Чем банк данных отличается от базы данных

Обновлено: 27.04.2024

Рис. 21.1. Структура банка данных Рис. 21.2. Связь программ и данных в автоматизированной информационной системе

Успешно изучив материал, Вы будете знать :

понятие базы данных;

понятие банка данных;

преимущества использования «банков» хранения информации;

виды баз данных;

задачи индексации баз данных;

понятие реляционных баз данных.

После изучения данной темы Вы будете уметь :

классифицировать базы данных;

проектировать простейшие БД.

После изучения материала Вы будете обладать навыками :

отличия базы данных от СУБД;

формулировки задач, стоящих перед банками данных.

Банк данных (БнД) является современной формой организации хранения и доступа к информации.

Банк 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.

В данном определении подчеркивается, что банк данных является сложной системой, включающей в себя все обеспечивающие подсистемы, необходимые для функционирования любой системы автоматизированной обработки данных.

Базы данных (БД) создаются обычно не для решения какой-либо одной задачи для одного пользователя, а для многоцелевого использования. БД отражают определенную часть реального мира. Эта информация должна по возможности фиксироваться в базе данных однократно, и все пользователи, которым эта информация нужна, должны иметь возможность работать с ней.

Другой отличительной особенностью банков данных является наличие специальных программных средств, облегчающих для пользователей выполнение всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировки и доступа к ним.

СУБД — система управления базой данных — это совокупность языковых и программных средств для организации хранения данных, корректировки, доступа и отбора данных пользователем.

Нередко на одном диске продается и готовая БД, (например, БД номеров телефонов, адресов и пр.), и СУБД для работы с ней — и то, что весь этот диск называют «базой данных», неверно. Нельзя отождествлять понятия «база данных» и «банк данных». СУБД, входящая в понятие БнД, определяет способы доступа к данным, скорость обработки запроса, интерфейс и т.д. Накопленные в базе данные можно использовать с другой, более мощной или более «дружественной» СУБД.

Под настольной (desktop) обычно подразумевается СУБД, которая всегда запускается на компьютере пользователя, хотя сама база данных может находиться в другом месте. В результате несколько копий СУБД могут обращаться к одной базе данных.

Серверная (server) СУБД, как правило, запускается на той же машине (сервере баз данных), где находятся файлы БД. Непосредственно к базе данных обращается лишь один экземпляр СУБД. Пользовательские приложения общаются только с этой СУБД через ее API, независимо от того, работают они на той же машине или на другой.

Для многопользовательских баз данных более эффективным и надежным вариантом является серверная СУБД. В ней гораздо быстрее происходит доступ к данным, и значительно проще решаются конфликты между разными пользователями

Преимущества БнД. Особенности «банковской» организации данных определяют их основные преимущества перед «небанковской» организацией.

Наличие единого целостного отображения определенной части реального мира позволяет обеспечить непротиворечивость и целостность информации, возможность обращаться к ней не только при решении заранее предопределенных задач, но и с нерегламентированными запросами. Интегрированное хранение сокращает избыточность хранимых данных, что приводит к сокращению затрат не только на создание и хранение данных, но и на поддержание их в актуальном состоянии. Использование БнД при правильной его организации должно существенно изменить деятельность организации, где он внедряется, привести к сокращению документооборота, форм документов, перераспределению функций между сотрудниками.

Централизованное управление данными также дает целый ряд преимуществ. Освобождение от этих функций всех пользователей, кроме администраторов БД, не только приводит к сокращению трудоемкости создания системы и снижению требований к остальным участникам функционирования БнД, но и повышает качество разработок, так как вопросами организации данных занимается небольшое число профессионалов в этой области. Большинство СУБД обеспечивает высокое качество выполнения функций по управлению данными.

Преимуществом банков данных является также то, что они обеспечивают возможность более полной реализации принципа независимости прикладных программ от данных, чем это возможно при организации локальных файлов.

Наличие в составе СУБД средств, ориентированных на разные категории пользователей, делает возможной работу с базой данных не только профессионалов в области обработки данных, но и практически любого, причем это использование может быть как для их профессиональных целей, так и для удовлетворения потребности в информации в быту и т.п.

Требования к БнД. Особенности «банковской» организации данных позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к БнД :

адекватность отображения предметной области (полнота, целостность и непротиворечивость данных, актуальность информации, т.е. ее соответствие состоянию объекта на данный момент времени);

возможность взаимодействия пользователей разных категорий и в разных режимах, обеспечение высокой эффективности доступа для разных приложений;

дружелюбность интерфейсов и малое время на освоение системы, особенно для конечных пользователей;

обеспечение секретности и конфиденциальности для некоторой части данных; определение групп пользователей и их полномочий;

обеспечение взаимной независимости программ и данных;

обеспечение надежности функционирования БнД; защита данных от случайного и преднамеренного разрушения; возможность быстрого и полного восстановления данных в случае их разрушения; технологичность обработки данных, приемлемые характеристики функционирования БнД (стоимость обработки, время реакции системы на запросы, требуемые машинные ресурсы и др.).

Состав банка данных. Банк данных является сложной человеко-машинной системой, включающей в свой состав различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты (рис. 21.1 ).

Ядром БнД является база данных.

