Базы данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

база данные доступ хранение

История возникновения и развития технологий баз данных может рассматриваться как в широком, так и в узком аспекте.

В широком аспекте понятие истории баз данных обобщается до истории любых средств, с помощью которых человечество хранило и обрабатывало данные. В таком контексте упоминаются, например, средства учёта царской казны и налогов в древнем Шумере (4000 г. до н. э.), узелковая письменность инков -- кипу, клинописи, содержащие документы Ассирийского царства и т. п. Следует помнить, что недостатком этого подхода является размывание понятия «база данных» и фактическое его слияние с понятиями «архив» и даже «письменность».

История баз данных в узком аспекте рассматривает базы данных в традиционном (современном) понимании. Эта история начинается с 1955 года, когда появилось программируемое оборудование обработки записей. Программное обеспечение этого времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов. Для хранения данных использовались перфокарты.

Сам термин database (база данных) появился в начале 1960-х годов, и был введён в употребление на симпозиумах, организованных фирмой SDC (System Development Corporation) в 1964 и 1965 годах.

Банк данных(БнД)

БнД - может рассматриваться в узком и широком смысле этого понятия. В узком БнД=Бд + СУБД. В широком БнД =АС (автоматизированная система).

Банк данных (БнД) - это АИС (автоматизированная информационная система), включающая в свой состав комплекс специальных методов и средств (математических, информационных, программных, языковых, организационных, технических) для поддержания динамической информационной модели предметной области с целью обеспечения обработки информационных запросов пользователя.

Услугами БнД пользуется обычно большое число пользователей. Поэтому в БнД предусматривается специальное средство приведения всех запросов к единой терминологии - словарь данных. Кроме того, используются специальные методы эквивалентных грамматических преобразований запросов для построения оптимальных процедур их обработки, специальные методы доступа к одним и тем же данным различных пользователей при совпадении во времени поступивших запросов - механизм транзакций.

Обычно со стороны внешних пользователей к БнД формулируются следующие требования. БнД должен:

1. Удовлетворять актуальным информационным потребностям внешних пользователей, обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации.

2. Обеспечивать заданный уровень достоверности хранимой информации.

3. Обеспечивать доступ к данным только пользователям с соответствующими полномочиями.

4. Обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков.

5. Удовлетворять заданным требованиям по производительности при обработке запросов.

6. Обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме.

7. Обеспечивать простоту и удобство обращения внешних пользователей за информацией.

8. Обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей.

Преимущества централизации управления данными:

1. Сокращение избыточности хранимых данных (минимально необходимых - дублирование данных).

2. Устранение противоречивости хранимых данных (хранимых в различных файлах).

3. Многоаспектное использование данных (принцип однократного ввода данных для разных пользователей и приложений).

Рассматривая данные как один из ресурсов АС, можно сказать, что БнД централизованно управляет этим ресурсом в интересах всей системы. Наличие централизованного управления данными - главная отличительная черта БнД.

БнД как автоматизированная система

БнД в узком смысле включает в состав две основные компоненты:

· БД;

· СУБД - для реализации централизованного управления д., хранимыми в базе, доступа к ним, поддержание их в состоянии, соответствующем состоянию ПО.

В широком смыле БнД - это АС.

Управляет БнД администратор банка данных (АБД).

Словарь данных (СД) представляет собой специальную систему в составе БнД, предназначенную для хранения единообразной информации обо всех ресурсах данных конкретного банка.

В словаре содержатся сведения об объектах, их свойствах, сведения о данных, хранимых в базе (наименования данных, их структуре, связи с другими данными), об их возможных значениях и форматах представления, об источниках их возникновения, о кодах защиты, разграничениях доступа к данным со стороны пользователей.

Если СУБД не имеет в своем составе программных средств введения словаря, то обычно разрабатывается, так называемый, независимый СД.

В системах с интегрированным словарем описания данные хранятся в единственном экземпляре в СД и используются при работе системы.

В системе с независимым словарем существует дублирование описаний д. - в СУБД и в СД, что повышает вероятность избыточности и противоречивости данных, хранимых как в библиотеках СУБД, так и в словаре.

База данных (БД) - поименованная совокупность данных, относящихся к некоторой области приложения, обладающая определенной структурой, компонентами которой могут быть любые структурные единицы данных (элементы, группы, записи, файлы), связанные между собой определенным образом. Причем эти данные могут использоваться как в одной, так и в нескольких задачах, одним или несколькими пользователями.

