Лекция_6ВР (Лекции в PDF)

Лекция 6.Базы данных в ИТ . Модели данныхБаза данных (БД) – это совокупность взаимосвязанных,характеризующаяся возможностью использования для большого количестваприложений, возможностью быстрого получения и модификациинеобходимой информации, минимальной избыточностью информации,независимостью прикладных программ, общим управляемым способомпоискаВозможность применения баз данных для многих прикладныхпрограмм пользователя упрощает реализацию комплексных запросов,снижает избыточность хранимых данных и повышает эффективностьиспользования информационной технологии. Основное свойство баз данных— независимость данных и использующих их программ.

Независимостьданных подразумевает, что изменение данных не приводит к изменениюприкладных программ и наоборот.Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных –это совокупность структур данных и операций их обработки.Модели баз данных базируются на современном подходе к обработкеинформации, состоящем в том, что структуры данных обладаютотносительнойустойчивостью.Структураинформационнойбазы,отображающая в структурированном виде информационную модельпредметной области, позволяет сформировать логические записи, ихэлементы и взаимосвязи между ними.

Взаимосвязи могут быть типизированыпо следующим основным видам:"один к одному", когда одна запись может быть связанатолько с одной записью;"один ко многим", когда одна запись взаимосвязана со многимидругими;"многие ко многим", когда одна и та же запись может входить вотношения со многими другими записями в различных вариантах.Применение того или иного вида взаимосвязей определило триосновные модели баз данных: иерархическую, сетевую и реляционную.Для пояснения логической структуры основных моделей базданных рассмотрим такую простую задачу: необходимо разработатьлогическуюструктуруБДдляхраненияданныхотрехпоставщиках: П1, П2, П3, которые могут поставлять товары Т1,Т2, Т3 в следующих комбинациях: поставщик П1 — все три видатоваров, поставщик П2 — товары Т1 и Т3, поставщик П3 — товары Т2 и Т3.Иерархическая модель представляется в виде древовидногографа, в котором объекты выделяются по уровням соподчиненности(иерархии) объектов (рис.

1.)Рис. 1. Иерархическая модель БДНа верхнем, первом уровне находится информация об объекте"поставщики" (П), на втором — о конкретных поставщиках П1, П2, П3, нанижнем, третьем, уровне — о товарах, которые могут поставлятьконкретные поставщики. В иерархической модели должно соблюдатьсяправило: каждый порожденный узел не может иметь больше одногопорождающего узла (только одна входящая стрелка); в структуре можетбыть только один непорожденный узел (без входящей стрелки) — корень.Узлы, не имеющие входных стрелок, носят название листьев. Узелинтегрируется как запись.

Для поиска необходимой записи нужно двигатьсяот корня к листьям, т.е. сверху вниз, что значительно упрощает доступ.Достоинство иерархической модели данных состоит в том, что онапозволяет описать их структуру, как на логическом, так и на физическомуровне.

Недостатками данной модели являются жесткая фиксированностьвзаимосвязей между элементами данных, вследствие чего любые изменениясвязей требуют изменения структуры, а также жесткая зависимостьфизической и логической организации данных. Быстрота доступа в иерархической модели достигнута за счет потери информационной гибкости (за одинпроход по дереву невозможно получить информацию о том, какиепоставщики поставляют, например, товар Ti).В иерархической модели используется вид связи между элементамиданных "один ко многим".

Если применяется взаимосвязь вида "многие комногим", то приходят к сетевой модели данных.Сетевая модель базы данных для поставленной задачи представлена ввиде диаграммы связей (рис. 2.). На диаграмме указаны независимые(основные) типы данных П1, П2, П3, т.е. информация о поставщиках, изависимые — информация о товарах T1, T2, и Т3. В сетевой моделидопустимы любые виды связей между записями и отсутствует ограничениена число обратных связей. Но должно соблюдаться одно правило: связьвключает основную и зависимую записиРис.

2. Сетевая модель базы данныхДостоинство сетевой модели БД — большая информационная гибкостьпо сравнению с иерархической моделью. Однако сохраняется общий дляобеих моделей недостаток — достаточно жесткая структура, чтопрепятствует развитию информационной базы системы управления. Принеобходимости частой реорганизации информационной базы (например, прииспользовании настраиваемых базовых информационных технологий)применяют наиболее совершенную модель БД — реляционную, в которойотсутствуют различия между объектами и взаимосвязями.В реляционной модели базы данных взаимосвязи между элементамиданных представляются в виде двумерных таблиц, называемыхотношениями. Отношения обладают следующими свойствами: каждыйэлемент таблицы представляет собой один элемент данных (повторяющиесягруппы отсутствуют); элементы столбца имеют одинаковую природу, истолбцам однозначно присвоены имена; в таблице нет двух одинаковыхстрок; строки и столбцы могут просматриваться в любом порядке внезависимости от их информационного содержания.Преимуществами реляционной модели БД являются простоталогической модели (таблицы привычны для представления информации);гибкость системы защиты (для каждого отношения может быть заданаправомерность доступа); независимость данных; возможность построенияпростого языка манипулирования данными с помощью математическистрогой теории реляционной алгебры (алгебры отношений).Для приведенной выше задачи о поставщиках и товарах логическаяструктура реляционной БД будет содержать три таблицы (отношения): R1, R2,R3, состоящие соответственно из записей о поставках, о товарах и опоставках товаров поставщиками (рис.3.)Рис.

