Ответы на вопросы по Базам

1. Основные понятия баз данных: база данных, модель данных, система управления БД, администратор БД. Элементарные операции с БД.

База данных (БД) представляет собой совокупность специальным обра­зом организованных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

Администратор базы данных (АБД) есть лицо или группа лиц, отве­чающих за выработку требований к БД, ее проектирование, создание, эф­фективное использование и сопровождение. В процессе эксплуатации АБД обычно следит за функционированием информационной системы, обес­печивает защиту от несанкционированного доступа, контролирует избы­точность, непротиворечивость, сохранность и достоверность хранимой в БД информации. Для однопользовательских информационных систем функции АБД обычно возлагаются на лиц, непосредственно работающих с приложением БД.

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру -иными словами, описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных), поддерживаемой СУБД.

Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных. Так, СУБД, основанные на использовании ре­ляционной модели данных, называют реляционными СУБД.

К СУБД относятся следующие основные виды программ:

• полнофункциональные СУБД;

• серверы БД;

• клиенты БД;

• средства разработки программ работы с БД.

Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостно­сти данных в базе.

Транзакцией называется некоторая неделимая последова­тельность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от нача­ла и до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои и отказы оборудования, ошибки в программном обеспечении, включая приложение) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.

Обеспечение целостности БД составляет необходимое условие успешно­го функционирования БД, особенно для случая использования БД в сетях.

Целостность БД есть свойство базы данных, означающее, что в ней со­держится полная, непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Поддержание целостности БД включает проверку целостности и ее восстановление в случае обнаружения противоречий в базе данных. Целостное состояние БД описывается с помощью ограниче­ний целостности в виде условий, которым должны удовлетворять храни­мые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапазонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в БД, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реля­ционных БД.

2. Трехуровневая архитектура БД: внешний, концептуальный и внутренний уровни.

1. Уровень внешних моделей – самый верхний уровень, где каждая модель имеет свое «видение» данных. Этот уровень определяет точку зрения на БД отдельных приложений. Каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы именно этому приложению. Например, система распределения работ использует сведения о квалификации сотрудника, но ее не интересуют сведения об окладе, домашнем адресе и телефоне сотрудника, и наоборот, именно эти сведения используются в подсистеме отдела кадров.

2. Концептуальный уровень – центральное управляющее звено, здесь база данных представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной базой данных. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась база данных. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.

3. Физический уровень – собственно данные, расположенные в файлах или в страничных структурах, расположенных на внешних носителях информации. Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с данными.

Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной базой данных. Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления базой данных.

3. Жизненный цикл БД, его этапы.

Ж изненный цикл БД представляет собой концепцию, в рамках которой рассматривается развитие БД во времени. Жизненный цикл БД делится на две фазы:

1. фаза анализа и проектирования.

2. фаза эксплуатации.

В течении первой фазы происходит сбор требований пользователей и проектирование БД. В течение второй фазы происходит машинная реализация (создание и отладка программ, проектирование входных и выходных форм и т.д.)

4. Модель данных: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, объектно-ориентированная.

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру -иными словами, описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных), поддерживаемой СУБД.

Иерархическая модель

В иерархической модели связи между данными можно описать с помощью упорядоченного графа (или дерева).

Иерархическая БД представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данных типа «дерево» (деревьев), содержащих экземпляры типа «запись» (записи). Часто отношения родства между типами переносят на отношения между самими записями. Поля записей хранят собственно чис­ловые или символьные значения, составляющие основное содержание БД. Обход всех элементов иерархической БД обычно производится сверху вниз и слева направо.

Для организации физического размещения иерархических данных в памя­ти ЭВМ могут использоваться следующие группы методов: представление линейным списком с последовательным распределением
памяти (адресная арифметика, левосписковые структуры); представление связными линейными списками (методы, использующие указатели и справочники).

К основным операциям манипулирования иерархически организованны­ми данными относятся следующие: поиск указанного экземпляра БД (например, дерева со значением 10 в поле Отд_номер); переход от одного дерева к другому; переход от одной записи к другой внутри дерева (например, к следую­
щей записи типа Сотрудники); вставка новой записи в указанную позицию; удаление текущей записи и т. д.

