1.1 Понятие базы данных и СУБД

На текущий момент существует множество различных систем управления базами данных, такие как: IMS, Cetop, Oracle, Clipper, FoxPro, Access. Для того чтобы начать процесс изучения СУБД необходимо рассмотреть несколько основных понятий.

Данные - представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе.

База данных - 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 (ЭВМ)

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

Данные делятся на записи, которые в свою очередь делятся на поля. Между полями, а так же и между записями могут быть установлены различного рода связи.

Поле - основной минимальный элемент данных.

Запись - несколько полей.

Связи - логические взаимосвязи между записями или полями.

В зависимости от различных моделей данных базы данных могут быть иерархическим, сетевыми и реляционными.

СУБД (система управления базами данных) - это программа, которая управляет данными, осуществляет хранение, извлечение, поиск, редактирование информации, хранимой в базе данных. СУБД также подразделяются на иерархические, сетевые и реляционные в зависимости от данных которые они обрабатывают.

Таблица - способ передачи содержания, заключающийся в организации структуры данных, в которой отдельные элементы помещены в ячейки, каждой из которых сопоставлена пара значений - номер строки и номер колонки. Таким образом, устанавливается смысловая связь между элементами, принадлежащими одному столбцу или одной строке.

Таблицы являются основной формой представления информации, содержащейся в базе данных.

Например, в SQL Server у каждого столбца, локальной переменной, выражения и параметра есть определенный тип данных.

Тип данных - атрибут, определяющий, какого рода данные могут храниться в объекте: целые числа, символы, данные денежного типа, метки времени и даты, двоичные строки и так далее.

В зависимости от параметров хранения, типы данных в SQL Server разделяются на следующие группы:

Ш типы данных больших значений: varchar(max), nvarchar(max) и varbinary(max)

Ш типы данных больших объектов: text, ntext, image, varchar(max), nvarchar(max), varbinary(max) и xml

При размещении базы данных на компьютере, который не включен в сеть, база данных всегда будет доступна только лишь в монопольном режиме. В том случае, если базу данных используют 2 и более пользователей, то они могут работать с ней только последовательно. В настоящее время работа на компьютере не расположенном в сети с небольшой базой данных на данный момент времени становится уже не характерной для большинства приложений. Практически на всех предприятиях компьютеры объединяются в локальные сети и необходимость распределения приложений, работающих с единой базой данных по сети, является главной.

1.2 Функции СУБД

На данный момент система управления базами данных или СУБД, должна выполнять следующие основные функции:

1) Определение данных.

СУБД должна выполнять определение данных (внутреннюю схему, внешние схемы, концептуальную схему, а также все связанные отображения) в исходной форме и преобразовывать эти определения в форму соответствующих объектов.

2) Обработка данных.

СУБД должна обрабатывать запросы пользователей на выборку, редактирование или удаление соответствующих данных или на добавление новых данных в базу данных.

В СУБД все запросы классифицируются на планируемые и не планируемые.

Планируемый запрос - запрос, необходимость которого предусмотрена заранее. Наиболее характерным он является для «операционных приложений».

Не планируемый запрос - это специальный запрос, необходимость которого не была предусмотрена заранее. Этот запрос наиболее характерен для «поддержки решений».

3) Безопасность и целостность данных.

Поддержка контроля пользовательских запросов и отклонение попыток нарушения правил безопасности и целостности данных является одной из самых основных функций СУБД.

Ограничения целостности - ограничения, накладываемые на базу данных, с целью гарантии корректности и взаимной непротиворечивости базы данных.

4) Восстановление данных и дублирование.

Так же основной функцией является восстановление данных и их резервное копирование, которое осуществляется СУБД и администратором

5) Введение словаря данных.

Словарь данных - это набор таблиц или файлов, содержащий каталог всех описаний данных. Также он может включать в себя информацию о пользователях, привилегиях и.т.д., доступ к данной информации имеет только администратор базы данных. Словарь данных является центральным источником информации для СУБД, администратором базы данных всех пользователей.

6) Производительность.

