Понятие баз данных: классификация, основные характеристики

Банк данных – это система специальным образом организованных данных, предназначенных для централизованного накопления и коллективного многоцелевого их использования. Компонентами банка данных являютсябаза данных,система управления базой данных (СУБД),вычислительная система (операционная система и технические средства),словарь данных (база метаданных), администратор базы данныхи обслуживающий персонал.

База данных – это информационная модель предметной области, которая состоит из совокупности взаимосвязанных, хранящихся данных минимальной избыточности и используемых для решения задач пользователя.

СУБД – это программа, реализующая управление данными, хранимыми в базе, доступ к ним, поддержку их в актуальном состоянии.

Классификация СУБД. СУБД можно классифицировать по способу установления связей между данными, по характеру выполняемых ими функций, сфере применения, по числу поддерживаемых моделей данных, по характеру используемого языка общения с базой данных и другим параметрам.

По способу установления связей между данными различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных. По выполняемым функциям СУБД подразделяются на операционные и информационные. По сфере применения они могут быть универсальными и проблемно-ориентированными. По используемому языку общения СУБД делятся на замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с базами данных, и открытые, в которых для общения с базой данных используется язык программирования, расширенный операторами языка манипулирования данными. По числу поддерживаемых уровней моделей данных СУБД подразделяются на одно-, двух-, трехуровневые системы. По способу хранения данных и выполнения функций обработки базы данных они могут быть централизованные и распределенные.

Наибольшее распространение в настоящее время получили СУБД Access, FoxPro, Paradox, SQLServer и Oracle.

Основными характеристиками при оценке и выборе СУБД являются:  производительность; обеспечение целостности данных на уровне баз данных; обеспечение безопасности данных; возможность работы в многопользовательских средах; возможность импорта и экспорта данных; обеспечение доступа к данным с помощью языка SQL; возможность составления запросов; наличие инструментальных средств разработки прикладных программ.

Производительность СУБД может оцениватьсявременем выполнения запросов, скоростью поиска информации, временем импортирования баз данных из других форматов, скоростью выполнения операций обновления, вставки, удаления, временем генерации отчёта и другими показателями.

Безопасность данных достигаетсяшифрованием прикладных программ и данных, защитой паролем, ограничением доступа к базе данных.

Целостность данных. В терминах целостности базы данных, администратор обязан следить за тем, чтобы между базой данных и её определением в словаре данных существовало соответствие. Администратор должен поддерживать средства ограничения обновления базы данных, которые позволяют обновлять данные только правомочным пользователям.

В СУБД поддерживается свой набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной их замены.

        6.2. Технология работы в СУБД

Технология работы в СУБД включает в себя следующие этапы.

1. Создание структуры базы данных, т.е. определение перечня полей, составляющих запись, типов и размеров полей (числовой, текстовый и т.д.).

2. Установка ключевых полей для обеспечения связей между данными.

3. Ввод и редактирование данных с помощью формы в виде таблицы или с помощью экранных форм, специально создаваемых пользователем.

4. Обработка данных, содержащихся в таблицах, на основе запросов.

5. Вывод информации с использованием отчетов и без них.

СУБД включает следующий стандартный набор команд.

Команды для работы с файлами обеспечивают: создание новых объектов баз данных; сохранение и переименование ранее созданных объектов; вывод на принтер объектов баз данных и другое.

Команды редактирования обеспечивают:перемещение,копирование, удаление объектов;вставку рисунков, диаграмм, объектов, созданных в других программных средах; установление связей между объектами; нахождение и замену определенного пользователем контекста.

Команды форматирования обеспечивают:выравнивание данных;установку различных видов шрифтов;выбор толщины линий, высоты букв, фона и др.Если не заданы параметры форматирования, то действуют параметры, принятые по умолчанию.

Команды для работы с окнами обеспечивают:работу сразу с несколькими таблицами;изменение расположения и размеров окна;деление одной большой таблицы на части и фиксацию отдельных частей таблицы.

Система помощи представлена электронным справочником, выдающим информацию в зависимости от ситуации, в которой оказался пользователь.

