1

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение 2
• Основные понятия БД 4
• Заключение 16
• Список использованной литературы 17

Введение

Развитие средств вычислительной техники обеспечило для создания и широкого использования систем обработки данных разнообразного назначения. Разрабатываются информационные системы для обслуживания различных систем деятельности, систем управления хозяйственными и техническими объектами, модельные комплексы для научных исследований, системы автоматизации проектирования и производства, всевозможные тренажеры и обучающие системы. Одной из важных предпосылок создания таких систем стала возможность оснащения их "памятью" для накопления, хранения и систематизации больших объемов данных. Другой существенной предпосылкой нужно признать разработку подходов, а также создание программных и технических средств конструирования систем, предназначенных для коллективного пользовании. В этой связи потребовалось разработать специальные методы и механизмы управления такого рода совместно используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных. Исследования и разработки, связанные с проектированием, созданием и эксплуатации баз данных, а также необходимых для этих целей языковых и программных инструментальных средств, привели к появлению самостоятельной ветви информатики, получившей название системы управления данными.

Такие программные комплексы выполняют довольно сложный набор функций, связанный с централизованными управлениями, данными в базе данных интерфейсах всей совокупности ее пользователей. По существу, система управления базами данных служит посредником между пользователями и базой данных. В настоящее время разработаны и используются на персональных компьютерах около двадцати систем управления базами данных. Они представляют пользователю удобные средства интерактивного взаимодействия с БД и имеют развитый язык программирования. Демидович Б. П., Марон И. А., Основы вычислительной математики/ Б.П. Демидович, И.А. Марон. - М., 1999. - 237с.

Основные понятия БД

Всякая прикладная программа является отображением какой-то части реального мира и поэтому содержит его формализованное описание в виде данных. Крупные массивы данных размещают, как правило, отдельно от исполняемого программы, и организуют в виде Базы данных. Начиная с 60-х годов для работы с данными, стали использовать особые программные комплексы, называемые системами управления базами данных (СУБД).

Системы управления базами данных отвечают за:

- физическое размещение данных и их описаний;

- поиск данных;

- поддержание баз данных в актуальном состоянии;

- защиту данных от некорректных обновлений и несанкционированного доступа;

-обслуживание одновременных запросов к данным от нескольких пользователей (прикладных программ).

Хранение в базе данных имеют определенную логическую структуру, то есть, представлены некоторой моделью, поддерживаемой СУБД. К числу важнейших относятся следующие модели данных:

- иерархическая;

- сетевая;

- реляционная;

- объектно- ориентированная.

В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерархической) структуры. Она удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией и громоздка для информации со сложными логическими связями.

Сетевая модель означает представление данных в виде произвольного графа. Достоинством сетевой и иерархической моделей данных является возможность их эффективной реализации показателей затрат памяти и оперативности. Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе.

Реляционная модель данных (РМД) название получила от английского термина Relation - отношение. Модель данных описывает некоторый набор родовых понятий и признаков, которыми должны обладать все конкретные СУБД и управляемые ими БД, если они основываются на этой модели.

Объектно- ориентированная модель - это когда в базе хранятся не только данные, но и методы их обработки в виде программного кода. Это перспективное направление, пока также не получившее активного распространения из-за сложности создания и применения подобных СУБД.

Базы данных - это совокупность записей различного типа, содержащая перекрестные ссылки.

Файл - это совокупность записей одного типа, в котором перекрестные ссылки отсутствуют.

Более того, в определении нет упоминания о компьютерной архитектуре. Дело в том, что, хотя в большинстве случаев БД действительно представляет собой один или (чаще) несколько файлов, физическая их организация существенно отличается от логической. Таблицы могут храниться как в отдельных файлах, так и вместе. И, наоборот, для хранения одной таблицы иногда используются несколько файлов. Для поддержки перекрестных ссылок и быстрого поиска обычно выделяются дополнительные специальные файлы.

Поэтому при работе с базами данных обычно применяются понятия более высокого логического уровня: запись и таблица, без углубления в подробности их физической структуры.

