Введение в базы данных

БнД - это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Отличительные особенности БнД:

1) БД создаются обычно не для решения какой-либо одной задачи для одного пользователя, а многоцелевого использования;

2) БД отражают определенную часть реального мира. Надо стремиться, чтобы вся информация, описывающая предметную область, фиксировалась в БД однократно, накапливалась и поддерживалась в актуальном состоянии централизованно;

3) БД – специальным образом организованные данные. Особенность организации заключается в том, что все данные являются взаимосвязанными, единство и целостность которых поддерживается специальными программными средствами;

4) для функционирования БнД необходимо наличие специальных языковых и программных средств (СУБД), облегчающих для пользователей выполнение всех операций по организации хранения данных, их корректировки и доступа к ним.

Преимущества банков данных

1) Адекватность отображения предметной области:

- минимальное дублирование информации;

- полнота, целостность и непротиворечивость данных;

- актуальность информации, т. е. ее соответствие состоянию отображаемой реальной системы на данный момент времени;

- независимость данных от процесса обработки;

- хранение взаимосвязанных данных, что наиболее полно отражает сложную взаимосвязь объектов реальной предметной области.

2) Возможность взаимодействия пользователей разных категорий, высокая эффективность доступа к данным.

3) Оперативность обработки запросов, поиск информации по произвольной совокупности признаков.

4) Дружелюбность интерфейсов, малое время на обучение.

5) Применение стандартов.

6) Повышение эффективности с ростом масштабов системы.

7) Возможность нахождения компромисса при противоречивых требованиях.

8) Надежность хранения и защита данных:

- защита данных от случайного и преднамеренного разрушения;

- обеспечение секретности и разграничение доступа к данным для разных пользователей;

- возможность быстрого и полного восстановления данных в случае их разрушения.

9) Упрощение сопровождения системы за счет независимости от данных.

10) Улучшенное управление параллельностью.

Недостатки банков данных

1) Создание интегрированной системы сложнее, чем создание множества локальных систем.

2) Высокие требования к квалификации разработчиков БнД.

3) Для управления данными требуется специализированное программное обеспечение, которое может быть сравнительно дорогим, предъявляющим повышенные требования к техническим средствам.

4) Более серьезные последствия при выходе системы из строя.

Имеется широкий круг СУБД разных классов и технологий их использования. Правильный выбор системы позволяет свести отрицательные последствия к минимуму.

2. Компоненты БнД.

БнД является сложной человеко-машинной системой, включающей различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты (рис.1.1).

Рисунок 1.1 – Компоненты БнД

Информационная компонента

БД – это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

Метаинформация – описания баз данных, информация о предметной области, о пользователях, о проектных решениях и другая информация. Эти описания также называются схемой. Описание отдельных частей БД, с точки зрения конкретных пользователей, называется подсхемой.

Централизованное хранилище метаинформации называется словарем данных.

Программные средства БнД

Обеспечивают взаимодействие всех частей системы при ее функционировании.

Ядро СУБД обеспечивает создание БД, организацию ввода, обработки и хранения данных.

Утилиты обеспечивают выполнение вспомогательных функций – восстановление БД, сбор статистики и функционировании БнД и др.

Трансляторы необходимы для использования СУБД языковых средств.

Прикладные программы необходимы для удовлетворения конкретных потребностей пользователей.

Языковые средства БнД

Обеспечивают общение пользователей разных категорий с БнД.

Набор языковых средств широк и разнообразен, их можно классифицировать по разным признакам (рис.1.2).

Языковые средства большинства современных СУБД относятся к языкам четвертого поколения (к первому относят машинные языки, ко второму – символические языки Ассемблера, к третьему – алгоритмические языки типа Кобол и т.п. – языки высокого уровня, пятый уровень – языки систем искусственного интеллекта).

Рисунок 1.2 – Языковые средства БнД

При пользовании процедурными языками надо указать, какие действия и над какими объектами необходимо выполнить, чтобы получить результат.

При пользовании непроцедурными языками надо указать, что надо получить в ответе, а не как этого достичь (SQL, QBE).

Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка:

1) QBE (Querry By Example) – язык запросов по образцу. QBE обеспечивает визуальное конструирование запросов к БД и обладает свойствами языка манипулирования данными.

2) SQL (Structured Query Language) (“S – Q – L” или “See – Quel”) – структурированный язык запросов. SQL обеспечивает управление структурой БД и манипулирование данными, т. е. сочетает в себе свойства языков обоих типов – описания и манипулирования данными.

