Файл: Тема 1. История информационных систем. Архитектура..pdf

Тема 1. История информационных систем. Архитектура. 

Первые информационные системы, к которым относятся и базы данных, 

появились в 50-х годах прошлого века.  

Начальный этап развития информационных систем (ИС) характеризуется 

программированием  на  машинных  языках  и  непосредственной  работой  с 

запоминающими устройствами (лентами и барабанами). Следствием этого были 

большая трудоемкость построения, небольшие возможности ИС и ненадежное 

функционирование. 

Следующий  этап  развития  ИС  связан  с  использованием  файлов  и 

файловых систем. Файл - это именованная область внешней памяти, в которую 

можно помещать данные. Функции распределения памяти, отображения имен, 

обеспечения доступа к данным берет на себя система управления файлами. 

Файловые  системы  уменьшили  трудоемкость  программирования,  но  не 

решили  другие  проблемы  построения  ИС.  Главный  недостаток  файловых 

систем  состоит  в  зависимости  программ  от  данных,  приводящей  к 

необходимости перепрограммирования всех программ ИС при незначительных 

изменениях  структуры  файла.  Другие  недостатки  файловых  систем  –  это 

отсутствие централизованного управления доступом к данным, невозможность 

эффективной организации параллельной обработки данных, отсутствие средств 

описания данных и др. 

Как следствие был выработан новый подход к управлению информацией 

–  системы  управления  базами  данных  (СУБД),  которые  организуют  данные  в 

соответствии с той или иной моделью данных. 

Исторически первыми были базы данных (БД) на больших ЭВМ. Первой 

промышленной СУБД считается система IMS фирмы IBM (разработана в 1968 

г.). 

Особенности этого этапа: 

Используются  мощные  мультипрограммные  ОС,  поддерживающие 

распределенный доступ к централизованной БД; 

Применяются низкоуровневые языки манипулирования данными; 

Имеет место развитое администрирование данными; 

Создаются основы теории БД. 

Следующий этап - настольные БД персональных компьютеров -  начался 

в начале 80-х. Типичные СУБД этого этапа: Dbase, FoxPro, Clipper. 

Отличительные черты этапа: 

Удобный пользовательский интерфейс; 

Монопольный доступ к данным; 

Низкоуровневые языки манипулирования данными; 

Отсутствуют средства поддержания целостности данных; 

Слабое администрирование. 

Распределенные базы данных. 

В  базах  данных  этого  типа  данные  и  программы  распределяются  в 

локальной или глобальной сети ЭВМ. 

Особенности этапа: 

Поддерживается полная реляционная модель; 

Используется многоплатформенная архитектура; 

Развитое администрирование; 

Внедрение  стандартов  языка  SQL  и  технологий  обмена  данными 

между разными СУБД; 

Появляется концепция объектно-ориентированных БД; 

Усиливается влияние Internet, появляется технология intranet. 

Современный  этап  развития  БД  характеризуется  нарастающей 

интеллектуализацией 

процессов 

обработки 

данных, 

переходом 

от 

использования  данных  к  работе  с  информацией,  широким  использованием 

объектно-ориентированных средств, интеграцией баз данных и Internet. 

Основные понятия 

Для дальнейшего изложения введем ряд определений. 

База  данных  (БД)  –  организованная  совокупность  данных,  длительное 

время хранимая в ЭВМ. 

Банк  данных  –  совокупность  баз  данных,  программных,  технических  и 

иных  средств,  предназначенная  для  централизованного  накопления  и 

коллективного использования данных. 

Система управления базами данных (СУБД) – программное средство для 

построения и использования БД. 

Модель данных – правила организации структурированных данных. 

Основное  назначение  СУБД  –  обеспечение  возможности  работать  с 

данными  в  высокоуровневых  терминах,  не  связанных  с  их  размещением  в 

памяти. Другие функции СУБД:  

Секретность. 

Защита целостности, 

Обеспечение параллельного доступа и распределенной обработки, 

Восстановление при отказах и разрушениях. 

Многоуровневая архитектура БД 

В  соответствии  с  предложениями  американского  института  стандартов 

(ANSI) различают следующие уровни абстракции БД (рис. 1.1): 

Концептуальная 

БД, 

являющаяся 

абстракцией 

некоторой 

предметной области, видимой администратором БД; 

Представление, 

являющееся 

видением 

БД 

конкретным 

пользователем.  Оно  является  абстракцией  некоторых  частей 

концептуальной БД; 

Физическая  БД,  являющаяся  реально  хранимыми  данными. 

Физическая БД реализует концептуальную БД. 

Различают  описание  БД  и  наполнение  БД.  Описание  указывает  типы 

содержащихся  в  БД  объектов,  связи  между  ними  и  отображение  на  более 

низкий уровень абстракции. Текущее содержимое БД называется экземпляром 

БД (состоянием БД). 

В соответствии с уровнями абстракции различают описание пользователя 

(подсхема),  описание  концептуальной  БД  (схема)  и  описание  физической  БД 

(схема  хранения).  Для  спецификации  схем  используются  языки  описания 

данных (ЯОД), выражающие схему в терминах какой-либо модели данных. 

Для  непосредственной  работы  пользователей  с  БД  используются  языки 

манипулирования  данными,  или  языки  запросов.  Языки  манипулирования 

могут  быть  стандартными  языками  программирования,  расширенными 

специальными средствами, или самостоятельными языками. 

Многоуровневое  описание  данных  способствует  физической  и 

логической независимости данных. 

Представление 1 

Представление 2 

Подсхемы 

Концептуальная БД 

Физическая БД 

БД 

Схема 

Схема хранения 

Описания БД 

…………. 

Рис. 1.1. Многоуровневая архитектура БД. 

 Схема обработки запроса к БД 

Типовая  схема  обработки  запроса  представлена  на  рис.  1.2.  Цифрами 

указана последовательность действий: 

1.  Запрос пользователя. 

2.  Отображение  затрагиваемой  запросом  части  внешней  модели  на 

концептуальную модель. 

3.  Отображение концептуальной модели на описания структур хранения. 

4.  Получение физических адресов данных. 

5.  Запрос к ОС на чтение по указанным адресам. 

6.  Операция чтения с устройства хранения. 

7.  Оповещение СУБД о результатах чтения. 

8.  Пересылка данных в рабочую область пользователя. 

9.  Оповещение пользователя о выполнении запроса. 

Системный 
буфер 

БД 

СУБД 

ОС 

Внешняя  
модель 

Концептуальная 
модель 

Физическая 
модель 

Пользователь 

Рабочая  
область 

Словарь данных 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

Рис. 1.2. Типовая схема обработки запроса.