Таким образом, сама по себе база данных - это только набор таблиц с перекрестными ссылками. Чтобы универсальным способом извлекать из нее группы записей, обрабатывать их, изменять и удалять, требуются специальные программы, называющиеся СУБД.

По характеру использования СУБД делят на персональные (СУБДП) и многопользовательские (СУБДМ).

К персональным СУБД относятся VISUAL FOXPRO, ACCESS и др. К многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД ORACLE и INFORMIX.

Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть, работают в неоднородной вычислительной среде, допускаются разные типы ЭВМ и различные операционные системы. Поэтому на базе СУБДМ можно создать информационную систему. Функционирующую по технологии клиент-сервер. Универсальность многопользовательских СУБД отражается соответственно на высокой цене и компьютерных ресурсах, требуемых для поддержки.

Персональные СУБД представляют собой совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД.

Для обработки команд пользователя или операторов программ в СУБДП используются интерпретаторы команд (операторов) и компиляторы. С помощью компиляторов в ряде СУБДП можно получать исполняемые автономно приложения - exe - программы.

Обеспечение целостности БД - необходимое условие успешного функционирования БД. Целостность БД - свойство БД, означающее, что база данных содержит полную и непротиворечивую информацию. Для обеспечения целостности БД накладывают ограничения целостности в виде некоторых условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапозонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в БД, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реляционных БД.

Обеспечение безопасности достигается СУБД шифрованием прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных, к отдельной таблице.

Расширение возможностей пользователя СУБДП достигается за счет подключения систем распространения Си и Ассемблера.

Поддержка функционирования в сети обеспечивается:

- средствами управления доступом пользователей к совместно используемым данным, т.е. средствами блокировки файлов (таблиц), записей, полей, которые в разной степени реализованы в разных СУБДЛ;

- средствами механизма транзакций, обеспечивающими целостность БД при функционировании в сети.

Теперь рассмотрим функции СУБД немного подробнее.

1. Определение данных

СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную схему, внутреннюю схему, а также все связанные отображения) в исходной форме и преобразовывать эти определения в форму соответствующих объектов. Иначе говоря, СУБД должна включать в себя компонент языкового процессора для различных языков определений данных. СУБД должно также "понимать" синтаксис языка определений данных.

2. Обработка данных

СУБД должна уметь обрабатывать запросы пользователя на выборку, изменение или удаление существующих данных в базе данных или добавление новых данных в базу данных. Другими словами, СУБД должна включать в себя компонент процессора языка обработки данных.

Запросы языка обработки данных бывают "планируемые" и "не планируемые".

Планируемый запрос - это запрос, необходимость которого предусмотрена заранее. Администратор базы данных, возможно, должен настроить физический проект БД таким образом, чтобы гарантировать достаточное быстродействие для таких запросов.

Не планируемый запрос - это, наоборот, специальный запрос, необходимость которого не была предусмотрена заранее. Физический проект БД может подходить, а может и не подходить для рассматриваемого специального запроса. В общем, получение возможной наибольшей производительности для не планируемых запросов представляет собой одну из проблем СУБД. Олифер В.Г., Олифер Н.А., Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер - Издательство «Питер», 2000. - 178с.

3. Безопасность и целостность данных

СУБД должна контролировать пользовательские запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности, определенные АБД.

4. Восстановление данных и дублирование

СУБД или другой связанный с ней программный компонент, обычно называемый администратором транзакций, должны осуществлять необходимый контроль над восстановлением данных и дублированием.

