Добавлен: 05.07.2023
Просмотров: 258
Скачиваний: 12
Что такое БД и СУБД?
База данных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.
Под предметной областью принято понимать некоторую область человеческой деятельности или область реального мира, подлежащих изучению для организации управления и автоматизации, например, предприятие, вуз и т.д.
Система управления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных.
Программы, с помощью которых пользователи работают с БД, называются приложениями.
Принцип построения БД
К современным базам данных, а, следовательно, и к СУБД, на которых они строятся, предъявляются следующие основные требования.
1. Высокое быстродействие.
2. Простота обновления данных.
3. Независимость данных.
4. Совместное использование данных многими пользователями.
5. Безопасность данных - защита данных от преднамеренного или непреднамеренного нарушения секретности, искажения или разрушения.
6. Стандартизация построения и эксплуатации БД.
7. Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.
8. Дружелюбный интерфейс пользователя.
Важнейшими являются первые два противоречивых требования: повышение быстродействия требует упрощения структуры БД, что, в свою очередь, затрудняет процедуру обновления данных, увеличивает их избыточность.
Независимость данных - возможность изменения логической и физической структуры БД без изменения представлений пользователей.
Независимость данных предполагает инвариантность к характеру хранения данных, программному обеспечению и техническим средствам. Она обеспечивает минимальные изменения структуры БД при изменениях стратегии доступа к данным и структуры самих исходных данных. Это достигается «смещением» всех изменений на этапы концептуального и логического проектирования с минимальными изменениями на этапе физического проектирования.
Безопасность данных включает их целостность и защиту.
Целостность данных - устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанных с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.
Она предполагает:
1. отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;
2. защиту от ошибок при обновлении БД;
3. невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;
4. не искажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;
5. сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).
Целостность обеспечивается триггерами целостности – специальными приложениями-программами, работающими при определенных условиях. Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к конфиденциальным данным и может достигаться:
1. введением системы паролей;
2. получением разрешений от администратора базы данных (АБД);
3. запретом от АБД на доступ к данным;
4. формирование видов - таблиц, производных от исходных и предназначенных конкретным пользователям.
Три последние процедуры легко выполняются в рамках языка структурированных запросов Structured Query Language - SQL.
Стандартизация обеспечивает преемственность поколений СУБД, упрощает взаимодействие БД одного поколения СУБД с одинаковыми и различными моделями данных. Стандартизация (ANSI/SPARC) осуществлена в значительной степени в части интерфейса пользователя СУБД и языка SQL. Это позволило успешно решить задачу взаимодействия различных реляционных СУБД как с помощью языка SQL, так и с применением приложения Open DataBase Connection (ODBC). При этом может быть осуществлен как локальный, так и удаленный доступ к данным (технология клиент/сервер или сетевой вариант).
Концепция построения БД
Существует два подхода к построению БД, базирующихся на двух подходах к созданию автоматизированной системы управления (АСУ).
Первый из них, широко использовавшийся в 80-е годы и потому получивший название классического (традиционного), связан с автоматизацией документооборота (совокупность документов, движущихся в процессе работы предприятия).
Использовался следующий тезис. Данные менее подвижны, чем алгоритмы, поэтому следует создать универсальную БД, которую затем можно использовать для любого алгоритма. Однако вскоре выяснилось, что создание универсальной БД проблематично. Господствовавшая до недавнего времени концепция интеграции данных при резком увеличении их объема оказалась несостоятельной. Более того, стали появляться приложения (например, текстовые, графические редакторы), базирующиеся на широко используемых стандартных алгоритмах.
К 90-м годам сформировался второй, современный подход, связанный с автоматизацией управления. Он предполагает первоначальное выявление стандартных алгоритмов приложений (алгоритмов бизнеса в зарубежной терминологии), под которые определяются данные, а стало быть, и база данных. Объектно-ориентированное программирование только усилило значимость этого подхода.
В работе БД возможен одно- и многопользовательский (несколько пользователей подключаются к одному компьютеру через разные порты) режимы.