База данных (БД) — это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

К банкам данных не относятся немашинные документы, служащие источниками информации, вводимой в БД, файлы входной и выходной информации, архивные файлы, выходные документы. Однако многие СУБД включают в свой состав языковые средства для описания этих компонентов. В этом случае сами описания, используемые в процессе функционирования БнД, будут входить в его состав.

Банк данных является частью большинства информационных систем. На рис. 21.2 показана связь программ и данных при использовании СУБД.

Базы данных. В зависимости от структуры базы данных делятся на иерархические и реляционные.

Наибольшее распространение в настоящее время получили реляционные БД. В пакете MS Office входит СУБД Access для работыс реляционными БД.

Реляционная (relational) БД отличается способом представления информации, находящейся в ней. Данные в такой базе хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельной сущности.

Каждая таблица должна иметь первичный ключ (ПК) — поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других.

Связь между двумя таблицами обычно образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значение первичного ключа второй таблицы.

Реляционные СУБД (РСУБД) предоставляют средства для всевозможных пересечений и объединений любых таблиц, отбора записей по разнообразным условиям, группировки и сортировки результатов.

Реляционная база данных сочетает наглядность представления информации с простотой (относительной) реализации своей концепции и является наиболее популярной структурой для хранения данных на сегодняшний день.

Различают два класса БД: документальные и фактографические.

Документальные БД служат для работы с документами на естественном языке. Широко используются в справочно-поисковых системах.

Фактографические БД оперируют фактическими сведениями, представленными в формализованном виде. Служат для обработки данных.

Для ускорения поиска в базах данных проводят ее индексацию : создают дополнительные таблицы упорядоченных ключевых понятий.

Важнейшим фактором, определяющих успешность проекта, является структура базы данных внедряемой системы. Структура БД может быть представлена в виде моделей данных различного уровня:

Концептуальная модель данных — записанные знания о физических и логических объектах реального мира (люди, компоненты инфраструктуры, наряды на работу, договора, соглашения и т.д.), которыми необходимо управлять наиболее рациональным образом.

Логическая модель данных — описание объектов предметной области, их атрибутов и взаимосвязей между ними в том объеме, в котором они подлежат непосредственному хранению в базе данных системы. Строится на основе концептуальной модели данных.

Физическая модель данных — способ хранения данных в конкретной СУБД. Строится на основе логической модели данных.

Чем ближе логическая модель к концептуальной, тем прозрачнее, проще и эффективнее работа с системой, тем легче процесс внедрения и тем больше отдача от автоматизации. Очевидно, что система автоматизации не может хранить все типы объектов предметной области, их атрибуты и взаимосвязи — разработчики выбирают только самые необходимые и формируют уникальную логическую модель данных.

Банк данных состоит из Базы данных и СУБД.

База данных (БД) — это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

Требования к БнД. Особенности «банковской» организации данных позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к БнД: Преимущества БнД:

наличие единого целостного отображения определенной части реального мира позволяет обеспечить непротиворечивость и целостность информации, возможность обращаться к ней не только при решении заранее предопределенных задач, но и с нерегламентированными запросами;

интегрированное хранение сокращает избыточность хранимых данных;

централизованное управление данными;

преимуществом банков данных является также то, что они обеспечивают возможность более полной реализации принципа независимости прикладных программ от данных, чем это возможно при организации локальных файлов.

Требования к БнД:

дружелюбность интерфейсов и малое время на освоение системы, особенно для конечных пользователей;

обеспечение взаимной независимости программ и данных;

Базы данных. В зависимости от структуры базы данных делятся на иерархические и реляционные. Наибольшее распространение в настоящее время получили реляционные БД. В пакете MS Office входит СУБД Access для работы с реляционными БД. Реляционная (relational) БД отличается способом представления информации, находящейся в ней. Данные в такой базе хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельной сущности.

Различают два класса БД: документальные и фактографические. Важнейшим фактором, определяющих успешность проекта, является структура базы данных внедряемой системы. Структура БД может быть представлена в виде моделей данных различного уровня:

концептуальная модель данных;

логическая модель данных;

физическая модель данных.

Для каких целей используются банки данных?

В чем их преимущество банков данных по сравнению с другими способами хранения информации?

Чем отличается СУБД от БД?

Какие виды баз данных используются в информационных системах? В чем их отличие?

5.1. Базы и банки данных

Термины "банк данных" и "база данных" являются очень близкими синонимами для обозначения некоторого структурированного массива информации. Предполагается, что банки данных содержат информацию, с которой можно производить достаточно ограниченное число манипуляций (поиск, просмотр), в то время как базы данных предоставляют возможность какой-то специальной обработки информации (с помощью специально написанных программ). Тем не менее, для простого пользователя не всегда очевидна закономерность выбора между этими двумя близкими терминами в том или ином случае. Поэтому банки и базы данных можно представлять как суть одно и тоже, с исторически сложившимся отнесением конкретных массивов информации либо к базам, либо к банкам данных.

Любая задача обработки информации и принятия решений может быть представлена в виде схемы, показанной на рис.5.1.

Рис. 5.1. Схема решения задач обработки информации и принятия решений:

х’ и y’ – входная и выходная информация;

f – внутреннее операторное описание.

Для нее дадим определения основных терминов. В качестве составных частей схемы выделяются информация (входная и выходная) и правила ее преобразования.