5. Словарь данных

СУБД должна обеспечить функцию словаря данных. Сам словарь данных можно по праву считать БД (по не пользовательской, а системой). Словарь "содержит данные о данных" (иногда называемые метаданными), т.е. определения других объектов системы, а не просто "сырые данные". В частности, исходная и объектная формы различных схем (внешних, концептуальных и т.д.) и отображений будут сохранены в словаре. Расширенный словарь будет включать также перекрестные ссылки, показывающие, например, какие из программ какую часть БД используют, какие отчеты требуются тем или иным пользователем, какие терминалы подключены к системе и т.д. Словарь может быть ( а на самом деле даже должен быть) интегрирован в определяемую им БД, а значит, должен содержать описание самого себя. Конечно, должно быть возможность обращения к словарю, как и к другой БД, например, для того узнать, какие программы и/или пользователи будут затронуты при предполагаемом внесении изменения в систему.

6. Производительность

Очевидно, что СУБД должна выполнять все указанные функции с максимально возможной эффективностью.

1. Функциональные возможности СУБД

Управляющим компонентом многих СУБД является ядро, выполняющее следующие функции: Хоменко А.Д. Основы современных компьютерных технологий /А.Д. Хоменко. - М., 2000.- 260с.

- управление данными во внешней памяти;

- управление буферами оперативной памяти (рабочими областями, в которые осуществляется подкачка данных из базы для повышения скорости работы);

- управление транзакциями.

1.1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти, как для хранения данных, непосредственно входящие в базу данных так и для служебных целей. Например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях.

В некоторых реализациях СУБД активно используется возможность существующих файловых систем. В других работа производится вплоть ло уровня устройств внешней памяти. Но подчеркнем, что в развитых СУБД пользователь в любом случае не обязан знать использование СУБД файловую систему и если использует, то, как организованные файлы. В частности СУБД поддерживает собственную. Систему и наименование объектов баз данных.

1.2. Управление буферами оперативной памяти

СУБД обычно работает с БД, по крайней мере, этот размер обычно существует, больше доступен объему оперативной памяти. Что если при обращении к любому элементу данных будет производиться объем с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практическим единственным способом реально увеличение этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом даже если операционная система производит общесистемную буферизацию. Этого не достаточно для цели СУБД, которая располагает гораздо больше информации о полезности буферизации, т.е. той или иной части БД, Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти, собственной дисциплины замены буферов. Заметим, что существуют отдельные направления СУБД, которые ориентированно, но постоянно присутствуют в оперативной памяти БД.

1.3. Управление трансакциями

Транзакция - последовательность операций над БД, рассматриваемая СУБД как единое целое. При выполнении транзакция может быть либо успешно завершена, и СУБД зафиксирует произведенные изменения во внешней памяти, либо, например, при сбое в аппаратной части ПК, ни одного из изменений не отразится в БД. Таким образом, поддержание механизма транзакции является обязательным условием даже однопользовательских СУБД.

Но понятие транзакция гораздо боле важно много пользователь СУБД, то свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостное после своего завершения, делает очень удобным, использование понятие транзакция как единицы активности пользователя по отношению БД. При соответствующем управлении управляющимися транзакциями со стороны СУБД каждым использованием может в принципе ощущать себя единственным пользователем СУБД.

Управление транзакциями многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализация транзакции и сериального плана выполнения смеси транзакции. Под стерилизацией выполнения параллельно сериализации понимают такой порядок планирования их работ, при которой суммарный эффект семи транзакции эквивалентен эффекту их некоторого последовательного управления. Сериальный план выполнения смеи транзакции это такой план, который приводит к сериализации транзакции.

2. Архитектура СУБД

2.1. Архитектура ANSI/SPARC

Архитектура ANSI/SPARC включает три уровня: внутренний, концептуальный и внешний. В общих чертах они представляют собой следующее: Шафрин Ю. А., Основы компьютерной технологии/ Ю.А. Шафрин. - М., АБФ. 1997. - 242с.

- внутренний уровень - это уровень, наиболее близкий к физическому хранению, т.е. связанный со способами сохранения информации на физических устройствах хранения;

- внешний уровень наиболее близок к пользователям, т.е. он связан со способами представления данных для отдельных пользователей;

- концептуальный уровень - это "промежуточный" уровень между двумя другими.

