Классификация субд по способу доступа к данным

Следующим шагом в развитии настольных СУБД было появление их сетевых многопользовательских версий, которые обеспечивали одновременную работу нескольких пользователей с централизованной БД — БД, размещаемой на одном компьютере — сервере сети. На сервере сети располагается и СУБД. С компьютера пользователя запускается СУБД с сервера, и в результате на нем создается копия СУБД. По каждому запросу пользователя к БД все данные из базы пересылаются на его компьютер, независимо от того, сколько их нужно реально для выполнения запроса. В результате на компьютере пользователя создается локальная копия БД (время от времени обновляемая из реальной БД на сервере сети). Затем СУБД пользователя выполняет запрос. Данная компьютерная архитектура именуется архитектурой файл-сервер. В ней вся тяжесть выполнения запросов к БД и управления целостностью БД ложится на СУБД пользователя. Это приводит к тому, что сеть серьезно "забивается" и безопасность работы невысока. Секретность и конфиденциальность информации обеспечить также трудно.

Наиболее эффективную работу с централизованной БД обеспечивает архитектура клиент-сервер. Централизация хранения и обработки данных является базовым принципом этой компьютерной архитектуры.

На сервере сети размещается БД и устанавливается мощная серверная СУБД — сервер баз данных.

Сервер БД —это программный компонент, обеспечивающий хранение больших объемов информации, ее обработку и предоставление пользователям в сетевом режиме.

На компьютере-клиенте приложение-клиент формирует запрос к БД. Серверная СУБД обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение, формирование результата запроса и пересылку его по сети на клиентский компьютер, который интерпретирует его необходимым образом и предоставляет пользователю. Клиентское приложение может также посылать запрос на обновление БД, и серверная СУБД внесет необходимые изменения в БД.

В архитектуре клиент-сервер функции клиентского приложения и серверной СУБД разделены.

При клиент-серверной обработке уменьшается сетевой трафик, так как через сеть передаются только результаты запросов. Груз файловых операций ложится в основном на сервер, который мощнее клиентов и поэтому способен быстрее обслуживать запросы. Как следствие этого, уменьшается потребность клиентских приложений в оперативной памяти.

Технология клиент-сервер имеет огромный потенциал, способный повлиять на расширение возможностей прикладных программ в бизнесе.

Современные серверные СУБД:

o существуют в нескольких версиях для различных платформ, как правило, для различных коммерческих версий.

o в подавляющем большинстве поставляются с удобными административными утилитами;

o осуществляют резервное копирование данных и журналов транзакций;

o поддерживают несколько сценариев репликаций (копирование информации из одной БД в несколько других).

o позволяют параллельную обработку данных в многопроцессорных системах.

o поддерживают создание хранилищ данных. Хранилище данных — это совокупность данных, полученных прямо или косвенно из информационных систем, которые содержат текущую и деловую информацию, а также из некоторых внешних источников.

o выполняют распределенные запросы и транзакции.

o дают возможность использовать различные средства проектирования схем данных — универсальные или ориентированные на конкретную СУБД;

o имеют средства разработки клиентских приложений и генераторы отчетов;

Типовая организация СУБД

- ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

- компилятор языка SQL

- подсистема поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

- сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

База данных

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

Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления и в конечном счете автоматизации, например, для ведения счетов, учета материальных ценностей, планирования и т.п. Структурирование данных – это введение соглашения о способах представления данных.

Проектирование базы данных

Проектирование БД является очень важным этапом, от которого зависят последующие этапы разработки СУБД. Время, затраченное разработчиком на проектирование БД, обычно окупается высокой скоростью реализации проекта.

Перед созданием базы данных необходимо располагать описанием выбранной предметной области, которое должно охватывать реальные объекты и процессы, иметь всю необходимую информацию для удовлетворения предполагаемых запросов пользователя и определить потребности в обработке данных.

На основе такого описания на этапе проектирования базы данных осуществляется определение состава и структуры данных предметной области, которые должны находиться в базе данных и обеспечивать выполнение необходимых запросов и задач пользователя. Структура данных предметной области может отображаться информационно-логической моделью. На основе этой модели легко создается реляционная база данных.

Под проектированием понимают процесс создания описаний новой системы, которая способна функционировать при постоянном совершенствовании ее технических, программных, информационных составляющих и расширять спектр реализуемых управленческих функций и объектов взаимодействия.

Целью концептуального проектирования является разработка БД на основе описания предметной области. Это описание должно содержать совокупность документов и данных, необходимых для загрузки в БД, а также сведения об объектах и процессах, характеризующих предметную область. Такое описание охватывает весь класс реальных объектов, процессов и явлений, т.е. сущностей, информация о которых должна содержаться в БД и обеспечивать реализацию возможных запросов к БД и решение задач. Разработка БД начинается с определения состава данных, подлежащих хранению в базе для обеспечения выполнения запросов пользователя. Далее производится их анализ и структурирование.

Целью логического проектирования является выбор конкретной СУБД и преобразование концептуальной модели в логическую. Для реляционной БД этот этап состоит в разработке структуры таблиц, связей между ними и определении ключевых реквизитов.

Этап физического проектирования дополняет логическую модель характеристиками, которые необходимы для определения способов физического хранения и использования БД, объема памяти и типа устройств для хранения.