Используют восходящее и нисходящее проектирование БД. Первое применяют в распределенных БД при интеграции спроектированных локальных баз данных, которые могут быть выполнены с использованием различных моделей данных. Более характерным для централизованных БД является нисходящее проектирование.
1 Схема принципов построения БД. Традиционная отличается от современного использования ручных документов, а не алгоритмов.
Этапы проектирования БД
Проектирование баз данных происходит в четыре этапа.
а) формулирование и анализ требований - на этом этапе устанавливаются цели организации, определяются специфичные требования к базе данных, вытекающие из этих целей или сформулированные непосредственно управляющим персоналом организации. Эти требования документируются в форме, доступной как конечному пользователю, так и проектировщику базы данных. Обычно при этом используется методика интервьюирования персонала различных уровней управления и ведущих специалистов организации, участвующих в процессах производства, обслуживания и обработки данных. В результате собеседований определяются информационные потоки, отображающие указанные процессы и их взаимодействие, а также вырабатывается однозначное представление о семантике информационной модели.
б) Концептуальное проектирование - описание и синтез разнообразных информационных требований пользователей в первоначальный проект баз данных. Результатом этого этапа является высокоуровневое представление информационных требований, например, такое как диаграмма «сущность-связь».
в) Проектирование реализации - создание СУБД-ориентированной схемы с использованием в качестве исходных данных результатов концептуального проектирования и требований обработки.
г) Физическое проектирование - проектирование формата хранимых записей. Сюда включаются все виды представления и сжатия данных в хранимых записях. Сюда же относится распределение элементов данных записи по различным участкам физической памяти в зависимости от размеров и характеристик их использования.
2 Схема проектирования БД.
На этапе физического проектирования решаются вопросы, связанные с производительностью системы, определяются структуры хранения данных и методы доступа.
Взаимодействие между этапами проектирования и словарной системой необходимо рассматривать отдельно. Процедуры проектирования могут использоваться независимо в случае отсутствия словарной системы. Сама словарная система может рассматриваться как элемент автоматизации проектирования.
Средства проектирования и оценочные критерии используются на всех стадиях разработки. В настоящее время неопределенность при выборе критериев является наиболее слабым местом в проектировании БД. Это связано с трудностью описания и идентификации большого числа альтернативных решений.
К качественным критериям могут относиться гибкость, адаптивность, доступность для новых пользователей, совместимость с другими системами, возможность конвертирования в другую вычислительную среду, возможность восстановления, возможность распределения и расширения.
Классификация баз данных
- Классификация по модели данных
- Классификация по организации данных
- Классификация по способу доступа
3 Схема классификации БД. Эти 3 модели были выбраны как основные кроме них существует еще огромное количество классификаций БД.
По модели данных
1. Иерархическая модель данных — это модель данных, где используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней. 
4 Пример иерархической БД
2. Объектно-ориентированная база данных (ООБД) — база данных, в которой данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.
3. Объектно-реляционная СУБД (ОРСУБД) — реляционная СУБД (РСУБД), поддерживающая некоторые технологии, реализующие объектно-ориентированный подход: объекты, классы и наследование реализованы в структуре баз данных и языке запросов.
Объектно-реляционным СУБД является, например, широко известный Oracle Database.
5 Пример ОРСУБД
4.Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики, как теория множеств и логика первого порядка. 
5.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.
6. Функциональные базы данных используются для решения аналитических задач, таких как финансовое моделирование и управление производительностью. Функциональная база данных или коротко функциональная модель отличается от реляционной модели. Функциональная модель также отличается от других аналогично названных концепций, включая модель функциональной базы данных DAPLEX и базы данных функциональных языков.
6 Пример функциональной БД
По способу доступа к данным
Архитектура файл-сервер - предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (главный сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная база данных. Все другие машины исполняют роль рабочих станций. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится их обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.
7 Архитектура файл-сервер
Архитектура клиент-сервер - это модель взаимодействия компьютеров в сети для современных СУБД фактически стала стандартом. Каждый из подключенных к сети и составляющих эту архитектуру компьютеров играет свою роль: сервер владеет и распоряжается информационными ресурсами системы, клиент имеет возможность пользоваться ими. Помимо хранения централизованной базы данных сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запроса SQL.