Одной из наиболее важных задач при разработке приложений, работающих с базами данных, является процесс оптимизация запросов к хранимым данным. Многие СУБД имеют достаточно развитые оптимизаторы запросов, но это направление по-прежнему остается одним из самых перспективных на сегодняшний день.

1.3 Модели данных, поддерживаемые СУБД

Модель данных - это абстрактное, самодостаточное, логическое определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину доступа к данным, с которой взаимодействует пользователь. Эти объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы - поведение данных. Теперь рассмотрим основные модели данных, которые используются при создании информационных систем

Основные модели данных:

1) Файловая

2) Сетевая

3) Реляционная

4) Объектные и объектно-ориентированная

5) Иерархическая

Файловая модель

Файловая модель была первой моделью, используемой при разработке информационных систем. Точнее модель, как таковая, отсутствовала. Можно сказать, что файловая модель - это модель без СУБД. Базы данных представляли собой наборы файлов, трактовка внутренней структуры которых принадлежала непосредственно разработчикам данной информационной системы, т.е. была уникальна. Файловая модель обладала рядом недостатков, но, несмотря на это она дожила до наших дней и иногда используется для разработки не больших однопользовательских информационных систем.

Сетевая модель

Сетевая модель относится к ранним моделям данных. Стандарт сетевой модели впервые был определен в 1975 году организацией CODASYL (Conference of Data System Languages), которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания.

В основе сетевой модели данных лежит математическая теория направленных графов. Базовыми и основными элементами сетевой модели являются:

Ш Элемент данных - минимальная информационная единица доступная пользователю.

Ш Агрегат данных - именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата.

Ш Запись - совокупность агрегатов или элементов данных, отражающих некоторую сущность предметной области.

Ш Тип записей - это совокупность подобных записей.

Ш Набор - именованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и запись (или записи) членов.

Реляционная модель

Базы данных, объектами которых являются связанные определенным образом таблицы, называют реляционными (от relation - связь, отношение).

Основателем реляционной модели данных является сотрудник фирмы IBM Э.Ф. Кодд. В статье «A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks», которая вышла в 1970 году, он показал, что любое представление данных может быть сведено к совокупности двумерных таблиц, которые в математике называются отношениями (relations, отсюда термин «реляционный»). Э.Ф. Кодд предложил представлять логическую модель данных в виде набора таблиц, которые получили название реляций, а сама модель - реляционной. При использовании этой модели по запросу пользователя из таблиц должна выбираться одна или несколько строк (столбцов), удовлетворяющих заданным требованиям. Кроме того он предложил для обработки таблиц (в целях реализации запросов) применять механизм реляционной алгебры или реляционного исчисления.

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель направлена на представление данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

Ш каждый элемент таблицы - один элемент данных

Ш все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце принадлежат к одному и тому же типу (числовому, символьному и т.д.)

Ш каждый столбец имеет уникальное имя

Ш в таблице отсутствуют одинаковые строки

Ш возможен произвольный порядок следования строк и столбцов

Объектная и объектно-ориентированная модель

Объектно-ориентированная (объектная) СУБД - система управления базами данных, основанная на объектной модели данных.

Эта система управления обрабатывает данные как абстрактные объекты, наделённые свойствами, в виде неструктурированных данных, и использующие методы взаимодействия с другими объектами окружающего мира.

Объектные СУБД призваны интегрировать свойства баз данных и объектных языков программирования.

Объектные базы данных - это модель работы с объектными данными. Такая модель баз данных, не смотря 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.

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

Иерархическая модель

Возникновение иерархической модели связано с тем, что в реальном мире очень многие связи соответствуют иерархии, когда один объект выступает как родительский, а с ним может быть связано множество подчиненных объектов. Самой известной иерархической системой позволяющей создавать иерархические базы данных является система IMS (Information Management System) фирмы IBM.

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле. Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных. Для понятия сегмент определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента - это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных.

Как и сетевая, иерархическая модель данных основывается на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам - типы связей предок - потомок. В иерархических структурах сегмент - потомок должен иметь в точности одного предка. Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный граф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

В качестве примера иерархической модели данных можно привести устройство системного реестра, поддерживаемое операционными системами семейства Windows.

2. СУБД