Наиболее рациональным считается сочетание перечисленных подходов к проектированию. Это связано с тем, что на начальном этапе, как правило, еще не имеется исчерпывающих сведений о всех задачах и пришлось бы отложить проектирование и создание БД до постановки всех задач. Использование такой технологий удобно потому, что средства создания реляционной БД в СУБД позволяют на любом этапе разработки внести изменения в БД и модифицировать ее структуру без ущерба для введенных ранее данных. Эта технология предполагает использование предварительных сведений о необходимости получения из БД различной информации.

В результате проектирования БД должна быть разработана информационно-логическая модель (ИЛМ) данных, т.е. определен состав реляционных таблиц, их структура и логические связи. Структура реляционной таблицы определяется составом полей, типом и размером каждого поля, а также ключом таблицы.

Информационно-логическая модель отображает данные предметной области в виде совокупности информационных объектов и связей между ними. Эта модель представляет данные, подлежащие хранению в базе данных.

Функции управления БД

· управление данными во внешней памяти – обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей.

· управление буферами оперативной памяти – обычно СУБД работает с БД значительного размера, по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Если при обращении к элементу будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройств внешней памяти, поэтому единственный способ увеличить скорость является буферизация данных оперативной памяти, выполняемая самой СУБД, а не ОС.

· управление транзакциями. Транзакция – последовательность операций над БД, рассматриваемых как единое целое.

· журнализация. СУБД должна обеспечивать надежность хранения данных.

· поддержка языков БД.

Назначение транзакций

Транзакция - это последовательность операций, которые должны быть или все выполнены или все не выполнены (все или ничего).

Методом контроля за транзакциями является ведение журнала, в котором фиксируются все изменения, совершаемые транзакцией в БД. Если во время обработки транзакции происходит сбой, транзакция откатывается - из журнала восстанавливается состояние БД на момент начала транзакции.

В СУБД различных поставщиков начало транзакции может задаваться явно (например, командой BEGIN TRANSACTION), либо предполагаться неявным (так определено в стандарте SQL), т.е. очередная транзакция открывается автоматически сразу же после удачного или неудачного завершения предыдущей.

Основные понятия о моделях данных

Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.

На практике наиболее распространены три модели:

· иерархическая

· сетевая

· реляционная

Иерархическая модель данных

Данные представлены в виде древовидной структуры. Иерархическая модель представляет собой перевернутое дерево. На самом верхнем уровне только один узел — корень.

Узел – информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.

Свойства иерархической модели данных:

· Несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня.

· Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), не подчиненную никакой другой вершине.

· Каждый узел имеет свое имя (идентификатор).

· Существует только один путь от корневой записи к более частной записи данных.

Иерархическая модель характеризуется сложностью, неоднородностью, что затрудняет манипулирование данными. Ее применение ограничено, так как не любая предметная область может быть представлена с помощью этой модели.

Сетевая модель данных

Данные представлены в виде произвольного графа.

Сетевая модель представляет структуру, у которой один или несколько порожденных элементов имеют более одного исходного элемента. В сетевой структуре любой элемент может быть связан с любым другим элементом.

Иерархическая модель является частным случаем сетевой. Сетевые модели более универсальны. Взаимосвязи большинства предметных областей имеют сетевой характер. Технология работы с сетевыми моделями удобна для пользователя, так как возможен непосредственный доступ к элементам данных.

В качестве примера можно рассмотреть базу данных, хранящую сведения о закреплении учителей - предметников за определенными классами. Один учитель может преподавать в нескольких классах и один и тот же предмет могут вести разные учителя.

Достоинства и недостатки сетевой и иерархической моделей:

Достоинства:

· Компактность данных

· Высокое быстродействие при обработке

Недостатки:

· Не универсальность

· Высокая степень зависимости от конкретных данных (проблемы с обновлением, дополнением, изменением)

Реляционная модель данных

На практике более распространена реляционная модель.

Данные представляют собой совокупность таблиц, связанных отношениями

Сотрудник фирмы IBMЭ.Кодд предложил использовать для обработки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он показал, что любое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц особого вида, известного в математике как отношение – relation.

Реляционная модель БД представляет собой набор связанных между собой таблиц. Каждая из таблиц содержит информацию о каких-либо объектах одной группы. Все записи одной таблицы имеют идентичные, заданные пользователем, структуру и размеры. Например, какой-либо журнал. Каждая строка такой таблицы называется записью, а столбец – полем.

Имя поля — любое имя длиной до 64 символов и может содержать буквы кириллицы, пробелы и специальные символы, за исключением точек, восклицательных знаков и угловых скобок.

Имя каждому полю дается при создании базы данных. Обычно имя состоит из 3—б символов (до 10). Имена разных полей совпадать не могут.

Длина поля — это максимальное число символов, которые могут быть записаны в поле.

Структура базы данных

Структурой базы данных называют порядок расположения полей записи с указанием имени, типа (формата) и длины.

Таблицы должны обладать следующими свойствами:

· каждый столбец таблицы — это элемент данных (атрибут) и его значения должны быть не расчленяемыми на несколько значений

· все столбцы однородные

· в таблице нет двух одинаковых строк

· столбцы и строки могут просматриваться в любом порядке, безотносительно к их информационному содержанию и смыслу

· число строк не ограничено