей среде). Механизм работы с ресурсами создает ресурсы структурированной информации, упрощающие оперативный доступ к информации, управляемой с помощью шаблонов и позволяющие разработчикам Web-сайтов унифицировать процедуры работы с представленной на сайте информацией. Механизм работы с ресурсами обеспечивает уровень абстракции, позволяющий согласованно определять в системе пользователей и информацию.

Структурированная информация, отличается от информации на основе файлов тем, что она хранится в формате, который сохраняет не только сами данные, но и различные сведения об этих данных и об их структуре. Например, "Пресс-релиз" может включать набор структур, определяющих тему, автора, дату создания и другие параметры пресс-релиза. При сохранении структуры сохраняется и информация об этой структуре. В данном случае поля Subject (тема) и Author (автор) представляют собой строковые значения (String), а поле Date Created (дата создания) - значение типа метки времени (Timestamp).

Структурированная информация чаще всего хранится в базе данных.

Для создания и обновления структурированной информации обычно применяются шаблоны. Они позволяют указывать в каждом поле значение, соответствующее формату этого поля.

Приобретенная информация - это особый вид структурированной  информации, получаемой с помощью  служб Internet.

С начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования:

·   выполнение расчетов, которые невозможно производить вручную;

·   создание автоматизированных информационных систем (АИС).

Создание АИС стало возможным с появлением жестких дисков большой емкости, обеспечивающих произвольный доступ к данным. Это предопределило развитие АИС разного назначения и масштаба, в первую очередь в области бизнес-приложений. Примерами являются автоматизированные системы управления предприятием, банковские системы, системы резервирования и продажи билетов.

Параллельно развивались  системы управления физическими  экспериментами, обеспечивающие оперативную  обработку в реальном времени  огромных потоков данных от датчиков, и автоматизированные библиотечные информационно-поисковые системы. Все это привело к появлению новой информационной технологии интегрированного хранения и обработки данных – концепции баз данных.

Система баз данных (СБД) – это система специально организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств для централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Терминологическое единство в рассматриваемой сфере отсутствует. Термин «система баз данных» (database system) широко используется в современнойанглоязычной литературе для определения человеко-машинной системы, включающей БД, СУБД, оборудование и персонал. Значительно реже используется термин «банк данных», который многими авторами признается архаичным.

База данных (БД) – именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

В ранних определениях БД указывалось на отсутствие дублирования данных. Однако дублирование может  быть вызвано спецификой модели данных или технологическими причинами (обеспечение надежности, сокращение времени реакции). Но это должно быть отслеживаемое и управляемое дублирование.

Система управления базами данных (СУБД) – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Иногда в составе  СБД выделяют систему управления архивами. Под оперативным управлением СУБД находится часть данных, остальные данные (архивы) располагаются на носителях, не управляемых СУБД.

Основные требования к СБД можно сформулировать следующим образом:

·     адекватность отображения предметной области (полнота, целостность, непротиворечивость и актуальность данных);

·     возможность взаимодействия пользователей разных категорий, обеспечение высокой эффективности доступа;

·     дружественность интерфейса;

·     обеспечение секретности и конфиденциальности;

·     обеспечение взаимной независимости программ и данных;

·     обеспечение надежности – защита данных от случайного и преднамеренного разрушения, возможность восстановления данных в случае сбоев в системе;

·     распределенная обработка данных и обеспечение эффективного доступа пользователей к данным в любой точке сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компоненты системы баз данных

 

 

СБД является сложной человеко-машинной системой, включающей различные взаимосвязанные  и взаимозависимые компоненты (подсистемы) (рис. 1).

Рис. 1. Компоненты СБД

Данные, отражающие состояние предметной области и используемые АИС, принято  называть информационной базой. Информационная база включает:

·     собственно данные;

·     метаданные (описания этих данных).

Данные отделены от описаний, но в  то же время данные не могут использоваться без обращения к соответствующим описаниям.

Языковые средства СУБД являются важнейшим компонентом СБД, так как обеспечивают интерфейс пользователей разных категорий с СБД (рис. 2). Языковые средства современных СУБД относятся к 4-му поколению.

На рис. 3 приведены компоненты языка 4-го поколения. К 1-му поколению относят  машинные языки, ко 2-му – языки ассемблера, к 3-му – алгоритмические языки  типа PL и Cobol, которые назывались языками  высокого уровня, но уровень которых гораздо ниже, чем у языков 4-го поколения. К 5му поколению относят языки систем искусственного интеллекта (Prolog).

