Классификация систем управления базами данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

БИТИ НИЯУ МИФИ

BITI institute of functional nuclear electronics NRNU MEPHI

Классификация систем управления базами данных

Classification of DMS

Андреев Анатолий Владимирович

Andreev A.V.

Балаково, Россия

Balakovo, Russia

Содержание

Введение

1. Классификация СУБД по модели данных

2. Классификация СУБД по степени распределённости

3. Классификация СУБД по способу доступа к БД

4. Классификация СУБД по степени универсальности

Заключение

Источники информации

Введение

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

СУБД называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных, используемой для решения множества задач. Подобные системы служат для поддержания базы данных в актуальном состоянии и обеспечивают эффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных пользователям полномочий.

В ИТ-инфраструктуре современной компании СУБД играет роль универсального хранилища данных, предоставляющего инструментальные средства построения запросов к сведениям, которые поступают через стандартные интерфейсы от приложений более высокого уровня, таких как аналитические или бухгалтерские системы.

Базовыми внутренними языками программирования являются языки четвертого поколения. В качестве базовых языков могут использоваться C, C++, Pascal, Object Pascal. Язык C++ позволяет строить программы на языке Visual Basic с широким спектром возможностей, более близком и понятном даже пользователю-непрофессионалу, и на непроцедурном (декларативном) языке структурированных запросов SQL. Следует отметить, что исторически для системы управления базой данных сложились три языка:

1) язык описания данных (ЯОД), называемый также языком описания схем, - для построения структуры ("шапки") таблиц БД;

2) язык манипулирования данными (ЯМД) - для заполнения БД данными и операций обновления (запись, удаление, модификация);

3) язык запросов - язык поиска наборов величин в файле в соответствии с заданной совокупностью критериев поиска и выдачи затребованных данных без изменения содержимого файлов и БД (язык преобразования критериев в систему команд).

В настоящее время функции всех трех языков выполняет язык SQL, относящийся к классу языков, базирующихся на исчислении кортежей (кортеж чаще всего является единицей информации), языки СУБД FoxPro, Visual Basic for Application (СУБД Access) и так далее.

Вместе с тем сохранились и языки запросов, например язык запросов по примеру Query By Example (QBE) класса исчисления доменов. Отметим, что эти языки в качестве "информационной единицы" БД используют отдельную запись. С помощью языков БД создаются приложения, базы данных и интерфейс пользователя, включающий экранные формы, меню, отчеты. При создании БД на базе СУБД FoxPro эти элементы (объекты) фиксируются в отдельных файлах, которые, в свою очередь, сосредоточиваются в одном файле, называемом проектом. После отработки БД проект преобразуется в приложение. В СУБД Access все созданные объекты размещаются в одном файле [4].

СУБД можно классифицировать по:

1) по модели данных;

2) по степени распределённости;

3) по способу доступа к БД;

4) по степени универсальности.

Цель нашей работы заключается в рассмотрении систем управления базами данных. Достижение цели достигается путем решения ряда задач:

1)дать общую характеристику СУБД;

2)рассмотреть классификацию СУБД.

При подготовке работы была проанализирована как специализированная литература, так и статьи ресурсов Интернет аналитического характера.

1. Классификация СУБД по модели данных

СУБД по модели данных классифицируется на:

1)Иерархическая СУБД.

Иерархическая модель данных - это модель данных, где используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

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 корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.[3]

2)Сетевая СУБД.

Сетевая СУБД - СУБД, построенная на основе сетевой модели данных.

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. 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.[3]

3)Реляционная СУБД

Реляционная СУБД (или РСУБД) - система управления реляционными БД.

Понятие реляционный касательно СУБД появилось благодаря работам английского специалиста Эдгара Кодда (Edgar Codd). Такие модели управления можно охарактеризовать простотой, удобным табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

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

1) Каждый элемент таблицы является одним элементом данных;

2) Каждый столбец обладает своим уникальным именем;

3) Одинаковые строки в таблице отсутствуют;

4) Все столбцы в таблице однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип;

5) Порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Реляционные СУБД, ориентированные на реализацию систем операционной обработки данных, менее эффективны в задачах аналитической обработки, чем многомерные базы данных. Это связано, во-первых, с наличием достаточно жестких ограничений накладываемых существующей реализацией языка SQL. Примером такого реально существующего ограничения является предположение о том, что данные в реляционной базе неупорядочены (или более точно, упорядочены случайным образом). При этом их упорядочивание требует дополнительных затрат времени на сортировку при каждом обращении к базе данных. В аналитических системах ввод и выборка данных осуществляется большими порциями. файловый программный языковой

В свою очередь данные, после того как они попадают в базу данных, остаются неизменными в течение длительного периода времени. И здесь более эффективным оказывается хранение данных в форме частично денормализованных таблиц, в которых для увеличения производительности могут храниться не только детализированные, но и предварительно вычисленные агрегированные значения. А для навигации и выборки могут использоваться специализированные, основанные на предположении о малой изменчивости и малоподвижности данных в базе данных, методы адресации и индексации. Такой способ организации данных, иногда называют предвычисленным, подчеркивая тем самым, его отличие от нормализованного реляционного подхода, предполагающего динамическое вычисление различного вида итогов (агрегация) и установление связей между реквизитами из разных таблиц (операции соединения) [3].