Правила могут быть в виде алгоритмов, процедур и эвристических последовательностей.

Алгоритм - последовательность правил перехода от исходных данных к результату. Правила могут выполняться компьютером или человеком.

Данные - совокупность объективных сведений.

Информация - сведения, неизвестные ранее получателю информации, пополняющие его знания, подтверждающие или опровергающие положения и соответствующие убеждения. Информация носит субъективный характер и определяется уровнем знаний субъекта и степенью его восприятия. Информация извлекается субъектом из соответствующих данных.

Знания - совокупность фактов, закономерностей и эвристических правил, с помощью которых решается поставленная задача. Последовательность операций обработки данных называют информационной технологией (ИТ). В силу значительного количества информации в современных задачах она должна быть упорядочена. Существует два подхода к упорядочению.

Данные связаны с конкретной задачей ( технология массивов ) - упорядочение по использованию. Вместе с тем алгоритмы более подвижны (могут чаще меняться), чем данные. Это вызывает необходимость переупорядочения данных, которые к тому же могут повторяться в различных задачах.
В связи с этим предложена другая, широко используемая технология баз данных , представляющая собой упорядочение по хранению.

Под базой данных (БД) понимают совокупность хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Целью создания баз данных , как разновидности информационной технологии и формы хранения 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. БД предполагает многоцелевое ее использование (несколько пользователей, множество форм документов и запросов одного пользователя).

База знаний (БЗ) представляет собой совокупность БД и используемых правил, полученных от лиц, принимающих решения (ЛПР).

Наряду с понятием «база данных» существует термин «банк данных» , который имеет две трактовки.

В настоящее время данные обрабатываются децентрализованно (на рабочих местах) с помощью персональных компьютеров (ПК). Первоначально же использовалась централизованная обработка на больших ЭВМ. В силу централизации базу данных называли банком данных и потому часто не делают различия между базами и банками данных. Банк данных – база данных и система управления ею (СУБД). СУБД (например, FoxPro) представляет собой приложение для создания баз данных как совокупности двумерных таблиц.

В силу многогранности баз данных и СУБД (комплекса технических и программных средств для хранения, поиска, защиты и использования данных) имеется множество классификационных признаков. Классификация БД по основным из них приведена на рис.5.2.

Рис. 5.2. Классификация БД.

Отдельно следует классифицировать системы управления базами данных (рис.5.3).

Базы данных могут классифицироваться и с точки зрения экономической: по условиям предоставления услуг – бесплатные и платные (бесприбыльные, коммерческие); по форме собственности – государственные, негосударственные; по степени доступности – общедоступные, с ограниченным кругом пользователей.

Рис. 5.3. Классификация СУБД.

Состав СУБД и работа БД. СУБД представляет собой оболочку, с помощью которой при организации структуры таблиц и заполнения их данными получается та или иная база данных. В связи с этим имеет смысл обсудить системы программно-технических, организационных и «человеческих» составляющих (рис.5.4).

Рис. 5.4. Структура СУБД.

Программные средства включают систему управления, обеспечивающую ввод-вывод, обработку и хранение информации, создание, модификацию и тестирование БД, трансляторы.

Базовыми внутренними языками программирования являются языки четвертого поколения. В качестве базовых языков могут использоваться C, C++, Pascal, Object Pascal. Язык C++ позволяет строить программы на языке Visual Basic с широким спектром возможностей, более близком и понятном даже пользователю-непрофессионалу, и на непроцедурном (декларативном) языке структурированных запросов SQL. Следует отметить, что исторически для системы управления базой данных сложились три языка:

1) язык описания данных (ЯОД), называемый также языком описания схем, - для построения структуры («шапки») таблиц БД;

2) язык манипулирования данными (ЯМД) - для заполнения БД данными и операций обновления (запись, удаление, модификация);

3) язык запросов - язык поиска наборов величин в файле в соответствии с заданной совокупностью критериев поиска и выдачи затребованных данных без изменения содержимого файлов и БД (язык преобразования критериев в систему команд).

В настоящее время функции всех трех языков выполняет язык SQL, относящийся к классу языков, базирующихся на исчислении кортежей (кортеж чаще всего является единицей информации), языки СУБД FoxPro, Visual Basic for Application (СУБД Access) и т.д.

Вместе с тем сохранились и языки запросов, например язык запросов по примеру Query By Example (QBE) класса исчисления доменов. Отметим, что эти языки в качестве «информационной единицы» БД используют отдельную запись. С помощью языков БД создаются приложения, базы данных и интерфейс пользователя, включающий экранные формы, меню, отчеты. При создании БД на базе СУБД FoxPro эти элементы (объекты) фиксируются в отдельных файлах, которые, в свою очередь, сосредоточиваются в одном файле, называемом проектом. После отработки БД проект преобразуется в приложение. В СУБД Access все созданные объекты размещаются в одном файле.

Для работы с созданной БД пользователю или администратору БД следует иметь перечень файлов-таблиц с описанием состава их данных (структуры, схемы). Для этого создается специальный файл, называемый словарем данных (депозитарием, словарем-справочником, энциклопедией). Описание БД относится к метаинформации.

В качестве технических средств могут выступать супер- или персональные компьютеры с соответствующими периферийными устройствами.