К достоинствам иерархической модели данных относятся эффективное использование памяти ЭВМ и неплохие показатели времени выполнения основных операций над данными. Иерархическая модель данных удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией.

Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для обра­ботки информации с достаточно сложными логическими связями, а также сложность понимания для обычного пользователя.

Сетевая модель

Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая тем самым иерархи­ческую модель данных.

Для описания схемы сетевой БД используется две группы типов: «запись» и «связь». Тип «связь» определяется для двух типов «запись»: предка и по­томка. Переменные типа «связь» являются экземплярами связей.

Сетевая БД состоит из набора записей и набора соответствующих связей. На формирование связи особых ограничений не накладывается. Если в иерархичес­ких структурах запись-потомок могла иметь только одну запись-предка, то в се­тевой модели данных запись-потомок может иметь произвольное число запи­сей-предков (сводных родителей).

В различных СУБД сетевого типа для обозначения одинаковых по сути понятий зачастую используются различные термины. Например, такие как элементы и агрегаты данных, записи, наборы, области и т. д.

Физическое размещение данных в базах сетевого типа может быть организовано практически теми же методами, что и в иерархических ба­зах данных.

К числу важнейших операций манипулирования данными баз сетевого типа можно отнести следующие: поиск записи в БД; переход от предка к первому потомку; переход от потомка к предку; создание новой записи; удаление текущей записи; обновление текущей записи; включение записи в связь; исключение записи из связи; изменение связей и т. д.

Достоинством сетевой модели данных является возможность эффек­тивной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произволь­ных связей.

Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность и же­сткость схемы БД, построенной на ее основе, а также сложность для пони­мания и выполнения обработки информации в БД обычным пользовате­лем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей меж­ду записями.

Реляционная модель

Отношение представляет собой множество элементов, называемых кор­тежами. Подробно теоретическая основа реляционной модели данных рас­сматривается в следующем разделе. Наглядной формой представления отно­шения является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица.

Таблица имеет строки (записи) и столбцы (колонки). Каждая строка таб­лицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы со­ответствуют кортежи, а столбцам — атрибуты отношения.

Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понят­ности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно простота и понят­ность для пользователя явились основной причиной их широкого использова­ния. Проблемы же эффективности обработки данных этого типа оказались технически вполне разрешимыми.

Основными недостатками реляционной модели являются следующие: от­сутствие стандартных средств Постреляционная модель

Постреляционная модель данных представляет собой расширенную ре­ляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных, храня­щихся в записях таблиц. Постреляционная модель данных допускает много­значные ноля — поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встро­енной в основную таблицу.

Постреляционная модель под­держивает ассоциированные многозначные поля (множественные группы). Совокупность ассоциированных полей называется ассоциацией. При этом в строке первое значение одного столбца ассоциации соответствует первым значениям всех других столбцов ассоциации. Аналогичным образом связаны все вторые значения столбцов и т. д.

Достоинством постреляционной модели является возможность представ­ления совокупности связанных реляционных таблиц одной постреляцион­ной таблицей. Это обеспечивает высокую наглядность представления инфор­мации и повышение эффективности ее обработки.

Недостатком постреляционной модели является сложность решения про­блемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.

Объектно-ориентированная модель

В объектно-ориентированной модели при представлении данных имеется возможность идентифицировать отдельные записи базы. Между записями базы данных и функциями их обработки устанавливаются взаимосвязи с по­мощью механизмов, подобных соответствующим средствам в объектно-ори­ентированных языках программирования.

Стрктура объектно-ориентированной БД графически пред ставима в виде дерева, узлами которого являются объекты. Свойства объектов описываются некоторым стандартным типом (например, строковым — string) или типом, конструируемым пользователем (определяется как class).

Значением свойства типа string является строка символов. Значение свой­ства типа class есть объект, являющийся экземпляром соответствующего клас­са. Каждый объект-экземпляр класса считается потомком объекта, в котором он определен как свойство. Объект-экземпляр класса принадлежит своему классу и имеет одного родителя. Родовые отношения в БД образуют связную иерархию объектов.