Файл: Операции, производимые с данными (История развития баз данных).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших областей применения компьютеров является переработка и хранение больших объемов информации в различных сферах деятельности человека: в экономике, банковском деле, торговле, транспорте, медицине, науке и т.д.

Существующие современные информационные системы характеризуются огромными объемами хранимых и обрабатываемых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.

Цель любой информационной системы - обработка и представление данных об объектах реального мира. Основой информационной системы является база данных. В широком смысле слова база данных - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления его объектами и, в конечном счете, автоматизации, например, предприятие, вуз и т. д.

Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро производить выборку с произвольным сочетанием признаков.

Актуальность работы вызвана непрерывным совершенствованием рассматриваемой области, а также постоянным появлением новых технологий. В широком смысле слова база данных (БД) – это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Для удобной работы с данными их необходимо структурировать, т.е. ввести определенные соглашения о способах их представления. База данных (в узком смысле слова) – поименованная совокупность структурированных данных относящихся к некоторой предметной области. В реальной деятельности в основном используют системы БД.

Объект исследования - данные как диалектическая составная часть информации, а база данных как информационная система; предмет – операции, производимые с данными.

Таким образом, цель написания данной курсовой работы – изучить основные теоретические аспекты по теме курсовой работы, применив полученную информацию на практике.

Соответственно, для достижения поставленной цели необходимо решить задачи следующего порядка:

- ознакомиться с историей развития баз данных;

- рассмотреть общее сведения о базах данных, основные понятия и элементы;

- определить основные особенности работы с базой данных;

- рассмотреть практические аспекты применения операций, производимых с данными на примере проектирования базы данных;

- получить навыки по использованию дополнительных инструментов проектирования БД.

Структурно работа состоит из двух глав, введения и заключения. Наибольший вклад в изучения данного направления внести такие авторы как Кренке, Д., Моррисон, Дж., Ухтомский, М. Пере, Ульман, Д., Г. Гарсиа-Молина, Дж. Уидом, Боуман, Д., С. Эмерсон, М. Дарновски., Грабер, М., Баженова И.Ю.

1. Теоретические аспекты по теме исследования

1.1 История развития баз данных

Между физической базой данных (т.е. данными, которые реально хранятся) и пользователями системы располагается уровень программного обеспечения - система управления базами данных. Все запросы пользователей на доступ к базе данных обрабатываются СУБД; все имеющиеся средства добавления файлов данных, выборки и обновления данных в этих файлах также обеспечивает СУБД[5,с.133].

Основная задача СУБД - предоставить пользователю базы данных возможность работать с ней, не вникая в детали на уровне аппаратного обеспечения (пользователь более отстранен от этих деталей, чем прикладной программист, использующий среду программирования) [11,с.109].

Иными словами, СУБД позволяет конечному пользователю рассматривать базу данных как объект более высокого уровня по сравнению с аппаратным обеспечением, а также предоставляет в его распоряжение набор операций, выражаемых в терминах языка высокого уровня (например, набор операций, которые можно выполнять с помощью языка SQL).СУБД являются посредниками между логической структурой данных, необходимых разным приложениям, и физическими хранилищами данных (обычно это файловая система персонального компьютера или сервера, хотя последнее время хранилища могут распределяться между многими серверами).

Физическая структура данных (в частности, файловая) должна быть скрыта от программистов. СУБД должны хранить логическую структуру (метаданные), предотвращая несогласованные изменения данных, нарушающие эту структуру

Таким образом, любая СУБД должна обеспечивать следующее[10,с.93]:

-компактное хранение данных (без дублирования);

-оптимизацию доступа к данным;

-логическую целостность (согласованность) данных;

-универсальный интерфейс (язык или протокол), позволяющий задавать структуру данных, изменять и извлекать их неизвестному заранее алгоритму.

Обеспечение этих требований к информационным системам на уровне СУБД позволяет избегать повторения одной и той же работы при разработке программ[5,с.121].

Системы управления базами данных обладают следующими функциями[7,с.88]:

1) Управление данными во внешней памяти

Управление данными включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей. В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но, в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то, как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

2) Управление буферами оперативной памяти[16,с.115]

СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

3) Управление транзакциями[2,с.166].

