Понятие базы данных

     СОДЕРЖАНИЕ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 Понятие базы и банка данных 

     Развитие  вычислительной техники и появление  емких 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.

     Другими направлениями 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 и 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.

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

     Базы  данных (БД) - это именованная совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношения в рассматриваемой  предметной области. Характерной чертой баз данных является постоянство: данные постоянно накапливаются и используются; состав и структура данных, необходимы 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 проявления 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 управлением  СУБД. Все остальные данные 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 состав банка данных может входить и система управления архивами.

     Эффективное управление внешней памятью являются 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 по тому, 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 разных пользователей. Основные требования, предъявляемые к банкам данных, можно сформулировать так:

     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, должны обрабатываться с  помощью высокоуровневого языка  запросов, а не только прикладными  программами, написанными с целью обработки конкретных запросов.

     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 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 изолированными 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. 

     2 Типы, структуры и модели базы данных 

      БД  должна содержать все обрабатываемые в автоматизированной системе первичные  данные. При этом, не допускается  дублирование данных, т.е. описание любого объекта предметной области должно храниться только в одном месте. Каждая БД строится в соответствии с определенной моделью данных.

      Модель  данных - совокупность методов и средств, в соответствии с которыми данные структурируются и выполняются операции над этими данными.

     Модель  базы данныхвключает, по меньшей мере, три аспекта:

     1) аспект структуры: методы описания типов и логических структур данных в базе данных;

     2) аспект манипуляции: методы манипулирования данными;

     3) аспект целостности: методы описания и поддержки целостности базы данных.

     Аспект  структуры определяет, что из себя логически представляет база данных, аспект манипуляции определяет способы перехода между состояниями базы данных (то есть способы модификации данных) и способы извлечения данных из базы данных, аспект целостности определяет средства описаний корректных состояний базы данных.

     Наиболее  распространены следующие модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная, объектная.

     Чаще всего на практике используются реляционные БД. Однако, в последние несколько лет серьезно развиваются объектные БД, основная область применения которых сейчас – автоматизация проектно-конструкторской деятельности.

     В иерархической модели связи между  данными можно описать с помощью упорядоченного графа (или дерева). Для описания структуры (схемы) иерархической БД на некотором языке программирования используется тип данных «дерево». Тип «дерево» является составным. Он включает в себя подтипы («поддеревья»), каждый из которых, в свою очередь, является типом «дерево». Каждый из типов «дерево» состоит из одного «корневого» типа и упорядоченного набора (возможно, пустого) подчиненных типов. Каждый из элементарных типов, включенных в тип «дерево», является простым или составным типом «запись». Простая «запись» состоит из одного типа, например числового, а составная «запись» объединяет некоторую совокупность типов, например, целое, строку символов и указатель (ссылку).

     Корневым  называется тип, который имеет подчиненные типы и сам не является подтипом. Подчиненный тип (подтип) является потомком по отношению к типу, который выступает для него в роли предка (родителя). Потомки одного и того же типа являются близнецами по отношению друг к другу.

     В целом тип «дерево» представляет собой иерархически организованный набор типов «запись».

     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.