Организационно-методические средства - это совокупность инструкций, методических и регламентирующих материалов, описаний структуры и процедуры работы пользователя с СУБД и БД.

Пользователей возможно разделить на две основные категории: конечные пользователи; администраторы баз данных.

Особо следует поговорить об администраторе базы данных (АБД). Естественно, что база данных строится для конечного пользователя (КП). Однако первоначально предполагалось, что КП не смогут работать без специалиста-программиста, которого назвали администратором базы данных. С появлением СУБД они взяли на себя значительную часть функций АБД, особенно для БД с небольшим объемом данных. Однако для крупных централизованных и распределенных баз данных потребность в АБД сохранилась. В широком плане под АБД понимают системных аналитиков, проектировщиков структур данных и информационного обеспечения, проектировщиков технологии процессов обработки, системных и прикладных программистов, операторов, специалистов в предметной области и по техническому обслуживанию. Иными словами, в крупных базах данных это могут быть коллективы специалистов. В обязанности АБД входит:

1) анализ предметной области, статус информации и пользователей;

2) проектирование структуры и модификация данных;

3) задание и обеспечение целостности;

4) загрузка и ведение БД;

5) защита данных;

6) обеспечение восстановления БД;

7) сбор и статистическая обработка обращений к БД, анализ эффективности функционирования БД;

8) работа с пользователем.

Одним из важнейших инструментов АБД является словарь.

Банк данных – автоматизированная информационная система централи-зованного хранения и коллективного использования данных. В состав банка данных входят одна или несколько баз данных, справочник баз данных, СУБД, а также библиотеки запросов и прикладных программ.

Банк данных инноваций – это база данных инноваций, реализующая одну из основных задач информационной поддержки инновационной деятельности в науке и образовании.

Банк данных законопроектов. Технология ведения банка данных законопроектов имеет много общего с ведением эталонного банка данных правовой информации. Цель его создания - совершенствование процесса подготовки и принятия законопроектов на основе формирования полной картины процесса законотворчества в республике.

Этот банк является автоматизированной системой централизованного учета, накопления и доведения до сведения заинтересованных лиц информации о законотворческой деятельности в Республике Беларусь.

Информационное наполнение компьютерного банка данных проектов законов составляют точные копии проектов законов и предусмотренных законодательством сопроводительных документов к ним. В настоящее время в компьютерном банке данных проектов законов содержится более 550 проектов законов и 8000 сопроводительных документов к ним.

Банк данных "Законодательство Российской Федерации". Банк данных "Законодательство Российской Федерации" представляет собой совместный проект Национального центра правовой информации Республики Беларусь и Научного центра правовой информации при Министерстве юстиции Российской Федерации. Банк данных включает около 60 тысяч документов. Его программное обеспечение и распространение предоставляет Национальный центр правовой информации Республики Беларусь, а информационное наполнение - Научный центр правовой информации при Министерстве юстиции Российской Федерации.

Банк данных "Международные договоры". Банк данных "Международные договоры" включает свыше 2,8 тысяч международных договоров Республики Беларусь, а также правовых актов, принятых в рамках Союзного государства, Содружества Независимых Государств и других межгосударственных образований.

Банк данных "Решения органов местного управления и самоуправления". Банк данных "Решения органов местного управления и самоуправления" включает более 3 тысяч правовых актов областных и Минского городского Советов депутатов, а также облисполкомов и Минского горисполкома.

Банк данных "Судебная практика". Банк данных "Судебная практика" включает документы, в числе которых постановления пленумов Верховного Суда и Высшего Хозяйственного Суда Республики Беларусь, разъяснения Высшего Хозяйственного Суда Республики Беларусь, определения (решения) коллегий Верховного Суда Республики Беларусь, постановления президиумов областных судов (суда г. Минска), обзоры судебной практики, подготовленные отделом обобщений судебной практики Верховного Суда Республики Беларусь.

В соответствии с распоряжением Президента Республики Беларусь от 5 апреля 2002 г. № 89рп "Об утверждении мероприятий по реализации предложений, изложенных в выступлении Президента Республики Беларусь Лукашенко А.Г., докладах руководителей судов, выступлениях участников второго съезда судей Республики Беларусь" НЦПИ при участии Верховного Суда, Высшего Хозяйственного Суда и Министерства юстиции Республики Беларусь разработан новый интегрированный банк данных "Судебная практика".

Эталонный и другие банки данных правовой информации являются неотъемлемой частью государственной системы правовой информации. Они позволяют не только быстро найти необходимый нормативный правовой акт в актуальном состоянии, но и выполнять задачи по систематизации и кодификации действующего законодательства.

Комплекс таких достоинств, как официальность информации, оперативность обновления, расширенные возможности проведения логических (поисковых) операций между и внутри поисковых полей, вывод документов на печать и в файл из рубрикатора, копирование документа (части документа) с его реквизитами и источником опубликования в Microsoft Word, возможность перехода из словаря терминов и определений на документ, содержащий толкование термина, гиперссылки и иные характеристики, делают эти банки данных поистине уникальными поисковыми системами. Программное обеспечение и поисковые возможности этих систем постоянно совершенствуются.