Транзакция - это последовательность операций над базой данных, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения в базе данных, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии базы данных[17,с.109].

Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности базы данных. То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицы активности пользователя по отношению к БД. При соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать себя единственным пользователем СУБД (на самом деле, это несколько идеализированное представление, поскольку в некоторых случаях пользователи многопользовательских СУБД могут ощутить присутствие своих коллег) [12,с.175].

С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакций и сериального плана выполнения смеси транзакций. Под сериализацией параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций - это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Понятно, что если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно (если не считать некоторого замедления работы по сравнению с однопользовательским режимом).

1.2 Общее сведения о базах данных, основные понятия и элементы

База данных – это информационная система, которая представляет собой программный комплекс, главными функциями этой системы являются поддержка надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнение специфических, для данного приложения, преобразований информации и/или вычислений, предоставление пользователям легко осваиваемого интерфейса[15,с.322].

Виды БД[11,с.63].:

• Фактографическая – содержит краткую информацию об объектах некоторой системы в строго фиксированном формате;
• Документальная – содержит документы самого разного типа: текстовые, графические, звуковые, мультимедийные;
• Распределённая – база данных, разные части которой хранятся на различных компьютерах, объединённых в сеть;
• Централизованная – база данных, хранящихся на одном компьютере;
• Реляционная – база данных с табличной организацией данных.

Одно из основных свойств БД – независимость данных от программы, использующих эти данные[12,с.78].

Базой данных является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины.

Существует множество других определений понятия «база данных», так или иначе сводящихся к понятию «совокупность хранимых данных». Однако большинство из этих определений не позволяет отличить базу данных от объектов, которые базой данных заведомо не являются, например, от архивов документов, картотек, библиотек и т.п.

Таким образом, база данных есть не просто совокупность хранимых данных (записей, документов, фактов и т.п.), но такая совокупность, которая обладает, по меньшей мере, тремя важными свойствами (признаками) [11,с.77]:

• База данных хранится и обрабатывается в вычислительной системе. Любые внекомпьютерные хранилища информации (архивы, библиотеки и т. п.) базами данных не являются.
• Данные в базе данных хорошо структурированы (систематизированы). Под структурированностью в данном случае понимается явное выделение составных частей (элементов), связей между ними, а также типизация элементов и связей, при которой с каждым типом элемента или связи соотносится определенная семантика и допустимые операции.
• Структура базы данных обеспечивает эффективный поиск и обработку данных. Эффективность здесь главным образом определяется тем, как соотносятся гибкость и мощность возможностей (поиска и обработки) с затратами усилий и ресурсов[2,с.217].

Из трех перечисленных признаков только первый является строгим, а два других допускают различные трактовки и различные степени оценки. Не существует возможности строго формально определить, является ли некоторая совокупность данных на компьютере базой данных или нет. Можно лишь установить некоторую степень соответствия требованиям к БД[11,с.84].

В такой ситуации не последнюю роль играет общепринятая практика. В соответствии с ней, например, не называют базами данных файловые архивы или электронные таблицы, несмотря на то, что они в некоторой степени обладают признаками БД. Принято считать, что эта степень в большинстве случаев недостаточна (хотя могут быть исключения).

Основные понятия и элементы баз данных.

Основное требование к базам данных – прежде всего удобство доступа к данным, возможность быстро получить исчерпывающую информацию по любому интересующему вопросу (важно не только то, что информация содержится в базе, важно то, насколько она хорошо структуирована и целостна) [10,с.87].

Лишь только начали появляться и распространяться компьютеры, почти сразу на них возложили тяжёлый и кропотливый труд по обработке и структурированию данных, появились базы данных (БД) в их нынешнем понимании.

Согласно современным требованиям к базам данных, информация, содержащаяся в них, должна быть[14,с.66]:

• непротиворечивой (не должно быть каких-либо данных, противоречащих друг другу);

• не избыточной (следует предотвращать ненужное дублирования информации в базе, избыточность может привести к противоречивости – например, если какие – то данные изменяют, а их копию в другой части базы забыли изменить);