3. Реляционная модель БДСУБД и ее функцииСистемой управления базами данных (СУБД) называют программнуюсистему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных,используемой для решения множества задач. Подобные системы служат дляподдержания базы данных в актуальном состоянии и обеспечиваютэффективный доступ пользователей к содержащимся в ней данным в рамкахпредоставленных пользователям полномочий.СУБД предназначена для централизованного управления базой данныхв интересах всех работающих в этой системе.По степени универсальности различают два класса СУБД:системы общего назначения;специализированные системы.СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либопредметную область или на информационные потребности какой-либогруппы пользователей.

Каждая система такого рода реализуется какпрограммный продукт, способный функционировать на некоторой моделиЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многимпользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средстваминастройки на работу с конкретной базой данных. Использование СУБДобщего назначения в качестве инструментального средства для созданияавтоматизированных информационных систем, основанных на технологиибаз данных, позволяет существенно сокращать сроки разработки, экономитьтрудовые ресурсы.

Этим СУБД присущи развитые функциональныевозможности.Специализированные СУБД создаются в редких случаях приневозможности или нецелесообразности использования СУБД общегоназначения.СУБД общего назначения — это сложные программные комплексы,предназначенные для выполнения всей совокупности функций, связанных ссозданием и эксплуатацией базы данных информационной системы.Используемые в настоящее время СУБД обладают средствамиобеспечения целостности данных и надежной безопасности, что даетвозможность разработчикам гарантировать большую безопасность данныхпри меньших затратах сил на низкоуровневое программирование. Продукты,функционирующие в среде WINDOWS, выгодно отличаются удобствомпользовательского интерфейса и встроенными средствами повышенияпроизводительности.Производительность СУБД оценивается:временем выполнения запросов;скоростью поиска информации в неиндексированных полях;временем выполнения операций импортирования базы данных издругих форматов;скоростью создания индексов и выполнения таких массовых операций,как обновление, вставка, удаление данных;максимальным числом параллельных обращений к данным вмногопользовательском режиме;временем генерации отчета.На производительность СУБД оказывают влияние два фактора:СУБД, которые следят за соблюдением целостности данных, несутдополнительную нагрузку, которую не испытывают другие программы;производительность собственных прикладных программзависит от правильного проектирования и построения базы данных.сильноИнтегрированные технологии в распределенных системахВ распределенных системах используются три интегрированныетехнологии.1.

Технология «клиент — сервер».2. Технология совместного использования ресурсов в рамкахглобальных сетей.3. Технология универсального пользовательского общения ввиде электронной почты.1.Основная форма взаимодействия ПК в сети — это «клиент —сервер». Обычно один ПК в сети располагает информационновычислительными ресурсами (такими, как процессоры, файловая система,почтовая служба, служба печати, база данных), а другие ПК пользуются ими.Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, называется серверомэтого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться, — клиентом.Если ресурсом являются базы данных, то говорят о сервере баз данных,назначение которого обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкойданных; если ресурс — файловая система, то говорят о файловом сервере илифайл-сервере и т.д.Один из основных принципов технологии «клиент — сервер»,заключается в разделении операций обработки данных на три группы,имеющие различную природу.

Первая группа — это ввод и отображениеданных. Вторая группа объединяет прикладные операции обработки данных,характерные для решения задач данной предметной области. Наконец, ктретьей группе относятся операции хранения и управления данными (базамиданных или файловыми системами).Согласно этой классификации в любом техпроцессе можно выделитьпрограммы трех видов:программыпредставления,реализующие операции первойгруппы;прикладныепрограммы,поддерживающиеоперациивторойгруппы;программы доступа к информационным ресурсам, реализующиеоперации третьей группы.В соответствии с этим выделяют три модели реализации технологии«клиент — сервер»:модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);модель сервера базы данных (DateBase Server — DBS);модель сервера приложений (Application Server — AS).В RDA-модели программы представления и прикладные программыобъединены и выполняются на компьютере-клиенте, который поддерживаеткак операции ввода и отображения данных, так и прикладные операции.Доступ к информационным ресурсам обеспечивается или операторами языкаSQL, если речь идет о базах данных, или вызовами функций специальнойбиблиотеки.

Запросы к информационным ресурсам направляются по сетиудаленному компьютеру, например серверу базы данных, которыйобрабатывает запросы и возвращает клиенту необходимые для обработкиблоки данных (рис. 4).Рис. 4. Модель доступа к удаленным даннымDBS-модель строится в предположении, что программы, выполняемыена компьютере-клиенте, ограничиваются вводом и отображением, априкладные программы реализованы в процедурах базы данных и хранятсянепосредственно на компьютере-сервере базы данных вместе с программами,управляющими и доступом к данным — ядру СУБД (рис.

5).Рис.5. Модель сервера базы данныхВ AS-модели программа, выполняемая на компьютере-клиенте, вешаетзадачу ввода и отображения данных, т. е. реализует операции первой группы.Прикладные программы выполняются одним либо группой серверовприложений (удаленный компьютер или (несколько компьютеров). Доступ кинформационным ресурсам, необходимым для решения прикладных задач,обеспечивается также, как и в RDA-модели. Прикладные программыобеспечивают доступ к ресурсам различных типов — базам данных,индексированным файлам, очередям и др. RDA- и DBS-модели опираются надвухзвенную схему разделений операций. В AS-модели реализованатрехзвенная схема разделения операций, где прикладная программа выделенакак важнейшая (рис.6).Рис.