 

             6.3. Модели баз данных

Классификация моделей данных базируется на понятиях о взаимосвязи объектов. Между таблицами базами данных могут существовать четыре типа различных связей: «один к одному»; «один ко многим»; «многие ко многим».

При отношении «один к одному» в каждый момент времени одной записи таблицы «1» соответствует не более одной записи таблицы «2». Например, одному клиенту соответствует только один номер в гостинице. Этот тип связи используют не очень часто, поскольку такие данные могут быть помещены в одну таблицу. Такую связь используют для разделения очень широких таблиц, например, для разделения таблицы с информацией о сотрудниках фирмы на две – служебной и личной информацией.

Связь с отношением «один ко многим» характеризует то, что одному экземпляру информационного объекта «1» соответствует 0,1,2 и более экземпляров объекта «2». Такое отношение существует, например, между таблицами «Поставщики» и «Товары», т.е. каждый поставщик может продавать различные товары, но у каждого товара есть единственный поставщик.

Отношение «многие ко многим» предполагает, что в каждый момент времени одной записи таблицы «1» соответствует несколько экземпляров таблицы «2» и наоборот. Примером может служить связь между информационными объектами «Клиент» и «Банк». Один клиент хранит средства во многих банках. Один банк обслуживает многих клиентов. Реализуется отношение с помощью третьей (связующей) таблицы, ключ которой состоит, по крайней мере, из двух полей, которые являются полями внешнего ключа в исходных таблицах.

Известны три основных типа моделей данных.

Иерархическая модель. Предполагает организацию данных в виде древовидной структуры. Дерево представляет собой иерархию элементов. На самом верхнем уровне структуры находится корень дерева. У одного дерева может быть только один корень, остальные - узлы, называемые порожденными. Каждый узел имеет исходный, находящийся выше него.

Иерархическая базой данных представляет собой как множество отношений и веерных отношений, для которых соблюдаются два ограничения: существует единственное отношение, называемое корневым, которое не является зависимым ни в одном веерном отношении; все остальные отношения (кроме корневого) являются зависимыми отношениями только в одном веерном отношении.

Записью иерархической БД называется множество значений, содержащее одно значение корневого отношения и все вееры, доступные от него. В нашем примере запись образуют данные, относящиеся к одному факультету.

Сетевая модель. В основу модели положены сетевые структуры, в которых любой элемент может быть связан с любым другим элементом. Информационными конструкциями в модели являются отношения и веерные отношения. Последние подразделяют на основные и зависимые. Веерным отношением W(R, S) называется пара отношений R и S и связь между ними при условии, что каждое значение S связано с единственным значением R. Отношение R называют исходным (основным), а S - порожденным (зависимым).

В структуру основного и зависимого отношений вводится дополнительный атрибут, называемый адресом связи, который обеспечивает соответствие каждого значения зависимого отношения S с единственным значением основного отношения R. Адрес связи хранит начальный адрес или номер следующей обрабатываемой записи. Кольцевая структура адресов связи называется веером. Роль "ручки" веера играет запись основного отношения.

Недостатком рассмотренных выше моделей данных является то, что при добавлении новых вершин или установлении новых связей возникают проблемы выгрузки данных из базы и загрузки их в новую структуру. При этом возможна утрата данных или возникновения неопределенных значений данных.

Реляционная модель. В основе структуры данных этоймодели лежит аппарат реляционной алгебры и теории нормализации. Модель предполагает использование двумерных таблиц (отношений).

Ограничения на отношения реляционной модели: каждый элемент таблицы представляет собой простой элемент данных; в таблице нет одинаковых строк; столбцам (полям) присвоены уникальные имена; все строки таблицы имеют одну и ту же структуру; в таблице порядок строк и столбцов произволен.

Связь между таблицами осуществляется посредством значений одного или нескольких совпадающих полей. Каждая строка таблицы в реляционных базах данных уникальна. Для обеспечения уникальности строк используют ключи, которые содержат одно или несколько полей таблицы. Ключи хранятся в упорядоченном виде, что обеспечивает прямой доступ к записям таблицы во время поиска.