Назначение и основные компоненты системы баз данных

Назначение и основные компоненты системы баз данных

Понятие система баз данных используется как в широком, так и в узком смысле. В широком смысле система баз данных понимается фактически как синоним понятия информационная система и включает в себя данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение и пользователей. В узком смысле система баз данных понимается как СУБД с управляемой ею базой данных, возможно, уже наполненной.

Система базы данных состоит из: данных, системы управления базами данных (СУБД) и базы данных.

Базой данных называют упорядоченное множество логически взаимосвязанных данных. Данные хранятся в специальных информационных структурах базы данных.

СУБД - набор компьютерного программного обеспечения, обеспечивающего взаимодействие между пользователями и базой (или базами) данных. СУБД является оболочкой, окружающей базу данных или несколько баз данных, и отслеживает все операции, производимые с базой. Операции для большинства распространенных СУБД делятся на 4 основные группы:

- Определение Данных (определение, модификация, удаление структур данных);

- Хранение Данных (вставка, обновление, удаление данных в существующих структурах);

- Выборка Данных (запрос и извлечение данных по требованию пользователя);

- Управление Данными (Создание и отслеживание пользователей базы данных, ограничение доступа к данным в базе и отслеживание производительности базы данных).

Системы управления базами данных (СУБД) используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации. В процессе упорядочения информации СУБД генерируют базы данных, а в процессе обработки сортируют информацию и осуществляют ее поиск. Современные СУБД содержат в себе: ядро, процессор языка базы данных, подсистему поддержки времени исполнения и сервисные программы.

Обзор современных систем управления базами данных (СУБД)

Классификация СУБД.

По модели данных: иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, объектно-реляционные. В более общем виде обычно производят деление на дореляционные, реляционные и постреляционные.

По степени распределённости: локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере), распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД:

- Файл-серверные СУБД. В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

- Клиент-серверные СУБД. Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

- Встраиваемые СУБД. Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы. Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Уровни представления баз данных

Для разделения представления БД была создана трехуровневая архитектура ANSI-SPARK.

Данная модель позволяет стандартным образом описать особенности функционирования СУБД, выделяя при этом 3 уровня: внешнего(общего), концептуального(логического) и внутреннего(физического).

Цель - отделение пользовательского представления БД от ее физической реализации.

Внешний уровень – представление БД с точки зрения пользователя. Описывает часть БД, относящуюся к конкретному пользователю. Состоит из внешнего представления БД, каждое представление – ведение предметной сущности пользователя и содержит только те сущности, атрибуты и связи, которые интересны этому пользователю.

Концептуальный уровень – обобщающее представление БД, описывает, какие данные хранятся в БД, отображает связи между ними. Содержит полную структуру БД, отображающую требования организации. Концептуальный уровень включает в себя понятия объектов базы данных (таких как ключи, таблицы, индексы, представления и тп) без учета их внутренней организации.

Внутренний уровень – физическое представление БД в ЭВМ. Описывает хранение информации в БД, сведения о размещении, сжатии и методах шифрования. Внутренний уровень занимается управлением файлами и файловыми группами, страницами файлов данных, организацией таблиц и индексов, управлением работой с экстентами и отслеживанием свободного места.

Совокупность схем всех уровней называется схемой базы данных. В архитектурной модели ANSI/SPARC предполагается наличие в СУБД механизмов, обеспечивающих междууровневое отображение данных “внешний - концептуальный” и “концептуальный - внутренний”. Функциональные возможности этих механизмов обеспечивают абстракцию данных и определяют степень независимости данных на всех уровнях.

Понятие схемы и подсхемы

Структуру данных необходимо описывать формализованным образом. Описания логической и физической структур БД используется программными средствами управления БД при обработке требований пользователей на получение той информации, которую содержит БД. Описание логической структуры БД называется схемой. Схема представляет собой таблицу типов используемых данных. Она содержит имена объектов и их атрибуты и указывает на существующую между ними связь. Если схема содержит значения элементов данных, ее называют экземпляром схемы. Сам термин схема используется для определения полной таблицы всех типов элементов данных и типов записей, хранимых в БД.

Подсхема это часть схемы, основывающаяся на представлении данного пользователя о модели данных. Таким образом, на основе одной схемы можно получить разные подсхемы.

Часто схемы и подсхемы представляют в виде диаграмм (и тут конечно можно о них немного рассказать, но с этим самостоятельно справиться даже совсем дубовый студент). Связи на схеме могут обеспечивать передачу такой информации, которая не представлена конкретными элементами данных, показанными на схеме.

Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных — это представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней. Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Первые СУБД использовали иерархическую модель. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

В рамках иерархической модели выделяют языковые средства описания данных (ЯОД) и средства манипулирования данными (ЯМД). Каждая физическая база описывается набором операторов, обусловливающих как её логическую структуру, так и структуру хранения БД. При этом способ доступа устанавливает способ организации взаимосвязи физических записей.

Определены следующие способы доступа: иерархически последовательный, иерархически индексно-последовательный, иерархически прямой, иерархически индексно-прямой, индексный.

В иерархической модели автоматически поддерживается целостность ссылок между предками и потомками. Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя.

Известные иерархические СУБД: System 2000, Google App Engine Datastore API.

Сетевая модель данных

Сетевая модель данных — логическая модель данных, являющаяся расширением иерархического подхода, строгая математическая теория, описывающая структурный аспект, аспект целостности и аспект обработки данных в сетевых базах данных.

Разница между иерархической моделью данных и сетевой состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков.

Сетевая БД состоит из набора экземпляров определенного типа записи и набора экземпляров определенного типа связей между этими записями.

Тип связи определяется для двух типов записи: предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа записи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка.

Достоинства: высокая эффективность оперативности, низкие затраты памяти. Недостатки: сложность, “жесткость” требований выходной БД.

Реляционная модель данных

Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation).

Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики как теории множеств и логика первого порядка.

На реляционной модели данных строятся реляционные базы данных.

Реляционная модель данных включает следующие компоненты:

- Структурный аспект (составляющая) — данные в базе данных представляют собой набор отношений.

- Аспект (составляющая) целостности — отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности. РМД поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных.

- Аспект (составляющая) обработки (манипулирования) — РМД поддерживает операторы манипулирования отношениями (реляционная алгебра, реляционное исчисление).

Кроме того, в состав реляционной модели данных включают теорию нормализации.

Схема отношений

Схема отношения БД — это именованное множество пар {имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)}. Схема БД (в структурном смысле) — это набор именованных схем отношений.

Отношение — это множество кортежей данной базы данных, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр», иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей — телом отношения.

В табличной форме представления отношений, схема отношения – это не что иное, как строка заголовков столбцов.

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения в базе данных, — это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения.

Число атрибутов в отношении называют степенью (или -арностью) отношения. Мощность множества кортежей отношения называют мощностью отношения.

Фундаментальные свойства отношений: отсутствие кортежей-дубликатов, отсутствие упорядоченности кортежей, отсутствие упорядоченности атрибутов, атомарность значений атрибутов.

Функциональные зависимости

Декомпозиция отношений

Транзитивные зависимости

Разработка форм и отчетов

Защита баз данных

Назначение и основные компоненты системы баз данных

Понятие система баз данных используется как в широком, так и в узком смысле. В широком смысле система баз данных понимается фактически как синоним понятия информационная система и включает в себя данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение и пользователей. В узком смысле система баз данных понимается как СУБД с управляемой ею базой данных, возможно, уже наполненной.

Система базы данных состоит из: данных, системы управления базами данных (СУБД) и базы данных.

Базой данных называют упорядоченное множество логически взаимосвязанных данных. Данные хранятся в специальных информационных структурах базы данных.

СУБД - набор компьютерного программного обеспечения, обеспечивающего взаимодействие между пользователями и базой (или базами) данных. СУБД является оболочкой, окружающей базу данных или несколько баз данных, и отслеживает все операции, производимые с базой. Операции для большинства распространенных СУБД делятся на 4 основные группы:

- Определение Данных (определение, модификация, удаление структур данных);

- Хранение Данных (вставка, обновление, удаление данных в существующих структурах);

- Выборка Данных (запрос и извлечение данных по требованию пользователя);

- Управление Данными (Создание и отслеживание пользователей базы данных, ограничение доступа к данным в базе и отслеживание производительности базы данных).

Системы управления базами данных (СУБД) используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации. В процессе упорядочения информации СУБД генерируют базы данных, а в процессе обработки сортируют информацию и осуществляют ее поиск. Современные СУБД содержат в себе: ядро, процессор языка базы данных, подсистему поддержки времени исполнения и сервисные программы.

Обзор современных систем управления базами данных (СУБД)

Классификация СУБД.

По модели данных: иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные, объектно-реляционные. В более общем виде обычно производят деление на дореляционные, реляционные и постреляционные.

По степени распределённости: локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере), распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД:

- Файл-серверные СУБД. В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

- Клиент-серверные СУБД. Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

- Встраиваемые СУБД. Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы. Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.