2.1.1.Внешний уровень

Это индивидуальный уровень пользователя. Пользователь может быть прикладным программистом или конечным пользователем с любым уровнем профессиональной подготовки. Особое место среди пользователей занимает администратор БД.

У каждого пользователя есть свой язык общения:

- для прикладного программиста это либо один из распространенных языков программирования, такой как С, COBOL или PL/I, либо специальный язык рассматриваемой системы. Такие оригинальные языки называют языками четвертого поколения на том основании, что машинный язык, язык ассемблера и такие языки, как COBOL, можно считать языками трех первых "поколений";

- для конечного пользователя это или специальный язык запросов, или язык специального назначения, возможно, основанный на формах и меню, созданный специально с учетом требований и поддерживаемый некоторым оперативным приложением.

Внешнее представление состоит из множества экземпляров каждого типа внешней записи, которые, в свою очередь, отнюдь не обязательно должны совпадать в ранимыми надписями. Находящийся в распоряжении пользователя подъязык данных определен в терминах внещних записей.

2.1.2. Концептуальный уровень

Концептуальное представление - представление всей информации БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом хранения данных. Однако концептуальное представление существенно отличается от способа представления данных какому-либо отдельному пользователю. Т.е. это представление данных такими, какие "они есть на самом деле", а не такими, какими вынужден их видеть пользователь в рамках.

Концептуальное представление состоит из множества экземпляров каждого типа концептуальной части.

Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы, которая включает определения каждого типа концептуальных записей.

Концептуальное представление - представление всего содержимого базы данных, а концептуальная схема - определение такого представления.

2.1.3. Внутренний уровень

Внутреннее представление - представление нижнего уровня всей БД, оно состоит из многих экземпляров каждого типа внутренней записи. Термин "внутренняя запись" принадлежит терминологии ANSI/SPARC и означает конструкцию, называемую хранимой записью. Внутренне представление так же, как внешнее и концептуальное, не связано с физическим уровнем, т.к. в нем не рассматриваются физические области устройства хранения, такие как цилиндры и дорожки.

Внутреннее представление описывается с помощью внутренней схемы, которая определяет не только различные типы хранимых записей, но также существующие индексы, способы представления хранимых полей, физическую последовательность хранимых записей и т.д.

2.2. Локальная архитектура

И программа, и базы данных расположены на одном компьютере. В такой архитектуре работает большинство настольных приложений.

2.3. Файл - серверная архитектура

База данных расположена на мощном выделенном компьютере (сервере), а ПК подключены к нему по локальной сети. На этих компьютерах установлены клиентские программы, обращающиеся к базе данных по сети. Преимущество такой архитектуры заключается в возможности одновременной работы нескольких пользователей с одной базой данных. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя, 4-у издание, перераб. и доп. / В.Э. Фигурнов. - М., 1993. - 123с.

Недостаток такого подхода - большие объемы информации, передаваемой по сети. Вся обработка выполняется на клиентских местах, Это приводится к ограничению максимально возможного числа пользователей и большим задержкам при работе с базой. Эти задержки вызываются тем, что на уровне конкретной таблицы одновременный доступ невозможно. Пока программа на одном из мест не закончит работу с таблицей, другие не могут обращаться к этой таблице. Это называется блокировкой на уровне таблицы.

2.4. Клиент- серверная архитектура

В такой архитектуре на сервере не только хранится БД, но и работает программа СУБД, обрабатывающая запросы пользователей и возвращающая им наборы записей. При этом программы пользователей уже не работают. Нагрузка с клиентских мест пр этом снимается, т.к. большая часть работы происходит на сервере. СУБД автоматически следит за целостностью и сохранность БД, а также контролирует доступ к информации с помощью службы паролей. Клиент - серверные СУБД допускают блоки на уровне записи и даже отдельного поля.

Основной недостаток этой архитектуры не очень высокая надежность. Если сервер выходит из строя, вся работа останавливается.