Развитие вычислительной техники и появление емких внешних запоминающих устройств прямого доступа предопределило интенсивное развитие автоматических и автоматизированных систем разного назначения и масштаба, в первую очередь заметное в области бизнес-приложений Такие системы работают с большими объемами информации, которая обычно имеет достаточно сложную структуру, требует оперативности в обработке, часто обновляется и в то же время требует длительного хранения. Примерами таких систем являются автоматизированные системы управления предприятием, банковские системы, системы резервирования и продажи билетов и т д (рис. 1). Другими направлениями, стимулировавшими развитие, стали, с одной стороны, системы управления физическими экспериментами, обеспечивающими сверхоперативную обработку в реальном масштабе времени огромных потоков данных от датчиков, а с другой — автоматизированные библиотечные информационно-поисковые системы.

Это привело к появлению новой информационной технологии интегрированного хранения и обработки данных — концепции баз данных, в основе которой лежит механизм предоставления обрабатывающей программе из всех хранимых данных только тех, которые ей необходимы, и в форме, требуемой именно этой программе. При этом сама форма (структура данных и форматы полей, входящих в эту структуру) описывается на логическом, т. е. «видимом» из программы, уровне. Более того, поскольку различные программы могут по-разному «видеть» (а следовательно, и использовать) одни и те же данные, то система должна сделать «прозрачными» для программы все данные, кроме тех, которые для нее являются «своими».

Банк данных (БнД) — это система специально организованных данных, программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.

Под базой данных (БД) обычно понимается именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно накапливаются и используются; состав и структура данных, необходимых для решения тех или иных прикладных задач, обычно постоянны и стабильны во времени; отдельные или даже все элементы данных

могут меняться — но и это есть проявление постоянства — постоянная актуальность.

Система управления базами данных (СУБД) — это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Иногда в составе банка данных выделяют архивы. Основанием для этого является особый режим использования данных, когда только часть данных находится под оперативным правлением СУБД. Все остальные данные (собственно архивы) обычно располагаются на носителях, оперативно не управляемых СУБД. Одни и те же данные в разные моменты времени могут входить как в базы данных, так и в архивы Банки данных могут не иметь архивов, но если они есть, то в состав банка данных может входить и система управления архивами.

Проблемы совместного использования данных и периферийных устройств компьютеров и рабочих станций быстро породили модель вычислений, основанную на концепции файлового сервера — сеть создает основу для коллективной обработки, сохраняя простоту работы с персональным компьютером, позволяет совместно использовать данные и периферию.

В этом смысле главной отличительной чертой баз данных является использование централизованной системы управления данными, причем как на уровне файлов, так и на уровне элементов данных. Централизованное хранение совместно используемых данных приводит не только к сокращению затрат на создание и поддержание данных в актуальном состоянии, но и к сокращению избыточности информации, упрощению процедур поддержания непротиворечивости и целостности данных

Эффективное управление внешней памятью является основной функцией СУБД. Эти обычно специализированные средства настолько важны с точки зрения эффективности, что при их отсутствии система просто не сможет выполнять некоторые задачи уже потому, что их выполнение будет занимать слишком много времени. При этом ни одна из таких специализированных функций, как построение индексов, буферизация данных, организация доступа и оптимизация запросов, не является видимой для пользователя и обеспечивает независимость между логическим и физическим уровнями системы прикладной программист не должен писать программы индексирования, распределять память на диске и т. д.

Развитие теории и практики создания информационных систем, основанных на концепции баз данных, создание унифицированных методов и средств организации и поиска данных позволяют хранить и обрабатывать информацию о все более сложных объектах и их взаимосвязях, обеспечивая многоаспектные информационные потребности различных пользователей.

Основные требования, предъявляемые к банкам данных, можно сформулировать следующим образом:

- Многократное использование данных: пользователи должны иметь возможность использовать данные различным образом

- Простота: пользователи должны иметь возможность легко узнать и понять, какие данные имеются в их распоряжении

- Легкость использования: пользователи должны иметь возможность осуществлять (процедурно) простой доступ к данным, при этом все сложности доступа к данным должны быть скрыты в самой системе управления базами данных

- Гибкость использования: обращение к данным или их поиск должны осуществляться с помощью различных методов доступа.

- Быстрая обработка запросов на данные: запросы на данные, в том числе незапланированные, должны обрабатываться с помощью высокоуровневого языка запросов, а не только прикладными программами, написанными с целью обработки конкретных запросов (разработка таких программ в каждом конкретном случае связана с большими затратами времени). Пользователь должен иметь возможность кратко выразить нетривиальные запросы (в нескольких словах или несколькими нажатиями клавиш мыши). Это означает, что средство формулирования должно быть достаточно «декларативным», т. е. упор должен быть сделан на «что», а не на «как». Кроме того, средство обработки запросов не должно зависеть от приложения, т. е. оно должно работать с любой возможной базой данных.

- Язык взаимодействия конечных пользователей с системой должен обеспечивать конечным пользователям возможность получения данных без использования прикладных программ.

- База данных — это основа для будущего наращивания прикладных программ: базы данных должны обеспечивать возможность быстрой и дешевой разработки новых приложений.

- Сохранение затрат умственного труда: существующие программы и логические структуры данных (на создание которых обычно затрачивается много человеко-лет) не должны переделываться при внесении изменений в базу данных.

- Наличие интерфейса прикладного программирования: прикладные программы должны иметь возможность просто и эффективно выполнять запросы на данные; программы должны быть изолированы от расположения файлов и способов адресации данных.