4)Объектно-ориентированная СУБД

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

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

В качестве примера рассмотрим объектно-ориентированную СУБД ObjectStore, которая обеспечивает долговременное хранение в базе данных объектов, созданных программами на языках C++ и Java. Вся работа с объектами ведется обычными средствами включающего ОО-языка. При этом СУБД как бы расширяет виртуальную память операционной системы. Происходит это следующим образом. Когда прикладная программа обращается к объекту, то ищет его по адресу в оперативной памяти. Нужная страница оперативной памяти может быть вытеснена в виртуальную память (область хранения неиспользуемых страниц оперативной памяти на диске). Если объекта с таким адресом в виртуальной памяти не существует, то операционная система генерирует ошибку. СУБД эту ошибку перехватывает и извлекает объект из базы данных.

ObjectStore поддерживает транзакции (в данный момент времени может существовать только одна транзакция), допускает методы доступа: хеш-таблица для несортированных данных и B-дерево для сортированных, также возможно использование SQL [2].

5)Объектно-реляционная СУБД

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-реляционными СУБД являются, например, широко

известные Oracle Database, Informix, DB2, PostgreSQL [3].

2. Классификация СУБД по степени распределённости

СУБД классифицируются по степени распределённости на:

1. Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

Все части локальной СУБД размещаются на компьютере пользователя базы данных. Чтобы с одной и той же БД одновременно могло работать несколько пользователей, каждый пользовательский компьютер должен иметь свою копию локальной БД. Существенной проблемой СУБД такого типа является синхронизация копий данных, именно поэтому для решения задач, требующих совместной работы нескольких пользователей, локальные СУБД фактически не используются [1].

2. Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

Распределенные СУБД могут содержать несколько десятков и сотен серверов БД. Количество клиентских мест в них может достигать десятков и сотен тысяч. В распределенных СУБД некоторые серверы могут дублировать друг друга с целью достижения предельно малой вероятности отказов и сбоев, которые могут исказить жизненно важную информацию. Они используют собственные региональные средства связи [1].

В распределенных СУБД данные и приложения, которые осуществляют доступ к ним, могут быть локализованы на одном и том же узле, благодаря чему исключается (или сокращается) потребность в удаленном доступе к данным, характерная для систем телеобработки данных в режиме разделения времени. Далее, поскольку на каждом узле выполняется меньше приложений и хранится меньшая порция базы данных, можно сократить также конкуренцию при доступе к данным и ресурсам. Наконец, параллелизм, внутренне присущий распределенным системам, открывает возможности для реализации межзапросного и внутризапросного параллелизма [5].

3. Классификация СУБД по способу доступа к БД

СУБД классифицируются по способу доступа к БД на:

1)Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок.

Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера.

Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах - недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro [3].

2)Клиент-серверные

Клиент-серверная СУБД позволяет обмениваться клиенту и серверу минимально необходимыми объёмами информации. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на сервер. Клиент может выполнять функции предварительной обработки перед передачей информации серверу, но в основном его функции заключаются в организации доступа пользователя к серверу.

В большинстве случаев клиент-серверная СУБД гораздо менее требовательна к пропускной способности компьютерной сети, чем файл-серверная СУБД, особенно при выполнении операции поиска в базе данных по заданным пользователем параметрам, т.к. для поиска нет необходимости получать на клиент весь массив данных: клиент передаёт параметры запроса серверу, а сервер производит поиск по полученному запросу в локальной базе данных. Результат выполнения запроса, который обычно на несколько порядков меньше по объёму, чем весь массив данных, возвращается клиенту, который обеспечивает отображение результата пользователю [3].

3)Встраиваемая СУБД

Встраиваемая система управления базами данных - архитектура систем управления базами данных, когда СУБД тесно связана с прикладной программой и работает на том же компьютере, не требуя профессионального администрирования.

Встраиваемые СУБД применяются во многих программах, которые хранят большие массивы данных, но при этом не требуется доступ с многих компьютеров. На «рабочем столе» неопытного пользователя тоже есть программы, в которых может найтись встраиваемая СУБД: почтовые клиенты и мессенджеры (базы переписки),медиапроигрыватели (плей-листы и обложки), просмотрщики изображений (метаданные и уменьшенные эскизы), различные локальные БД наподобие телефонных справочников и геоинформационных систем (предоставляемые данные).

Исторически локальные и файл-серверные СУБД предоставляли скриптовый язык, на котором пользователь мог писать прикладную программу. Так устроены Microsoft Access, FoxPro, Clipper, 1С: Бухгалтерия. Недостатком этого подхода была крайняя бедность результирующих программ, ограниченные средства отладки. И зачастую не существовало компактной среды исполнения, которую можно распространять вместе с программой; нужна программа - устанавливай весь пакет. С распространением динамической линковки и opensource-сообщества маятник качнулся в другую сторону: пусть программист пишет свою программу на том языке высокого уровня, на котором удобно. СУБД же будет подсоединена к программе и станет единым целым с ней [3].

4. Классификация СУБД по степени универсальности

По степени универсальности СУБД делят на общего и специального назначения.

СУБД общего назначения - это сложные программные комплексы, предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных с созданием и эксплуатацией БД информационной системы.

Рынок программного обеспечения ПК располагает большим числом разнообразных по своим функциональным возможностям коммерческих систем СУБД общего назначения.

Специальные СУБД используют для конкретного применения. Создание СпСУБД - дело весьма трудоёмкое, поэтому для того, чтобы выбрать этот путь, надо иметь действительно веские основания.

Заключение

Системы управления базами данных - одна из фундаментальных составляющих компьютерного обеспечения информационных процессов, являющаяся основой для построения большинства современных информационных систем. Главной функцией СУБД является эффективное хранение и предоставление данных в интересах конкретных прикладных задач.

Источники информации

1. http://5fan.ru/wievjob.php?id=30810

2. http://www.tadviser.ru/index.php

3. https://ru.wikipedia.org/wiki

4. http://www.intuit.ru/studies/courses

5. http://citforum.ru/database/classics/distr_and_paral_sdb/

Размещено на Allbest.ru