Ответы к экзамену по БД

1. Концепция и технология баз данных. Понятие банка данных, базыданных, СУБД.Концепция баз данныхДо появления концепции БД и соответствующих этой концепции программных средств управление даннымиво внешней памяти производилось с помощью файловых систем, которые являются подсистемой ОС. Но ихвозможности для информационного моделирования ПО ограничены.Основные черты концепции БД:• данные отделяются от прикладной программы (ПП), появляется специальная программнаянадстройка для управления данными, называемая системой управления базами данных (СУБД); СУБДуправляет данными и служит посредником между ними и ПП; ПП упрощаются, освобождаются отфункций структуризации, хранения и поиска данных;• появляются стандартизированные данные о фактографических данных – метаданные, управляемыеСУБД; метаданные описывают информационные параметры и взаимосвязи фактографических данныхо ПО;СУБД совместно с метаданными представляет собой стандартизированное инструментальноесредство для моделирования ПО различной природы;• происходит централизация (интеграция) данных, их многоаспектное использование для различныхприложений, что сокращает избыточность данных, позволяет обеспечить более высокий уровеньдостоверности данных и оптимизировать различные процедуры ведения и использования БД.Принято считать, что использование концепции баз данных позволяет:1.

повысить надежность, целостность и сохранность данных;2. сохранить затраты интеллектуального труда;3. обеспечить простоту и легкость использования данных;4. обеспечить независимость прикладных программ от данных (изменений их описаний и способовхранения);5. обеспечить достоверность данных;6. обеспечить требуемую скорость доступа к данным;7. стандартизовать данные в пределах одной предметной области;8. автоматизировать реорганизацию данных;9.

обеспечить защиту от искажения и уничтожения данных;10. сократить дублирование информации за счет структурирования данных;11. обеспечить обработку незапланированных запросов к хранимой информации;12. создать предпосылки для создания распределенной обработки дaнныx.Понятие базы данныхПод базой данных (БД) понимают совокупность хранящихся вместе данных при наличии такой минимальнойизбыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или несколькихприложений.

Целью создания баз данных, как разновидности информационной технологии и формыхранения данных, является построение системы данных, не зависящих от принятых алгоритмов(программного обеспечения), применяемых технических средств и физического расположения данных в ЭВМ;обеспечивающих непротиворечивую и целостную информацию при нерегламентируемых запросах. БДпредполагает многоцелевое ее использование (несколько пользователей, множество форм документов изапросов одного пользователя).Понятие банка данныхАвтоматизированный банк данных – это система информационных, математических, программных,языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления иколлективного многоаспектного использования данных в некоторой предметной области. Банк данныхвключает в себя одну или несколько баз данных логически связанных между собой, систему управления ими(СУБД) и комплекс прикладных программ.Банк данных должен обеспечить• хранение и модификацию больших объемов многоаспектной информации;••••••заданный уровень достоверности и непротиворечивость хранимой информации, ее восстановлениепосле сбоев и отказов;поиск информации по произвольной совокупности признаков;одновременное обслуживание большого числа пользователей;оперативность в обработке запросов;простоту обращения;доступ к данным лишь тех пользователей, которые имеют необходимые полномочия.Понятие СУБДБаза данных предполагает наличие некоторого программного обеспечения, позволяющего пользователямработать с базой данной.

Это программное обеспечение разрабатывается с помощью инструментальныхпрограммных средств, называемых системой управления базами данных (СУБД). С помощью СУБД можносоздавать базы данных, модифицировать данные в базе данных, вносить новые данные, разрабатыватьпользовательские приложения. СУБД должна выполнять некоторые задачи по администрированию иподдержанию непротиворечивости данных. СУБД - это инструмент, с помощью которого создается та илииная конкретная база данных.Отметим разницу между базой данных и системой управления базой данных. Если какая-то фирма пишет вобъявлении, что она продает базу данных, то это означает, что она продает информацию.

Если же в рекламенаписано о СУБД, то следует ожидать, что Вам предложат программные средства, с помощью которых Высоберете свою собственную базу данных. Хотя, в реальной жизни, понятия базы данных и системыуправления базой данных часто смешивают.2. Функции СУБД. Архитектура СУБД. Компоненты архитектуры и иххарактеристика.Функции СУБД• Непосредственное управление данными во внешней памятиЭта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных,непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным внекоторых случаях (обычно для этого используются индексы).• Управление буферами оперативной памятиСУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существеннобольше доступного объема оперативной памяти.

