Эволюция концепций баз данных

 

Как отмечалось, база данных – это совокупность хранящихся вместе данных. При этом обеспечивается минимальная убыточность данных, что и позволяет использовать эти данные оптимальным образом для одного или нескольких приложений.

Выделим основные свойства баз данных:

1) Данные запоминаются таким образом, чтобы они были независимы от прикладных программ, которые их в дальнейшем используют.

2) Для добавления новых данных и модификации уже существующих применяется общий способ управления данными.

3) Структурирование данных производится с учетом возможности наращивания приложений.

Эволюцию методов хранения данных можно представить в виде следующих этапов.

I -й этап. 60-е гг.

ЛФ                                    ФД

	Вв.-выв.			ЛФ – логический файл ФД – физические данные Ввод-вывод реализован программно.

 

Это так называемая файловая система. Последовательная организация физических данных. Физическая и логическая структуры идентичны. Независимость данных отсутствуют. Схема характеризуется большой избыточностью данных.

 

II -й этап. Конец 60-х

                                                                                Последовательная

ЛФ                                    запись ФД

	Методы доступа
	с адресацией
	данных

 

Реализован последовательный или произвольный доступ к физическим данным. Избыточность остается высокой. Данные используются по-прежнему для одного приложения.

 

III -й этап. Начало 70-х.

Создаются первые системы управления базами данных (СУБД).

 

ЛФ прикладных программ                                         ФД

	Управление
	данными

Различные логические файлы могут быть получены из одних и тех же физических данных. Характерным для этой структуры является возможность использования одних и тех же физических данных различными пользователями. Такой подход позволил уменьшить избыточность данных.

IV этап. Современные базы данных.

                                                                               Физическая база                       

ЛФ                                                                               данных

		Глобальное логическое описание данных или концептуальная схема

Независимость                                                  Независимость             

 логических                                                                физических

данных                                                                     данных  

Программные средства обеспечивают логическую и физическую независимость данных. Принципиальным вопросом является наличие концептуальной схемы, которая не зависит от представления данных или изменения приложения. Для управления используются специальные языки: язык описания данных, язык манипулирования данными.

    Логическая независимость данных означает, что общая логическая структура данных может быть изменена без изменения конкретных приложений.

    Физическая независимость данных означает, что физическое расположение и организация данных могут меняться, однако при этом не изменяется ни концептуальная схема, ни прикладная программа.

    Концептуальная схема образует общее глобальное логическое описание данных. СУБД стремятся к неизменности концептуальной схемы.

 

Требования к банкам данных

 

    Банк данных является частью любой автоматизированной системы такой как САПР, АСУП, АСУТП и т.д. Задачей банка данных является поддержание информационной модели в необходимом состоянии и обеспечении запросов пользователей. Это требует, чтобы в банке данных выполнялись три операции: включить, удалить, изменить. Эти операции обеспечивают хранение и модификацию данных.

    С развитие автоматизированной системы изменяется состав объектов предметной области, изменяются связи между ними. Все это должно находить отражение в информационной системе. Т.о., организация банка данных должна быть гибкой. Покажем место банка данных в составе автоматизированной системы.

 

		Источники информации для автоматизированной системы
Входная информация			Банк       Модель данных  предметной                 области					Другие источники информации
Сбор информации			Выходная информация				Функциональная часть автоматизированной системы (прогнозирование, анализ, принятие решения)
Предметная область			Реализация решений		Решения

 

    При проектировании банка данных необходимо учитывать два аспекта обеспечения запросов пользователя.

    1) Определение границ конкретной предметной области и разработка информационной модели. Отметим, что банк данных должен обеспечивать информацией всю систему как в настоящем, так и в будущем с учетом ее развития.

    2) Разработка банка данных должна ориентироваться на эффективное обслуживание запросов пользователей. В связи с этим необходимо анализировать типы и виды запросов пользователей. Также необходимо анализировать функциональные задачи автоматизированной системы, для которой этот банк будет являться источником информации.

    Пользователи банка данных различаются по следующим признакам:

· по признаку постоянства общения с банком. Пользователи: постоянные и разовые;

· по уровню допуска. Часть данных должна быть защищена;

· по форме представления запросов. Запросы могут давать программисты, непрограммисты, пользователи задачи.

В связи с большой разнородностью пользователей в банке данных предусматривается специальное средство, позволяющее привести все запросы к единой терминологии. Это средство называется словарь данных.

Выделим основные требования, которым должен отвечать банк данных со стороны внешних пользователей. Банк данных должен:

1. Обеспечивать возможность хранения и модификации больших объемов многоаспектной информации. Удовлетворять сегодняшним и вновь возникающим требованиям со стороны пользователя.

2. Обеспечивать заданные уровни достоверности и непротиворечивости хранимой информации.

3. Обеспечивать доступ к данным только тех пользователей, которые имеют соответствующие полномочия.