Существует множество других определений, отражающих скорее субъективное мнение тех или иных авторов о том, что означает база данных (БД) в их понимании, однако общепризнанная единая формулировка отсутствует. Наиболее часто используются следующие отличительные признаки:

? модельность - БД должна моделировать некоторую часть объектов реального мира;

? актуальность - БД должна отражать текущее состояние объектов реального мира и динамически обновляться в соответствии с изменениями в состоянии объектов;

? непротиворечивость - данные в БД не должны противоречить друг другу и  выбранной модели предметной области.

? целостность - БД должна по возможности наиболее полно моделировать объекты реального мира в рамках выбранной предметной области;

? интегрированность - данные, хранящиеся в БД, должны быть направлены на решение общих задач, поставленных при ее разработке;

? надежность - данные должны быть защищены от потери либо искажения.

Из перечисленных признаков только первый является строгим, а другие допускает различные трактовки и различные степени оценки. Можно лишь установить некоторую степень соответствия требованиям к БД.

В такой ситуации не последнюю роль играет общепринятая практика. В соответствии с ней, например, не называют базами данных файловые архивы, интернет-порталы 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).

Виды баз данных

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям.

По форме представления информации различают видео- и аудиосистемы, а также системы мультимедиа. Эта классификация в основном показывает, в каком виде информация из баз данных выдается пользователям: в виде изображения, звука или дается возможность использования разных форм отображения информации. Понятие «изображение» здесь используется в широком смысле: это может быть символьный текст, неподвижное графическое изображение (рисунки, чертежи), фотографии, географические карты, движущиеся изображения. Пока наибольшее практическое использование находят базы данных, содержащие обычные символьные данные.

Основные классификации баз данных

Классификация по модели данных

Центральным понятием в области баз данных является понятие модели.

Модель данных -- это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй -- объекты второго уровня и т. д.

Например, если иерархическая база данных содержала информацию о покупателях и их заказах, то будет существовать объект «покупатель» (родитель) и объект «заказ» (дочерний). Объект «покупатель» будет иметь указатели от каждого заказчика к физическому расположению заказов покупателя в объект «заказ».

В этой модели запрос, направленный вниз по иерархии, прост (например: какие заказы принадлежат этому покупателю); однако запрос, направленный вверх по иерархии, более сложен (например, какой покупатель поместил этот заказ). Также, трудно представить неиерархические данные при использовании этой модели.

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневой директории, в которой имеется иерархия поддиректорий и файлов.

К основным понятиям сетевой модели базы данных относятся: уровень, элемент (узел), связь.

Узел -- это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа (совокупность непустого множества вершин и множества пар вершин). В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом.

Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения. Другими словами, если необходимо изменить структуру данных, то нужно изменить и приложение.

Реляционная база данных -- база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение). Для работы с реляционными БД применяют реляционные СУБД. Целью нормализации реляционной базы данных является устранение недостатков структуры базы данных, приводящих к вредной избыточности в данных, которая в свою очередь потенциально приводит к различным аномалиям и нарушениям целостности данных.

Теоретики реляционных баз данных в процессе развития теории выявили и описали типичные примеры избыточности и способы их устранения.

Объектные базы данных -- это модель работы с объектными данными.

Такая модель баз данных, несмотря на то, что она существует уже много лет, считается новой. И её создание открывает большие перспективы, в связи с тем, что использование объектной модели баз данных легко воспринимается пользователем, так как создается высокий уровень абстракции. Объектная модель идеально подходит для трактовки такого рода объектных данных как изображение, музыка, видео, разного вида текст.

Объектно-ориентированная база данных (ООБД) -- база данных, в которой данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Объектно-ориентированные базы данных обычно рекомендованы для тех случаев, когда требуется высокопроизводительная обработка данных, имеющих сложную структуру.

В манифесте ООБД предлагаются обязательные характеристики, которым должна отвечать любая ООБД. Их выбор основан на 2 критериях: система должна быть объектно-ориентированной и представлять собой базу данных.

Обязательные характеристики

1. Поддержка сложных объектов. В системе должна быть предусмотрена возможность создания составных объектов за счет применения конструкторов составных объектов. Необходимо, чтобы конструкторы объектов были ортогональны, то есть любой конструктор можно было применять к любому объекту.