- Распределенная обработка данных: система должна функционировать в условиях вычислительных сетей и обеспечивать эффективный доступ пользователей к любым данным распределенной БД, размещенным в любой точке сети.

- Адаптивность и расширяемость: база данных должна быть настраиваемой, причем настройка не должна вызывать перезаписи прикладных программ. Кроме того, поставляемый с СУБД набор предопределенных типов данных должен быть расширяемым — в системе должны иметься средства для определения новых типов и не должно быть различий в использовании системных и определенных пользователем типов.

- Контроль за целостностью данных: система должна осуществлять контроль ошибок в данных и выполнять проверку взаимного логического соответствия данных.

- Восстановление данных после сбоев: автоматическое восстановление без потери данных транзакции. В случае аппаратных или программных сбоев система должна возвращаться к некоторому согласованному состоянию данных.

- Вспомогательные средства должны позволять разработчику или администратору базы

данных предсказать и оптимизировать производительность системы.

- Автоматическая реорганизация и перемещение: система должна обеспечивать возможность перемещения данных или автоматическую реорганизацию физической структуры.

Банк данныхявляется разновидностью ИС, в которой реализованы функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации, организованной в одну или несколько баз данных.

Банк данных (БнД) в общем случае состоит из следующих компонентов: базы (нескольких баз) данных, системы управления базами данных, словаря данных, администратора, вычислительной системы и обслуживающего персонала. Вкратце рассмотрим названные компоненты и некоторые связанные с ними важные понятия.

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.

Логическую структуру хранимых в базе данных называют моделью представления данных. К основным моделям представления данных (моделям данных) относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная.

По способу организации доступа к данным базы данных подразделяют на централизованные и распределенные.

Централизованные БД хранятся в памяти одной машины, но возможен распределенный доступ к ней с различных рабочих станций сети.

Распределенная БД состоит из нескольких частей, хранимых на разных ЭВМ вычислительной сети.

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.

Словарь данных(СД) представляет собой подсистему БнД, предназначенную для централизованного хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов БД друг с другом, типах данных и форматах их представления и т.п.

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.

Вычислительная система(ВС) представляет собой совокупность взаимосвязанных и согласованно действующих ЭВМ или процессоров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и выдачи информации потребителям.

Обслуживающий персоналвыполняет функции поддержания технических и программных средств в работоспособном состоянии. Он проводит профилактические, регламентные, восстановительные и другие работы по планам, а также по мере необходимости.

Классификация СУБД.В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД.

Рассмотрим, какие из имеющихся на рынке программ имеют отношение к БД и в какой мере они связаны с базами данных.

К СУБД относятся следующие основные виды программ:

•средства разработки программ работы с БД.

По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские.

Персональные СУБДобычно обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения зачастую могут выступать в роли клиентской части многопользовательской СУБД. К персональным СУБД, например, относятся VisualFoxPro, Paradox, Clipper, dBase, Access и др.

Многопользовательские СУБДвключают в себя сервер БД и клиентскую часть и, как правило, могут работать в неоднородной вычислительной среде (с разными типами ЭВМ и операционными системами). К многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД Oracle и Informix.

По используемой модели данных СУБД (как и БД), разделяют на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные и другие типы. Некоторые СУБД могут одновременно поддерживать несколько моделей данных.

С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования и удаления) и обработки информации, а также разработки и получения различных выходных документов.

Для работы с хранящейся в базе данных информацией СУБД предоставляет программам и пользователям следующие два типа языков:

- язык описания данных — высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных;

- язык манипулирования данными — совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.

Перечисленные выше функции СУБД, в свою очередь, используют следующие основные функции более низкого уровня, которые назовем низкоуровневыми:

• управление данными во внешней памяти;
•управление буферами оперативной памяти;

• управление транзакциями;

• ведение журнала изменений в БД;

• обеспечение целостности и безопасности БД.

Дадим краткую характеристику необходимости и особенностям реализации перечисленных функций в современных СУБД.

Реализация функции управления данными во внешней памятив разных системах может различаться и на уровне управления ресурсами. В основном методы и алгоритмы управления данными являются «внутренним делом» СУБД и прямого отношения к пользователю не имеют.

Необходимость буферизации данных и как следствие реализации функции управления буферамиоперативной памяти обусловлено тем, что объем оперативной памяти меньше объема внешней памяти.

Буферы представляют собой области оперативной памяти, предназначенные для ускорения обмена между внешней и оперативной памятью. В буферах временно хранятся фрагменты БД, данные из которых предполагается использовать при обращении к СУБД или планируется записать в базу после обработки.

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.

Транзакции присущи три основных свойства:

• атомарность (выполняются все входящие в транзакцию операции или ни одна);

• сериализуемость (отсутствует взаимное влияние выполняемых в одно и то же время транзакций);

• долговечность (даже крах системы не приводит к утрате результатов зафиксированной транзакции).

Примером транзакции является операция перевода денег с одного счета на другой в банковской системе. Здесь необходим, по крайней мере, двухшаговый процесс. Сначала снимают деньги с одного счета, затем добавляют их к другому счету. Если хотя бы одно из действий не выполнится успешно, результат операции окажется неверным и будет нарушен баланс между счетами.