4. Обеспечивать возможность поиска информации по произвольной группе признаков.

5. Удовлетворять заданным требованиям производительности при обработке запросов.

6. Иметь возможность реорганизации и расширения при изменении границ предметной области.

7. Обеспечивать выдачу информации пользователю в различной форме.

8. Обеспечивать возможность одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей.

Для удовлетворения этих требований необходимо вводить централизованное управление данными.

Выделим основные преимущества централизованного управления данными по сравнению с ранее используемым обеспечением.

1) Сокращение избыточности хранимых данных. Данные, которые используются несколькими приложениями структурируются (интегрируются) и хранятся в единственном экземпляре.

2) Устранение противоречивости хранимых данных. В связи с безизбыточностью данных устраняется ситуация, когда при фактическом изменении данного оно кажется измененным не во всех записях.

3) Многоаспектное использование данных при однократном их вводе.

4) Комплексная оптимизация на основе анализа требований пользователя. Выбираются такие структуры данных, которые обеспечивают наилучшее обслуживание.

5) Обеспечение возможности стандартизации. При этом облегчается обмен данными с другими автоматизированными системами, а также процедуры контроля и восстановления данными.

6) Обеспечение возможности санкционированного доступа к данным, т.е. наличие механизмов защиты данных.

Следует подчеркнуть, что основной проблемой централизованного управления данными является обеспечение независимости прикладных программ от данных. Это объясняется тем, что интеграция данных, оптимизация структур данных требуют изменения хранимого представления данных и метода доступа к данным.

Вывод: Главной отличительной чертой банка данных является наличие централизованного управления данными.

Структура банка данных

Банк данных является автоматизированной системой. Основными компонентами которой являются: база данных, система управления базой данных, администратор базы данных, словарь данных, вычислительная система и обслуживающий персонал.

 

Банк данных

Вычисли-тельная система

База дан-ных

Система управления базой данных

Словарь данных

Админист-ратор базы данных

Обслужи-вающий персонал

Операции-онная система

Техничес-кие средства

 

Рассмотрим некоторые компоненты этой структуры.

База данных – это даталогическое представление информационной модели предметной области.

СУБД – это специальный пакет программ с помощью которого реализуется централизованное управление базой данных и обеспечивается доступ к данным. В каждой СУБД имеются трансляторы или интерпретаторы с языка описания данных (ЯОД) и языка манипулирования данными (ЯМД), которые едины для всего банка.

Схема данного – это описание структуры данных на каком-либо формализованном языке.

Язык описания данных – это язык высокого уровня, который предназначен для задания схемы базы данных. С его помощью описываются типы данных, их структура и связи между данными. В соответствии с полученным описанием данных СУБД может найти в базе требуемые данные, преобразовать их требуемым образом и передать их, например, в прикладную программу.

Язык манипулирования данными – представляет собой систему команд, таких как сортировка, добавление, удаление, поиск и т.д.

Схему взаимодействия прикладной программы с СУБД можно представить в виде:

 

Прикладная программа		СУБД
START . . . .		. . . . . .
Рабочая область

Инициализация передачи

данных и их редактирование

 

СУБД на основе запроса прикладной программы, сформулированного на языке манипулирования данными, находит в базе требуемые данные, преобразует их и предает пользователю.

    Отметим, что именно в СУБД используются средства защиты данных как от сбоев технических средств, так и несанкционированного доступа. Наиболее простыми средствами защиты являются пароли файлов, в больших системах, как правило, применяются сложные программные процедуры защиты.  

Словарь данных – это специальная система в банке данных, которая предназначена для хранения единообразной централизованной информации обо всех ресурсах конкретного банка данных.

 

В словаре содержатся следующие сведения:

- об объектах, их свойствах и отношениях для конкретной предметной области;

- о данных, хранимых в базе: наименование, структура этих данных;

- коды защиты данных;

- источники информации и т.д.

 

Словарь позволяет уменьшить избыточность и противоречивость данных, использовать единую терминологию для данной предметной области.

Администратор базы данных – это лицо или группа лиц, которые реализуют управление базой данных. Если рассматривать банк данных как систему управления, то в качестве объекта управления выступает база данных, а в качестве управляющего органа – группа специалистов. Поэтому банк данных рассматривают как автоматизированную систему.

Основная функция администратора базы данных – это обеспечение структур данных, взаимосвязи между ними в форме удобной для конкретного пользователя, т.е. выполнение функции администрирования. Важнейшим требованием для эффективной работы администратора базы данных является независимость прикладных программ от самих данных. В основе метода обеспечения независимости лежит следующая идея: пользователям системы требуется информационное содержание данных, а не детали и особенности их построения в ЭВМ. Поэтому эти подробности в прикладную программу не помещают. Вся эта информация реализуется через языки ЯМД и ЯОД, либо через специализированные языки запросов.