2. Поддержка индивидуальности объектов. Все объекты должны иметь уникальный идентификатор, который не зависит от значений их атрибутов.

3. Поддержка типов и классов. Требуется, чтобы в ООБД поддерживалась хотя бы одна концепция различия между типами и классами. (Термин «тип» более соответствует понятию абстрактного типа данных. В языках программирования переменная объявляется с указанием ее типа. Компилятор может использовать эту информацию для проверки выполняемых с переменной операций на совместимость с ее типом, что позволяет гарантировать корректность программного обеспечения. С другой стороны класс является неким шаблоном для создания объектов и предоставляет методы, которые могут применяться к этим объектам. Таким образом, понятие «класс» в большей степени относится ко времени исполнения, чем ко времени компиляции.)

4. Поддержка наследования типов и классов от их предков. Подтип, или подкласс, должен наследовать атрибуты и методы от его супертипа, или суперкласса, соответственно.

5. Перегрузка в сочетании с полным связыванием. Методы должны применяться к объектам разных типов. Реализация метода должна зависеть от типа объектов, к которым данный метод применяется. Для обеспечения этой функциональности связывание имен методов в системе не должно выполняться до времени выполнения программы.

6. Вычислительная полнота. Язык манипулирования данными должен быть языком программирования общего назначения.

7. Набор типов данных должен быть расширяемым. Пользователь должен иметь средства создания новых типов данных на основе набора предопределенных системных типов. Более того, между способами использования системных и пользовательских типов данных не должно быть никаких различий.

Классификация БД по среде физического хранения:

· БД во вторичной памяти (традиционные): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) -- как правило, жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кэш и данные для текущей обработки;

· БД в оперативной памяти (in-memory databases): все данные находятся в оперативной памяти;

· БД в третичной памяти (tertiary databases): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило, на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кэш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.

Классификация по содержимому:

Примеры:

· Географическая

· Историческая

· Научная

· Мультимедийная.

Классификация по степени распределённости:

· Централизованная, или сосредоточенная (англ. centralized database): БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.

· Распределённая (англ. distributed database): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.

o Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД

o Однородная (англ. homogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.

o Фрагментированная, или секционированная (англ. partitioned database): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.

o Тиражированная (англ. replicated database): методом распределения данных является тиражирование

Так же можно выделить:

Пространственная (англ. spatial database): БД -- база данных (БД), оптимизированная для хранения и выполнения запросов к данным о пространственных объектах, представленных некоторыми абстракциями: точка, линия и др.

В то время, как традиционные БД могут хранить и обрабатывать числовую и символьную информацию, пространственные обладают расширенной функциональностью, позволяющей хранить целостный пространственный объект, объединяющий как традиционные виды данных (описательная часть или атрибутивная), так и геометрические (данные о положении объекта в пространстве).

Временная, или темпоральная (англ. temporal database): БД -- это базы, хранящие данные, привязанные ко времени и имеющие средства управления такой информацией. Главное отличие темпоральных систем управления базами данных (СУБД) от обычных реляционных СУБД заключается в том, что для любого объекта, который был создан в момент времени t1 и был удален в момент времени t2, сохраняются все его состояния в этом временном интервале [t1, t2], тогда как в обычной СУБД существует только текущее на конкретный момент времени состояние объекта. Таким образом, в темпоральной БД хранится история изменений состояний объекта, и пользователь может получить информацию о состоянии записи в БД в любой момент времени из указанного промежутка.

Пространственно-временная (англ. spatial-temporal database) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.

Сверхбольшие базы данных

СУБД

Пользователи БД имеют возможность просмотра данных, выборки данных в соответствии с критериями отбора данных, ввода новых и  обновления  (актуализации) имеющихся данных, анализа данных и составления различных итоговых отчетов и т.д.

Обеспечение коллективного доступа многих пользователей к БД подразумевает поддержание целостности и непротиворечивости данных при одновременном выполнении задач, просмотра, выборки, редактирования данных, а также администрирования базы данных.

Программные средства, с которыми работают пользователи при решении различных задач, называются приложениями. Именно СУБД призвана обеспечить параллельную и независимую работу множества приложений с единой базой данных. СУБД, как пакет программ, обычно имеет отдельные компоненты для определения и модификации структуры БД, администрирования БД, создания экранных форм (интерфейса конечного пользователя) для просмотра, ввода и редактирования данных, генерации отчетов, обмена данными с другими программами, создания приложений и др. Эффективность конкретной СУБД определяется наличием и удобством использования средств выполнения этих операций.