Для выражения обобщенного взгляда  на данные применяют язык описания данных (ЯОД), включаемый в состав СУБД. ЯОД позволяет определять схемы БД, характеристики хранимых данных, параметры хранения их в памяти и может включать средства поддержки целостности, ограничения доступа, секретности. Одна БД на ЯОД разных СУБД может описываться по-разному.

Рис. 2. Классификация  языковых средств СБД

Рис. 3. Компоненты языка 4-го поколения

Язык манипулирования  данными (ЯМД) включает в себя средства запросов к БД и поддержания БД (добавление, удаление, обновление данных, создание и уничтожение БД, обеспечение запросов к справочнику БД). ЯМД разделяются:

·     на процедурные;

·     непроцедурные (декларативные).

При пользовании процедурными языками надо указать, какие действия и над какими объектами необходимо выполнить, чтобы получить результат. В непроцедурных языках указывается, что надо получить в ответе, а не как этого достичь.

Процедурные языки могут различаться  по основным информационным единицам, которыми они манипулируют. Это могут быть:

·     языки, ориентированные на позаписную обработку данных;

·     языки, ориентированные на операции над множеством записей.

Примерами непроцедурных языков являются языки, основанные на реляционном исчислении. К ним относятся язык запросов SQL и табличный язык QBE.

По форме представления различают следующие языковые средства:

·     аналитические;

·     табличные;

·     графические.

В рамках одной СУБД могут использоваться языки разных типов. Во многих СУБД (dBase, FoxPro и др.) для манипулирования данными могут использоваться:

·     табличный язык запросов типа QBE;

·     аналитический язык запросов SQL;

·     процедурный язык программирования (для dBase и FoxPro – язык xBase).

Кроме упомянутых языковых средств эти системы включают генераторы экранных форм, отчетов и приложений, а также язык разветвленной иерархической системы «меню», позволяющей пользователю выбрать нужные действия.

Наиболее распространенным языком является SQL (Structured Query Language), предоставляющий средства обработки запросов и функции по созданию, обновлению и управлению доступом. SQL соединяет в себе ЯОД и ЯМД. Он не является полноценным языком программирования. Для доступа к БД из прикладных программ SQL-выражения встраиваются в конструкции базового языка.

Программные средства СБД представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий взаимодействие всех частей системы (рис. 4).

Рис. 4. Программные средства СБД

Программная составляющая СБД осуществляет обработку данных и взаимодействие с операционной системой (ОС) и прикладными  программами. Взаимосвязь компонентов  этого комплекса программных  средств показана на рис. 5.

Рис. 5. Программная составляющая СБД

В составе комплекса  выделяют следующие компоненты:

·   ядро, обеспечивающее управление данными во внешней и оперативной памяти, а также протоколирование изменений;

·   процессор языка БД, обеспечивающий обработку и оптимизацию запросов на выборку и изменение данных;

·   подсистему (библиотеку) поддержки программных вызовов, которая обслуживает прикладные программы управления данными, взаимодействующие с СУБД через средства пользовательского интерфейса;

·   сервисные программы (системные и внешние утилиты), обеспечивающие настройку СУБД, восстановление после сбоев и другое обслуживание.

Необходима координация  между ОС и СУБД. Многопользовательские  приложения, обработка распределенных запросов требуют эффективного использования ресурсов, которыми управляет ОС. Управление доступом и обеспечение защиты также интегрируются с соответствующими средствами ОС.

К техническим средствам СБД относятся: ЭВМ, периферийные средства ввода информации в БД, средства хранения данных и отображения выводимой информации. Для сетевых СБД необходимы коммуникационные средства (рис. 6).

Рис. 6. Технические средства СБД

В качестве ЭВМ используются универсальные компьютеры и специализированные серверы – машины с повышенной отказоустойчивостью, высокопроизводительными подсистемами ввода-вывода и развитой периферией. Для распределенных БД важны коммуникационное оборудование и сетевые протоколы. Специализированные технические средства – машины баз данныхи сетевые компьютеры без дисковых накопителей широкого распространения не нашли. Карманные ПК используются в качестве коммуникационных устройств для доступа мобильных пользователей к корпоративным данным в глобальных сетях.

 

 

Администрация базы данных

 

 

Создание, функционирование и развитие СБД обеспечиваются администрацией базы данных (АБД), которая выполняет работы на протяжении всего жизненного цикла системы. В состав АБД входят:

·   системные аналитики;