Файл: Системы управления базами данных и их классификация.pdf

Введение

В начале XXI в. Наше общество находится в состоянии перехода от индустриального общества к постиндустриальному. Происходит информатизация, т.е. развитие информационных технологий, обеспечивающих достижение и поддержание уровня информирванности членов общества, необходимого для улучшения условий жизни в обществе. Увеличивается количество знаний, получаемых человечеством, следовательно возникает необходимость эффективной организации их хранения и управления доступом к ним. Поэтому большое значение имеют автоматизированные банки данных. Предметом нашего рассмотрения является программное обеспечение автоматизированного банка данных – системы управления базами данных.

Целью данной работы является исследование устройства и функций СУБД, а также сопоставление наиболее распространенных современных СУБД на предмет их использование в банках данных крупных организаций.

Мы рассмотрим структуру СУБД, основные их функции и их классификацию. Также мы сопоставим возможности двух конкретных СУБД: Microsoft SQL Server и Oracle. При этом большое внимание будем уделять использованию этих программ в информационных системах крупных предприятий и организаций.

1. Система управления базами данных как составная часть автоматизированного банка данных

В современных информационных системах информация обычно хранится с использованием автоматизированных банков данных. Банки данных могут быть очень большими и могут содержать разную информацию, используемую организацией.

Банк данных – это информационная система коллективного пользования, обеспечивающая централизованное хранение данных, их обновление и выдачу по запросам пользователей. Это комплекс аппаратного и программного обеспечения банка данных и персонала, обслуживающего его. Банк данных включает:

1. одну или несколько баз данных;
2. систему управления базами данных (СУБД);
3. персонал, обеспечивающий работу банка данных.

База данных – это совокупность определенным образом организованных данных, хранящихся в запоминающих устройствах ЭВМ. Обычно данные хранятся на жестком диске сервера организации.

В общем случае данные в базе данных (по крайней мере, в больших системах) являются интегрированными и разделяемыми. Эти два аспекта, интеграция и разделение данных, представляют собой наиболее важные преимущества использования банков данных на “большом” оборудовании и, по меньшей мере, один из них— интеграция — является преимуществом их применения и на “малом” оборудовании.

---

Под понятием интеграции данных подразумевается возможность представить базу данных как объединение нескольких отдельных файлов данных, полностью или частично исключающее избыточность хранения информации.

Под понятием разделяемости данных подразумевается возможность использования несколькими различными пользователями отдельных элементов, хранимых в базе данных. Имеется в виду, что каждый из пользователей сможет получить доступ к одним и тем же данным, возможно, даже одновременно (параллельный доступ). Такое разделение данных, с параллельным или последовательным доступом, частично является следствием того факта, что база данных имеет интегрированную структуру.

Одним из следствий упомянутых выше характеристик базы данных (интеграции и разделяемости) является то, что каждый конкретный пользователь обычно имеет дело лишь с небольшой частью всей базы данных, причем обрабатываемые различными пользователями части могут произвольным образом перекрываться. Иначе говоря, каждая база данных воспринимается ее различными пользователями по-разному. Фактически, даже те два пользователя базы данных, которые работают с одними и теми же частями базы данных, могут иметь значительно отличающиеся представления о них.

База данных характеризуется моделью данных, т. е. формой организации данных в ней. По типу модели данных БД делятся на сетевые, иерархические и реляционные. В настоящее время практически применяется только реляционная структура, в которой база данных состоит из одной или нескольких двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

• каждый элемент таблицы — один элемент данных
• все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.)
• каждый столбец имеет уникальное имя
• одинаковые строки в таблице отсутствуют
• порядок следования строк и столбцов может быть произвольным

Такая модель хранения данных обеспечивает удобство использования базы данных на ЭВМ. Учитывая, что таблицы базы данных могут быть связаны определенными отношениями, такая модель обеспечивает целостность данных и отсутствие избыточности хранения. Поэтому она и используется в большинстве современных баз данных.

Система управления базами данных (СУБД) — специализированная программа или комплекс программ, предназначенная для организации и ведения базы данных. Она обеспечивает хранение данных и взаимодействие пользователя с БД, позволяя пользователям производить поиск, сортировку и выборку информации в базе данных, а некоторым пользователям – добавлять, удалять и изменять записи в БД. В зависимости от того, с какой базой данных работает СУБД, она может быть:

---

• иерархической
• сетевой
• реляционной
• объектно-реляционной
• объектно-ориентированной

Мы будем рассматривать реляционные системы управления базами данных.

