3.3.6. Технологии баз данных

Банк данных – современная форма организации хранения и доступа к информации. Это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных. Банк данных – сложная система включающая в себя все обеспечивающие подсистемы, необходимые для функционирования любой системы автоматизированной обработки данных.

Компонентами банка данных являются:

- база данных;

- система управления базой данных (СУБД);

- вычислительная система (операционная система или технические средства);

- администратор базы данных (группа специалистов, без которых невозможно функционирование и развитие базы данных);

- словарь данных;

- обслуживающий персонал.

Среди перечисленных компонентов основными являются база данных и система управления базой данных (СУБД).

Программными средствами банка данных являются:

- операционная система;

- прикладные программы обслуживания банка данных;

- программный компонент (ядро системы управления базой данных, трансляторы, утилиты).

Режимы функционирования банка данных в производственных условиях включает:

- режим начальной загрузки, в которой исходная информация, содержащаяся в банке данных, вводится в соответствующие структуры баз данных (БД);

- режим корректировки, в котором осуществляется обновление, добавление и удаление информации, находящейся в банке данных;

- режим диалога, в котором пользователи обращаются к банку данных и производится обработка запросов. Такие запросы могут предусматривать:

• только выдачу пользователю информации о тех или иных параметрах процесса. Эта информация в требуемом формате содержится в банке данных;

•решение поставленной задачи с использованием сведений, находящихся в банке данных;

- режим реорганизации и анализа, в котором выполняются операции, непосредственно связанные с поддержанием банка данных в рабочем состоянии:

• реорганизация структур БД;

• копирование и восстановление БД;

• анализ статистических данных, связанных с функционированием информационного фонда.

База данных - это информационная модель предметной области, совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Данные файлы хранятся во внешней памяти и используются в качестве входной информации для решения задач.

СУБД – программа, с помощью которой реализуется централизованное управление данными, хранимыми в базе, а также доступ к ним, поддержка их в актуальном режиме.

СУБД классифицируются:

1. по выполняемым функциям на:

-операционные;

- информационные.

2. по сфере применения на:

- универсальные;

- проблемно-ориентированные.

3. по используемому языку общения на:

- замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с базами данных;

- открытые, в которых используется язык программирования, расширенный операторами языка манипулирования данных.

4. по числу поддерживаемых уровней моделей данных на:

- одноуровневые системы;

- двухуровневые системы;

- трехуровневые системы.

5. по способу установления связей между данными:

- реляционные базы данных;

- иерархические базы данных;

- сетевые базы данных.

6. по способу организации хранения данных и выполнения функций обработки базы данных на:

- централизованные;

- распределенные.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают две основные архитектуры:

- архитектура файл-сервер предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (главный сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная база данных. Все другие машины сети исполняют роль рабочих станций. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и пpoизводится их обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает;

- архитектура клиент-сервер. Каждый из подключенных к сети и составляющих эту архитектуру компьютеров играет свою роль: сервер владеет и распоряжается информационными ресурсами системы, клиент имеет возможность пользоваться ими.

Сервер базы данных представляет собой СУБД, параллельно обрабатывающую запросы, поступившие со всех рабочих станций. Как правило, клиент и сервер территориально отдалены дpyг от друга, и в этом случае они образуют систему распределенной обработки данных.

Характеристиками СУБД являются:

- производительность;

- обеспечение целостности данных на уровне баз данных;

- обеспечение безопасности данных;

- возможность работы в многопользовательских средах;

- возможность импорта и экспорта данных;

- обеспечение доступа к данным с помощью языка SQL;

- возможность составления запросов;

- наличие инструментальных средств разработки прикладных программ.

Производительность СУБД оценивается:

- временем выполнения запросов;

- скоростью поиска информации;

- временем импортирования баз данных из других форматов;

- скоростью выполнения операций (таких как обновление, вставка, удаление);

- временем генерации отчета и другими показателями.

Безопасность данных достигается:

- шифрованием прикладных программ;

- шифрованием данных;

- защитой данных паролем;

- ограничением доступа к базе данных.

Обеспечение целостности данных подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в базе данных всегда остается корректной и полной. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (в интерактивном режиме, посредством импорта или с помощью специальной программы).

Система управления базами данных управляет данными во внешней памяти. Обеспечивает надежное хранение данных и поддержку соответствующих языков базы данных. Важной функцией СУБД является функция управления буферами оперативной памяти.

Известны три типа моделей описания баз данных:

- иерархическая;

- сетевая;

- реляционная.

Основное различие между ними состоит в характере описания взаимосвязей и взаимодействия между объектами и атрибутами базы данных.

Иерархическая модель предполагает использование для описания базы данных древовидных структур, состоящих из определенного числа ypoвней. "Дерево" представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Под элементами понимаются список, совокупность, набор атрибутов, элементов, описывающих объекты.

Достоинством модели является:

- простота ее построения;

- легкость понимания сути принципа иерархии;

- наличие промышленных СУБД, поддерживающих данную модель.

Недостатком является сложность операций по включению в иерархию информации о новых объектах базы данных и удалению устаревшей информации.

Сетевая модель описывает элементарные данные и отношения между ними в виде ориентированной сети. Это такие отношения между объектами, когда каждый порожденный элемент имеет более одного исходного и может быть связан с любым другим элементом структуры.

Сетевые структуры могут быть многоуровневыми, иметь разную степень сложности.

База данных, описываемая сетевой моделью, состоит из областей (области - из записей, а запаси - из полей). Недостатком сетевой модели является ее сложность, возможность потери независимости данных при реорганизации базы данных. При появлении новых пользователей, новых приложений и новых видов запросов происходит рост базы данных, что может привести к нарушению логического представления данных.

Реляционная модель имеет в своей основе понятие "отношения", и ее данные формируются виде таблиц. Отношение - это двумерная таблица, имеющая свое название, в которой минимальным объектом действий, сохраняющим ее структуру, является строка таблицы (кортеж), состоящая из ячеек таблицы – полей. Каждый столбец таблицы соответствует только одному компоненту этого отношения. С логической точки зрения реляционная база данных представляется множеством двумерных таблиц различного предметного наполнения.

В зависимости от содержания отношения реляционные базы данных бывают:

- объектными, в которых хранятся данные о каком-либо одном объекте, экземпляре сущности. В них один из атрибутов однозначно определяет объект и называется ключом отношения, или первичным атрибутом. Остальные атрибуты функционально зависят от этого ключа;

- связными, в которых хранятся ключи нескольких объектных отношений, по которым между ними устанавливаются связи.

Достоинства реляционной модели:

- простота построения;

- доступность понимания;

- возможность эксплуатации базы данных без знания методов и способов ее построения;

- независимость данных;

- гибкость структуры и др.

Недостатки реляционной модели:

- низкая производительность по сравнению с иерархической и сетевой моделями;

- сложность программного обеспечения;

- избыточность элементов.