2.5. Распределенная архитектура

В сети работает несколько серверов, и таблицы баз данных распределены между ними для достижения повышенной эффективности. На каждом сервере функционирует своя копия СУБД. В подобной архитектуре используются специальные программы, так называемые серверы приложений. Они позволяют оптимизировать обработку запросов большого числа пользователей и равномерно распределить нагрузку между компьютерами в сети.

Недостаток такой архитектура заключается в довольно сложном и дорогостоящем процессе ее создания и сопровождения.

3. Типы СУБД

По степени универсальности систем управления базами данных различают два вида - системы общего назначения и специализированные системы.

СУБД общего назначения не ориентированны на какую-либо конкретную предметную область или на информационные потребности конкретной группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной обстановке.

Использовании СУБД общего назначения в качестве инструментального средства для создания автоматизированных информационных систем, основанных на технологии БД, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономить трудовые ресурсы.

Однако, в некоторых случаях доступные СУБД общего назначения не позволяют добиться требуемых характеристик производительности. Тогда приходится разрабатывать специализированную СУБД.

Создание специализированной СУБД - весьма трудоемкое дело даже в сравнительно простых случаях, и для того, чтобы избрать этот путь, нужно иметь действительно вески основания и твердую убежденность в возможности или нецелесообразности использования какой-либо СУБД общего назначения.

Для создания БД разработчик описывает ее логическую структуру, организацию в среде хранения, а также способы видения базы данных пользователями. При этом используются предоставляемые СУБД языковые средства определения данных, и система настраивается на работу с конкретной БД, Такие описания БД называются соответственно схемой БД, схемой хранения и внешними схемами.

Принципиально важное свойство СУБД заключается в том, что она позволяет различать и поддерживать два независимых взгляда на БД - взгляд пользователя, воплощаемый в "логическом" представление данных, и "взгляд" системы - "физическое" представление, характеризующее организацию хранимых данных.

Обеспечение логической независимости данных - одна из важнейших функций СУБД, предоставляющая определенную степень свободы вариации "логического" представления БД без необходимости соответствующей модификации "физического" представления.

Под "физической" независимостью данных понимается способность СУБД предоставлять некоторую свободу модификации способов организации БД в среде хранения, не вызывая необходимости внесения соответствующих изменений в "логическое" представление.

Поддержка логической целостности базы данных - другая важная функция СУБД. В развитых системах ограничения целостности базы данных объявляются в схеме базы данных, и их проверка осуществляется при каждом обновлении объектов данных или связей между ними, являющихся аргументами таких ограничений.

Заключение

Таким образом, БД является важнейшей составной частью информационных систем, которые предназначены для хранения и обработки информации. Изначально такие системы существовали в письменном виде. Для этого использовались различные картотеки, папки, журналы. Развитие средств вычислительной техники обеспечило возможность для создания и широкого использования автоматизированных информационных систем. Разрабатываются информационных системы для обслуживания различных систем деятельности, системы управления хозяйственными и техническими объектами, модельные комплексы для научных исследований. Современные информационные системы основаны на концепции интеграции данных, характеризующих большими объектами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Для управления этими данными и обеспечения эффективности доступа к ним были созданы системы управления данными.

Таким образом, СУБД называют программную систему, предназначенную для создания ЭВМ общей базы данных для множества приложений, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективности доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий.

Список использованной литературы

Источники:

Материалы по ссылкам сайта: www.rambler.ru

Литература:

1. Демидович Б. П., Марон И. А., Основы вычислительной математики/ Б.П. Демидович, И.А. Марон. - М., 1999. - 237с.

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А., Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер - Издательство "Питер", 2000. - 178с.

3. Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера/ Уинн Л.Рош. - Мн.: ИПП "Тивали-Стиль", 1999.- 321с.

4. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя, 4-у издание, перераб. и доп. / В.Э. Фигурнов. - М., 1993. - 123с.

5. Хоменко А.Д. Основы современных компьютерных технологий /А.Д. Хоменко. - М., 2000.- 260с.

6. Шафрин Ю. А., Основы компьютерной технологии/ Ю.А. Шафрин. - М., АБФ. 1997. - 242с.