Технические средства БнД

Чаще всего используются: универсальные ЭВМ, средства хранения данных, периферийные средства для ввода и отображения информации, коммуникационные средства.

Организационно-методические средства БнД

Это различные инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные для пользователей разных категорий; инструкции конечным пользователям по работе с БД;

3. Взаимодействие компонентов БнД.

Взаимодействие компонентов представлено на рис.1.3.

1) [1] – Создание БД начинается с проектирования БД и ее описания на ЯОД. На этапе проектирования структуры БД могут использоваться как методики «ручного» проектирования, так и CASE-средства, автоматически генерирующие описания БД.

2) [2, 3] – Полученные описания должны быть введены в БнД и запомнены в соответствии с требованиями конкретной СУБД.

3) [4] – После того, как описание БД сохранено, в БД могут вводиться данные. При этом СУБД использует метаинформацию, зафиксированную в словаре данных. Но прежде необходимо создать средства, позволяющие пользователю осуществлять ввод, удаление и редактирование данных. Основным средством для работы с данными являются экранные формы, которые в том или ином виде отображают данные из реляционных таблиц и содержат управляющие элементы для навигации по записям, удаления и добавления данных.

4) [5] – Заполненная БД может использоваться для извлечения из нее нужной пользователям информации. При формулировании запросов используется информация, содержащаяся в схемах и подсхемах.

5) [6] – В результате выполнения запроса выходные данные в том или ином виде выдаются пользователю. Основным средством вывода данных являются отчеты. Отчет представляет собой выборочную информацию из БД, представленную в виде текстового документа. Отчет также может содержать дополнительные элементы оформления, не хранящиеся в БД.

6) [7] – Кроме собственно затребованных данных при выполнении операций с БнД часто выдается та или иная диагностическая информация.

Рисунок 3 – Взаимодействие компонентов БнД

7) [8, 9] – Для обеспечения надежности функционирования БнД необходимо выполнять соответствующие процедуры, в частности осуществлять журнализацию выполняемых действий с БД, регулярно архивировать данные.

4. Пользователи БнД

В процессе создания и эксплуатации БнД с ним взаимодействуют пользователи разных категорий (рис.1.4). БД создаются для удовлетворения потребностей конечных пользователей. Чаще всего – это специалисты конкретных предметных областей, использующие БД для выполнения своих профессиональных обязанностей.

Категория «Конечные пользователи» неоднородна: они различаются широтой информационных потребностей, квалификацией, режимами взаимодействия с БнД и др. Это могут быть случайные пользователи, обращающиеся к БД время от времени, а могут быть и регулярные пользователи. Конечные пользователи отличаются друг от друга и степенью владения вычислительной техникой. От конечных пользователей не должно требоваться каких-то специальных знаний в области выч.техники и языковых средств.

Особую роль играют руководители организации. Они должны обеспечить проведение единой информационной политики и организацию взаимодействия различных подразделений через общую БД. Они должны создать подразделения, отвечающие за создание и функционирование БнД, определять функциональные обязанности сотрудников. Руководители выступают как конечные пользователи с наивысшим приоритетом.

Пользователи-параметристы могут менять содержание БД. Пользователи, работающие в справочном режиме, могут только использовать хранящуюся в БД информацию.

Терминальные пользователи взаимодействуют с БД непосредственно, а нетерминальные – через посредников.

Администраторы БнД – лица, ответственные за создание БнД и его надежное функционирование, за соблюдение регламента доступа к данным, за развитие БнД.

Рисунок 1.4 – Пользователи БнД

Основные функции и задачи, решаемые персоналом при разработке и эксплуатации БД:

1) Анализ предметной области (определение потребностей конечных пользователей, построение информационной модели предметной области, выявление ограничений целостности);

2) Проектирование структуры БД (определение состава и структуры файлов БД, описание ее схемы на языке описания данных);

3) Задание ограничений целостности и процедур обработки БД;

4) Первоначальная загрузка и ведение БД (разработка технологии загрузки и ведения (изменения, удаления и добавления записей); проектирование форм ввода данных; создание программных модулей, подготовка исходных данных, ввод и контроль данных);