Система управления базами данных (СУБД) - это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

К языковым средствам относятся языки описания данных, составления запросов, управления данными, языки программирования баз данных.

СУБД представляет собой набор программ, которые в общей сложности управляют организацией, хранением данных в БД. В целом такие системы классифицируются в зависимости от их структуры данных и их типов. СУБД принимает запросы прикладных программ и инструктирует операционную систему для передачи соответствующей информации. Новые категории данных, могут быть добавлены в БД без нарушения существующей схемы. Организации могут использовать один вид СУБД для осуществления ежедневных операций, а затем размещать необходимую информацию на другой машине, которая работает с другой системой управления, более подходящей для случайных запросов и анализа. Серверами резервного копирования баз данных, как правило, являются многопроцессорные системы с большим объемом ОЗУ.

Основные функции СУБД:

1.Создание БД

· определение данных

· инициализация файлов

· ввод данных с формально-логическим контролем (контроль типов данных)

2.Справочная функция

3.Журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

4.Обновление данных

5.Управление данными во внешней памяти (на дисках);

6.Управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша

7.Обеспечение целостности

8.Обеспечение безопасности

9.Поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

СУБД поддерживает определенную модель данных и функционирует в определенной операционной обстановке.

Обстановка - конфигурация технических средств и системно-программных средств.

Базы данных в повседневной жизни

Компьютеры прочно входят в современную жизнь. Любые крупные фирмы организуют свою работу с помощью компьютеров. Компьютеры играют огромную роль в повседневной жизни почти каждого человека. Работа с компьютером неотъемлемо связанна с обработкой данных, а, следовательно, и с базами данных, именно они обеспечивают работу с данными.

Примером применения баз данных в повседневной жизни может быть база данных российских предприятий. В такой базе данных содержится информация о всех российских предприятиях, упорядоченная таким образом, чтобы пользователь мог быстро найти необходимые сведения, например, название фирмы, ее адрес, род деятельности.

Телефонный справочник жителей Москвы. С помощью этой базы данных можно легко найти адрес интересуемого человека, зная его телефонный номер.

Сайты для проведения аукционов в реальном времени также являются большими базами данных, содержащими информацию о покупателях, продавцах, товарах, предложениях и так далее.

Так же как пример применения баз данных в повседневной жизни, можно рассмотреть базу данных книг в библиотеке. Можно достаточно быстро и легко получить всю информацию о конкретной книге: автор, название, издательство, год выпуска и тд. С такой базой данных читателю будет легко узнать есть ли книга в библиотеке, а библиотекарю будет легко отслеживать своевременную сдачу книг.

Заключение

Базы данных стали обычной вещью в повседневной жизни людей, они применяются во многих областях. Они могут значительно различаться по содержанию хранимых данных, по своей собственной организации и структуризации информации, существует множество характеристик, по которым можно классифицировать базы данных. В повседневной жизни мы можем сталкиваться с самыми различными примерами баз данных. В них может содержаться информация любого типа и достаточно большого объема (для этого существуют сверхбольшие базы данных). Базы данных обеспечивают хранение информации, ее обработку, выборку данных в соответствии с запросом пользователя. С развитием баз данных расширяются возможности обработки информации, и увеличивается объем хранимых данных. В последнее время наблюдается несомненная тенденция к усложнению структур данных. Простые виды информации, представимой в форме чисел и символьных строк, не утратив своей значимости, дополняется сегодня многочисленными мультимедийными «документами», графическими образами, временными рядами и прочими сложными формами данных. Сложно представить повседневную жизнь человека без баз данных, требовалось бы тратить гораздо больше времени на поиск информации, которую с их помощью можно найти за несколько секунд. Базы данных облегчают обработку большого количества информации, предлагая пользователю быстрый доступ к необходимым сведениям.

Список использованной литературы:

1. Кузнецов С.Д. Основы баз данных -- 2-е изд. -- М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -- 484 с

2. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. -- 3-е изд. -- М.: Вильямс, 2003. -- 1436 с

3. Ревунков Г.И. и др. Базы и банки данных. М., 1992.

4. http://belani.narod.ru/1/BND.htm

5. http://base.far.ru/

Размещено на www.allbest.ru