Понятно, что если при обращении к любому элементуданных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростьюустройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скоростиявляется буферизация данных в оперативной памяти. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственныйнабор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.• Управление транзакциямиТранзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либотранзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные этой транзакцией, вовнешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД.

Понятие транзакциинеобходимо для поддержания логической целостности БД. Таким образом, поддержание механизматранзакций является обязательным условием СУБД.То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояниецелостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицыактивности пользователя по отношению к БД.

При соответствующем управлении параллельновыполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать себяединственным пользователем СУБД.• ЖурнализацияОдним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Поднадежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнеесогласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та частьданных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно.

Наиболеераспространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журналаизменений БД.• Поддержка языков БДДля работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. Вранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков.• язык описания данных (ЯОД) (SDL - Schema Definition Language), называемый также языком описаниясхем, - для построения структуры («шапки») таблиц БД;• язык манипулирования данными (ЯМД) (DML - Data Manipulation Language) - для заполнения БДданными и операций обновления (запись, удаление, модификация);• язык запросов - язык поиска наборов величин в файле в соответствии с заданной совокупностьюкритериев поиска и выдачи затребованных данных без изменения содержимого файлов и БД (языкпреобразования критериев в систему команд).В настоящее время функции всех трех языков выполняет язык SQL.Архитектура СУБД.

Компоненты архитектуры и их характеристика.Архитектура СУБД обеспечивает потребности различных пользователей, выполнение их запросов, а такжевнутренние потребности, связанные с представлением данных в файлах и доступом к ним. Общепринятымв настоящее время является подход, обеспечивающий трехуровневое представление данных:•••на уровне внешних моделей соответствующих различным запросам различных пользователей;на логическом уровне, соответствующем интегральному взгляду на данные администратора ПО иадминистратора БД;на внутреннем уровне, соответствующем взгляду на данные системных программистов.СУБД поддерживает различные описания данных на всех уровнях и их преобразования из одних видовпредставления в другие.Компоненты архитектуры и их характеристика• ЯдроЯдро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти,управление транзакциями и журнализацию.

Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (покрайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджерданных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Ядро СУБД является основнойрезидентной частью СУБД.• Компилятор языка базы данныхОсновной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторуювыполняемую программу, как правило, на машинно-независимом исполняемом внутреннем коде• Подсистема поддержки времени исполнениякоторая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД• Сервисные программы (внешние утилиты)Наконец, в отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнятьс использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверкацелостности БД и т.д.

Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже спроникновением внутрь ядра.3. Основные свойства баз данных.••••••••Высокое быстродействие (малое время отклика на запрос).Простота обновления данных.Независимость данных.Совместное использование данных многими пользователями.Безопасность данных - защита данных от преднамеренного или непреднамеренного нарушениясекретности, искажения или разрушения.Стандартизация построения и эксплуатации БД (фактически СУБД).Адекватность отображения данных соответствующей предметной области.Дружелюбный интерфейс пользователя.Время отклика - промежуток времени от момента запроса к БД до фактического получения данных.Важнейшими являются первые два противоречивых требования: повышение быстродействия требуетупрощения структуры БД, что, в свою очередь, затрудняет процедуру обновления данных, увеличивает ихизбыточность.Независимость данных - возможность изменения логической и физической структуры БД без измененияпредставлений пользователей.Независимость данных предполагает инвариантность к характеру хранения данных, программномуобеспечению и техническим средствам.

Она обеспечивает минимальные изменения структуры БД приизменениях стратегии доступа к данным и структуры самих исходных данных.Безопасность данных включает их целостность и защиту.Целостность данных - устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанных снеисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.Она предполагает:отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;защиту от ошибок при обновлении БД;невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;неискажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).Целостность обеспечивается триггерами целостности - специальными приложениями-программами,работающими при определенных условиях.Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к конфиденциальнымданным и может достигаться:введением системы паролей;получением разрешений от администратора базы данных (АБД);запретом от АБД на доступ к данным;формирование видов - таблиц, производных от исходных и предназначенных конкретным пользователям.Стандартизация обеспечивает преемственность поколений СУБД, упрощает взаимодействие БД одногопоколения СУБД с одинаковыми и различными моделями данных.