Персонал, обеспечивающий работу банка данных, это администратор банка данных, а также инженеры и техники, обеспечивающие работу аппаратного обеспечения банка данных.

Таким образом, система управления базами данных является необходимой составной частью банка данных.

2. Структура и функции системы управления базами данных

СУБД обычно содержит следующие компоненты:

• ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти,
• процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
• подсистему 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.

В связи с этим можно сформулировать основную функцию СУБД:

1. Определение данных.

СУБД должна предоставлять средства определения данных в виде исходной формы (схемы данных) и преобразования этих определений в соответствующую объектную форму. То есть СУБД преобразовывает данные в форму, необходимую для хранения их в базе данных.

2. Манипулирование данными.

СУБД должна быть способна обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление данных, уже существующих в базе, или на добавление в нее новых данных. То есть, СУБД обеспечивает интерфейс между пользователями и базами данных.

3. Управление хранением данных и доступом к ним.

СУБД осуществляет программную поддержку хранения данных в запоминающем устройстве ЭВМ и управляет всеми действиями, производимыми с данными.

4. Защита и поддержка целостности данных

СУБД должна контролировать пользовательские запросы и определять, кому доступны операции изменения данных, а кому доступны только операции получения данных. Также она следит за целостностью данных, хранящихся в БД. СУБД осуществляет журнализацию изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев.

---

Таким образом, основная функция системы управления базами данных – осуществление интерфейса пользователя и базы данных. Большинство современных крупных банков данных рассчитаны на работу нескольких пользователей, поэтому СУБД осуществляет разделение времени между пользователями при одновременном их доступе к базе данных, а также разделение полномочий между разными типами пользователей. Например, бухгалтер на предприятии может только получать информацию из банка данных, а главный экономист может вносить изменения в банк данных.

СУБД выполняет эти функции с помощью определенного информационно-логического языка, или языка запросов. В большинстве СУБД для этого используется язык SQL.

СУБД реляционного типа освобождает пользователя от необходимости знать форматы хранения данных, методы доступа и методы управления памятью. Изменение физической структуры базы данных не влияет на работоспособность прикладных программ, работающих с нею.

По степени универсальности различают два класса СУБД:

• системы общего назначения;
• специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели компьютеров в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

3. Классификация СУБД по способу доступа к базе данных

По способу доступа к БД системы управления ими подразделяются на три типа:

• Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими. Они могут применяться для обучения работе с базами данных (чаще всего для этого используется MS Access) или для хранения информации в небольших информационных системах.

---

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase.

• Клиент-серверные

Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера (см. Клиент-сервер). Клиент-серверные СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней по отношению к клиенту программой, и по надобности его можно заменить другим. Недостаток клиент-серверных СУБД в самом факте существования сервера (что плохо для локальных программ — в них удобнее встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых сервером.

Клиент-серверные СУБД предоставляют больше возможностей для профессиональной работы с данными, поэтому они чаще всего используются в крупных предприятиях и организациях. Они больше всего подходят к крупным информационным системам с одним или несколькими серверами, обладающими большой производительностью. Даже в случае большого количества пользователей, работающих с ними, они не очень сильно загружают сеть.

Примеры: Firebird, Interbase, IBM DB2, MS SQL Server, Sybase, Oracle, PostgreSQL, MySQL, ЛИНТЕР.

• Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, один из вариантов Firebird, один из вариантов MySQL, Sav Zigzag, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Таким образом, для использования в крупных организациях, в том числе на промышленных предприятиях, больше подходят клиент-серверные СУБД. Мы рассмотрим особенности таких распространенных СУБД, как Oracle и MS SQL Server.

4. Язык SQL в системах управления базами данных

SQL (англ. Structured Query Language — язык структурированных запросов) — универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных. SQL в его чистом (базовом) виде является информационно-логическим языком, а не языком программирования. Вместе с тем стандарт языка спецификацией SQL/PSM предусматривает возможность его процедурных расширений, с учётом которых язык уже вполне может рассматриваться в качестве языка программирования.

---