Контроль транзакций важен в однопользовательских и в многопользовательских СУБД, где транзакции могут быть запущены параллельно.

Ведение журнала измененийв БД (журнализация изменений) выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных сбоев и отказов, а также ошибок в программном обеспечении.

Журнал СУБД — это особая БД или часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю и используемая для записи информации обо всех изменениях базы данных. В различных СУБД в журнал могут заноситься записи, соответствующие изменениям в СУБД на разных уровнях: от минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти до логической операции модификации БД (например, вставки записи, удаления столбца, изменения значения в поле) и даже транзакции.

Для эффективной реализации функции ведения журнала изменений в БД необходимо обеспечить повышенную надежность хранения и поддержания в рабочем состоянии самого журнала. Иногда для этого в системе хранят несколько копий журнала.

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

ЦелостностьБД 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.

Обеспечение безопасностидостигается в СУБД шифрованием прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе/данных и к отдельным ее элементам (таблицам, формам, отчетам и т. д).

Архитектура СУБД.

В современных системах БД выделяют 3 уровня представления данных: внешний, концептуальный и внутренний (рис. 1.3). Внешний уровень отражает представление пользователей на БД. Внутренний уровень отражает представление, на котором СУБД и ОС воспринимают данные. Концептуальный (логический) уровень – связан с обобщенным представлением всех пользователей БД ( это взгляд администратора БД).

Внешний уровень – это пользовательский уровень. Пользователем может быть программист, конечный пользователь или администратор БД. Представление с точки зрения пользователя называется внешним представлением. Оно отражает представление пользователя о данных в БД в удобной для него форме (например, для бухгалтерии - это данные о студентах, которым начисляется стипендия, при этом не важно, какие у них оценки. Для деканата данные о тех же студентах будут содержать сведения об их оценках в сессию и т.п.) . Эти частичные представления пользователей о БД называют подсхемой БД. При этом каждый пользователь может использовать свои языковые и программные средства для работы с БД.

Концептуальный уровень является промежуточным уровнем и обеспечивает представление всей БД в абстрактной форме. Описание БД на этом уровне называют концептуальной схемой , которая является результатом концептуального проектирования. Концептуальная схема отражает интересы всех пользователей и представляет собой единое логическое описание всех элементов данных и отношений между ними, образуя логическую структуру всей БД.

Концептуальная схема должна содержать:

· объекты и атрибуты предметной области;

· связи между объектами;

· ограничения, накладываемые на данные;

· семантическую информацию о данных;

· обеспечение безопасности данных;

· поддержку целостности данных.

Концептуальный уровень поддерживает каждое внешнее представление, в том смысле, что любые доступные пользователю данные должны содержаться (или могут быть вычислены) на этом уровне. Однако на этом уровне не содержаться сведения о методах хранения данных.

Внутренний уровень характеризует внутреннее представление. Оно не связано с физическим уровнем, т.к. физический уровень хранения информации обладает существенной индивидуальностью для каждой системы. На внутреннем уровне все эти особенности не учитываются, а вся область хранения представляется как бесконечное линейное адресное пространство. На нижнем уровне находится внутренняя схема, которая является полным описанием внутренней модели данных. Для каждой БД она только одна. Внутренняя схема описывает физическую реализацию и предназначена для достижения оптимальной производительности и обеспечения экономного использования дискового пространства. На внутреннем уровне хранится следующая информация:

· распределение дискового пространства для хранения данных и индексов;

· описание подробностей сохранения записей (типы, размеры элементов данных и др.);

· сведение о размещении записей;

· сведения о сжатии записей и выбранных методах шифрования.

СУБД отвечает за установление соответствия между всеми тремя уровнями и поддержку их непротиворечивости.

В структуре программного комплекса СУБД можно выделить:

Процессор запросов – преобразует запросы в последовательность низкоуровневых инструкций для контроллера БД.

Транслятор с ЯОД – преобразует его команды в набор таблиц, содержащих метаданные. Эта информация хранится в системном каталоге, а управляющая информация – в заголовке файлов.

Транслятор с ЯМД – преобразует внедренные в прикладные программы операторы в вызовы стандартных функций базового языка. Взаимодействует с процессором запросов.

База данных (БД) – это упорядоченное хранение информационных ресурсов в виде объединённых структурированных данных, обеспечивающих быстрый доступ и удобное рациональное взаимодействие между данными.

Банк данных (БнД) – это автоматизированная система, обеспечивающая хранение, накопление, поиск и выдачу информации в совокупности программных и технических средств. Основными элементами банка данных являются база данных и программно-информационные продукты, называемые системой управления базой данных (СУБД).

Использование принципов банка и базы данных предусматривает хранение и использование информации в виде баз данных, где все данные собраны в едином объединённом хранилище и обеспечивается широкий доступ пользователей к различной информации.

Автоматизированные банки данных, информационные базы, их особенности. Технология базы и банка данных является главным направлением организации внутримашинных информационных технологий.

Требования к базам данных как к системе интегрированной информации следующие:

удобство доступа к данным;
устранение избыточной и противоречивой информации в хранилище данных;
безопасность хранения данных в базе;
защищённость данных;
совместное использование для решения большого круга задач предприятия, в том числе и новых;
независимость данных в результате развития информационного обеспечения от изменяющихся внешних условий;
использование организационной формы эксплуатации.