5) Защита данных от несанкционированного доступа (разграничение пользователей (определение прав доступа к данным, обеспечение парольного входа в систему), выбор или создание, проверка программно-технологических средств защиты данных, фиксация попыток несанкционированного доступа к информации, шифрование информации) и от разрушений (резервирование);

6) Обеспечение восстановления БД (разработка программно-технологических средств восстановления БД, организация ведения системных журналов);

7) Анализ эффективности функционирования БНД и развитие системы (сбор статистики обращений пользователей к БД, время выполнения запросов, анализ причин безуспешных обращений к БД, изменение состава БД, развитие программных и технических средств);

8) Работа с пользователями (сбор информации об изменениях в предметной области, откликов пользователей о работе БНД, определение регламента работы пользователей с БНД, обучение и консультирование пользователей);

9) Сопровождение системного программного обеспечения (приобретение программных средств, их установка, проверка работоспособности, поддержание системных библиотек, развитие программных средств);

10) Организационно-методическая работа (выбор или создание методики проектирования БД, определение целей и направлений развития системы, планирование этапов развития БНД, разработка и выпуск документации, организационно-методических материалов).

Администрация БНД выполняет работы по созданию и обеспечению функционирования БНД на протяжении всех этапов жизненного цикла системы. На администрацию БНД возлагаются следующие функции:

1) Определение реальных операционных целей.

2) Оценка, выбор и приобретение технического и программного обеспечения.

3) Создание словаря, стандартов.

4) Разработка системного и прикладного обеспечения.

5) Разработка схемы данных, выбор методов доступа и физической организации данных.

6) Управление процессом проектирования и разработки.

7) Разработка и контроль действий по поддержанию целостности БД, включая процедуры ее копирования и восстановления.

8) Определение и реализация режимов защиты БД от несанкционированного доступа.

9) Сопровождение программного обеспечения, обучении будущих пользователей.

10) Определение перспектив расширения БД и развития технологии.

Возрастание сложности и масштабов БНД, высокие требования к квалификации специалистов, высокая цена неправильных или запоздалых решений по администрированию БД делают актуальной задачу использования развитых средств автоматизированного администрирования БНД.

Средства администрирования включены в состав всех СУБД. Появился целый класс специализированного программного обеспечения: средства DBA (DataBase Administration – администрирование БД).

Основные функции средств DBA:

1) мониторинг работы БД, реакция на нештатные ситуации;

2) слежение за использованием ресурсов, выдача статистики;

3) обнаружение и исправление возникающих неполадок;

4) наблюдение за объектами БД, анализ, сопоставление характеристик;

5) планирование необходимых вычислительных мощностей;

6) оптимизация хранения данных, оптимизация работы сервера;

7) анализ свободного дискового пространства;

8) наблюдение за параметрами, влияющими на производительность БнД;

9) сопровождение БД;

10) перенос таблицы на новое дисковое пространство, в другую СУБД, на другой компьютер, перенос содержимого БД в другую СУБД.

5. Процесс прохождения пользовательского запроса

На рис.1.5 показано взаимодействие пользователя, СУБД и ОС при обработке запроса на получение данных.

1) Пользователь посылает СУБД запрос на получение данных из БД (1).

2) Анализ прав пользователя внешней моделью, подтверждает или запрещает доступ данного пользователя к запрошенным данным (2,3).

3) В случае запрета на доступ к данным СУБД сообщает пользователю об этом и прекращает дальнейший процесс обработки данных, в противном случае СУБД определяет часть концептуальной модели, которая затрагивается запросом пользователя (4,5).

4) СУБД запрашивает информацию о местоположении данных на физическом уровне (6,7).

5) СУБД просит ОС предоставить необходимые данные, используя средства ОС (8).

6) ОС осуществляет перекачку информации из устройств хранения и пересылает ее в системный буфер (9).

7) СУБД выбирает из доставленной информации, находящейся в системном буфере, только то, что нужно пользователю, и пересылает эти данные в рабочую область пользователя (10).

Всегда ли запрос проходит полный цикл? Нет. СУБД обладает достаточно развитым интеллектом, который позволяет ей не повторять бессмысленные действия. Например, если этот же пользователь повторно обратиться к СУБД с новым запросом, то для него уже не будут повторяться внешняя модель и права доступа.

Вопрос 9 - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Рисунок 1.5 – Схема прохождения пользовательского запроса в СУБД

Поделитесь ссылкой:

Популярные услуги

Введение в базы данных

Рекомендуемые материалы

Рекомендуемые лекции