Выполнение указанных требований способствует высокой производительности и эффективности работы пользователей с данными в больших объёмах.

База данных — это активный объект, меняющий информацию при изменении состояния отражаемой предметной области. Данные в базе объединяются в целостную, единую систему, это обеспечивает более производительную работу пользователей с большими объёмами данных.

Банк данных (кроме важнейших составляющих базы данных и СУБД) включает и ряд других элементов.
Технической основой банков данных являются электронно-вычислительные машины, технологии и продукты.

Языковыми средствами являются языки описания данных, языки программирования, языки запросов и др.

Методическими средствами являются рекомендации и инструкции по созданию и функционированию банков данных.

В состав обслуживающего персонала входят инженеры по техническому обслуживанию и ремонту ЭВМ, программисты, административный аппарат, администраторы баз данных. Их основные задачи – управление и контроль за функционированием банка данных, обеспечение взаимодействия и совместимости всех систем и подсистем, а также контроль за качеством информации и удовлетворение информационных потребностей потребителей.

Конечные пользователи являются основными пользователями БнД и БД,т.е. специалисты предприятия.

Банк и база данных могут быть размещены как на одном компьютере, так и распределяться между нескольких компьютеров. При объединении компьютеров в единую систему с помощью локальных сетей данные одного исполнителя будут доступны другим и наоборот.

Банк и база данных, расположенные на одном компьютере, называют локальными, а на нескольких – распределёнными, которые соединены сетями ПЭВМ.

Назначение распределённых банков и баз данных состоит в предоставлении более гибких форм обслуживания большому количеству удалённых пользователей в условиях структурной или географической разобщённости при работе со значительными объёмами информации.

Базы данных при распределённой обработке данных можно разместить в различных узлах компьютерной сети. Следовательно, каждый компонент БД располагается по месту наличия техники и её обработки.

Объективные требования необходимости распределённой формы организации данных, которые предъявляются конечными пользователями:

повышение эффективности управления БД и БнД;
уменьшение времени доступа к информации;
поддержание целостности, логичности и защищённости данных;
централизованное управление распределёнными информационными ресурсами.

Эффективность обмена информацией между базами в распределённых системах баз и банков данных имеет большую актуальность.

Требование оперативности информирования пользователей об изменениях и происходящих событиях управляемых бизнес-процессов диктует синхронизацию и параллельное исполнение во времени отдельных видов работ с информацией.

В крупных организациях, в которых применяются распределённые системы БД и БнД, являющиеся средством автоматизации данного предприятия, появляются новые проблемы. К самым распространённым можно отнести расширение географических размеров системы, увеличение числа пользователей, увеличение физических узлов сети, усложняющее администрирование. Появляется угроза несоответствия данных, которые хранятся в различных частях системы.

Для управления распределёнными БД и БнД применяется так называемое тиражирование данных. Процесс тиражированияпредставляет собой перенос изменений объектов из исходной базы данных в базы данных, которые находятся в различных узлах распределённой системы.

Разграничение доступа пользователей к данным является обязательным при организации работы с распределённой системой данных и их безопасностью, при этом усложняется администрирование в сложных системах. Наиболее удобное и полное управление доступом обеспечивает многоуровневый иерархический подход.

Этапы создания базы и банка данных. Для размещения данных в БД требуется предварительное моделирование – построение логической модели данных. Основная функция логической модели данных — группирование разнообразной информации и выражение её свойств по структуре, связям, содержанию, динамике и объёму с учётом удовлетворения информационных потребностей всех категорий пользователей.

На этапе создания логической модели построения БД вначале происходит выявление объектов, процессов или сущностей предметной области, представляющих интерес для пользователей. К примеру, к объектам можно отнести предприятия, вкладчиков, банки и т.п.

СУБД обеспечивает автоматизацию работы базы данных, которая манипулирует конкретной моделью организации данных на носителях. При построении логической модели данных выбирается один из трёх путей моделирования: реляционный, сетевой или иерархический.

Реляционной моделью называется совокупность таблиц, над которыми выполняются операции, которые формулируются в терминах реляционной алгебры. В настоящее время большое распространение получили реляционные модели, в которых все элементы связаны между собой определёнными связями. Все типы моделей имеют свои недостатки и достоинства. Простота понимания структуры реляционной модели является её основным достоинством.

Иерархической моделью называется структура в виде дерева, выражающаяся вертикальными связями (связи низшего уровня подчиняются высшему). При условии, если все запросы имеют структуру дерева, доступ к необходимой информации будет облегчён.

Сетевой моделью называется структура в виде дерева, выражающая как вертикальные, так и горизонтальные связи подчинения. Направления данных связей не являются определёнными, этот фактор усложняет модель и систему управления базами данных.

Физической моделью БД называется привязка логической модели к техническим и программным средствам. Данная модель осуществляет конечную реализацию процесса создания базы данных.

После определения конечного варианта логической модели определяется весь состав показателей и атрибутов, которые необходимы и удовлетворяют всем запросам для решения намеченной области задач. При этом устанавливаются файлы, в которых определяется ключевая сфера для взаимодействия с другими файлами. В каждой сфере формируются разрядность и тип данных, количество записей в файлах, а также и другие сопутствующие характеристики.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: