Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Понятие базы данных, СУБД и информационной системы

База данных – совокупность структурированных, взаимосвязанных, динамически обновляемых данных определенной предметной области.

Предметная область – часть реального мира (например, промышленное предприятие, учебное заведение, организация, работающая в сфере услуг и т.д.), подлежащая изучению с целью ее автоматизации. Если предметная уже автоматизирована, хотя бы частично, но требуется провести мероприятия по реорганизации существующей автоматизированной системы, иногда применяют термин проблемная область.

Любая предметная область несет в себе огромное количество информации, часть которой, полезную с точки зрения персонала, можно четко выделить, структурировать и сохранить на электронном носителе с целью последующего эффективного поиска и обработки. Структурированная информация предметной области, хранимая на электронном носителе, представляет собой данные.

Некоторую часть информации предметной области можно сформулировать в виде бизнес-правил — формальных правил, которые учитываются при определении связей между элементами данных. Так формируется база данных, которую можно считать информационной моделью предметной области. Схематически это показано на рис.1.1.

Рис.1.1 - Предметная область и база данных

По степени структурированности информации различают документо-ориентированные и фактографические базы данных. Документо-ориентированные базы содержат слабоструктурированные данные, обычно представленные в виде текстовых документов различных форматов. Фактографические базы данных содержат четко структурированную совокупность данных, основанную на известных в программировании структурах данных.

Способ организации данных и связей в фактографической базе данных называют моделью данных. Более строгое определение модели данных содержится в разделе1.3.

База данных (БД) вместе с поддерживающим ее программным обеспечением (ПО) образует информационную систему (ИС). Коротко это можно записать в виде простой формулы БД + ПО= ИС.

Некоторые авторы понимают информационную систему более широко, включая в это понятие еще технические средства и обслуживающий персонал. Иногда встречается и более узкая трактовка информационной системы как совокупность данных и набор программных средств для решения конкретной прикладной задачи, например, задачи бухгалтерского или складского учета.

Классификация ИС

По назначению можно выделить несколько классов ИС:

· ИПС – информационно-поисковые системы. Служат для эффективного поиска информации (примером являются поисковые серверы Интернет);

· УИС (ЭИС) — управляющие (экономические) информационные системы. Такие системы предназначены для автоматизации отдельных функций управления каким-либо экономическим объектом (подразделением, предприятием, корпорацией), поэтому являются важнейшей частью АСУП (автоматизированной системы управления предприятием). УИС, как правило, содержат подсистему учета данных, отражающих все основные факты деятельности предприятия, и подсистему анализа накопленных данных, которая позволяет руководству предприятия принять грамотное управленческое решение. Такие системы называются системами поддержки принятия решений (СППР).

· ЭС — экспертные системы. Способны на самостоятельное принятие решений, т к. имеют в своем составе базу знаний, позволяющую получать новые знания на основе уже имеющихся.

По предметной области ИС можно разделить на системы, используемые в производстве, образовании, здравоохранении, науке, военном деле, социальной сфере, торговле и других отраслях.

Состав ИС, персонал, взаимодействующий с системой

Программное обеспечение (ПО) для поддержки базы данных неоднородно. Обычно все ПО подразделяют на базовое и прикладное (ПрПО).

Базовое ПО включает операционную систему (ОС), которая непосредственно осуществляет доступ к данным на диске, а также специальный комплекс дополнительных программных средств, которые получили название системы управления базами данных. Можно рассматривать СУБД как некоторую надстройку над ОС, которая значительно расширяет стандартные возможности ОС по управлению данными.

ПрПО включает программы (приложения), специфичные для конкретной предметной области, которые решают все прикладные задачи, необходимые пользователям системы. Все прикладные программы взаимодействуют с базой данных только через СУБД. Взаимодействие программных компонентов информационной системы, а также круга лиц, взаимодействующих с системой, схематически показано на рис. 1.2.

Рис.1.2 - Состав ИС, персонал, взаимодействующий с ИС

Здесь под обычными пользователями понимаются специалисты предметной области, которые используют ИС для автоматизации определенной части своей деятельности (иногда их называют конечными пользователями). Они взаимодействуют с БД только через ПрПО. При установке нового ПрПО пользователи проходят курс обучения по его правильному использованию.

Выделим (чисто условно) часть пользователей в группу, которую назовем «продвинутыми» (квалифицированными) пользователями. Представители этой группы имеют некоторое образование в области компьютерных технологий и способны обращаться напрямую к функциям СУБД, если им предоставлены такие права. Для этой цели в СУБД есть различные средства взаимодействия с пользователями, основным из которых является стандартизированный язык запросов к базе данных SQL (подробное описание с примерами содержится в главе 4). Однако основную часть своей работы любые пользователи предпочитают выполнять с удобством, которое им предоставляет ПрПО.

Для успешной работы пользователей системы группа разработчиков подготовила ПрПО и осуществляет его сопровождение. Представители этой группы имеют основное образование в области программирования и компьютерных технологий, они имеют знания в области доступа к базам данных и навыки работы с инструментальными средствами разработки приложений баз данных. Отдельно выделим специалистов в области проектирования структур баз данных. Вопросы проектирования БД подробно обсуждаются в главе 3.

Наконец, немаловажную роль в обеспечении бесперебойного функционирования системы играет администратор базы данных (АБД, это может быть один человек или группа лиц). АБД несет ответственность за безопасность и целостность всех данных и осуществляет такие функции, как разграничение доступа пользователей и аудит их действий, регулярное резервное копирование данных и восстановление БД в случае сбоев, обеспечение приемлемой производительности системы, целостности данных и т.д. Этим вопросам посвящена глава 5.

База данных и СУБД

Современные базы данных самодостаточны и относительно независимы от прикладного ПО (на рис. 1.2. видно, что некоторые пользователи работают с базой данных непосредственно через СУБД, минуя слой ПрПО). Такая возможность достигается за счет того, что в современной базе данных хранятся не только сами данные, но и их описание (метаданные, т. е. данные над данными), а также некоторый программный код для обработки данных (рис.1.3).

Рис. 1.3 - Состав БД

Часть БД, в которой хранятся метаданные, получила название словаря данных (СД). Словарь данных в том или ином виде присутствует в любой базе данных, независимо от используемой модели данных. Для каждого элемента данных в СД хранится его уникальное имя, тип, размер и некоторые другие свойства. Интересно, что в реляционных базах данных все элементы словаря данных хранятся в таблицах, также как и данные, а для манипулирования элементами словаря используются те же самые реляционные операции, что и для данных.

Дополнительной возможностью, которая поддерживается большинством ведущих производителей СУБД, является хранение программного кода для обработки данных непосредственно в базе данных вместе с данными и метаданными. Более подробная информация о составе базы данных и хранимом програмном коде содержится в главе 4.

СУБД – комплекс программных и языковых средств для создания, ведения и коллективного использования базы данных. В таблице 1.1 приведен список основных функций СУБД, а также языковые и программные средства СУБД, необходимые для реализации каждой функции.

Таблица 1.1 Функции СУБД и средства для их реализации

Функции СУБД:	Языковые средства	Программные средства
1) создание БД и модификация метаданных	язык DDL (data definition language) в переводе ЯОД (язык определения данных)	Процессор DDL
2) Заполнение БД и обновление данных 3) Извлечение данных (выборка)	язык DML (data manipulation language) в переводе ЯМД (язык манипулирования данными)	Оптимизатор запросов (Query Optimizer)— разработка оптимального плана исполнения запроса пользователя, процессор базы данных (DB Engine)— исполнение запроса по плану
4) Обработка данных	Средства разработки хранимого кода - язык высокого уровня, дополненный командами DML или встроенный язык СУБД	Компилятор языка программирования, процессор базы данных
5) Обеспечение целостности данных	Правила поддержки целостности (ограничения) в языке DDL, возможность встраивать поддержку целостности в хранимый код	Процессор базы данных, встроенные средства проверки целостности
5) Обеспечение безопасности данных(разграничение доступа пользователей и аудит их действий)	Система команд управления доступом к данным	Подсистема безопасности
6) Организация коллективного доступа к данным (параллелизм)	Система команд для поддержки транзакций и управления блокировками	Монитор транзакций, подсистема блокировок
7) Резервное копирование и восстановление		Утилиты резервного копирования, встроенные средства восстановления БД

1.1.3 Принципы построения информационных систем

Обобщим материал предыдущих разделов, выделив основные принципы. Все принципы очень тесно взаимосвязаны и вытекают одно из другого, поэтому приведенное ниже разделение будем считать условным.

1. Принцип интегрированности

Принцип состоит в том, что существует одна единая интегрированная БД для всей предметной области (рис.1.4), которая совместно используется персоналом, при этом одновременно может быть запущено множество приложений (на рисунке П1, П2 и т.д.) с различной функциональностью.

Так, все подразделения одного предприятия исполняют различные функции, но имеют очень тесные информационные связи, поэтому автономная автоматизация каждого подразделения на основе отдельных БД (так называемая «кусочная» автоматизация предприятия) приводит к дублированию данных, избыточным операциям ручного ввода в различных подразделениях, что может привести к нестыковкам данных вследствие ошибок ввода и другим негативным последствиям.

Рис. 1.4 - Интегрированная информационная система

В противоположность «кусочной» автоматизации, автоматизация на основе интегрированной информационной системы имеет ряд очень существенных положительных моментов.

· В интегрированной системе может быть достигнута минимальная избыточность (отсутствие дублирования) данных. Этот принцип обычно формулируется так: «Каждый факт - в одном месте». В реляционной базе данных некоторая избыточность вносится только для установления связей между таблицами с помощью одинаковых столбцов. Более подробная информация об этом содержится в главе 3 «Проектирование базы данных»

· В интегрированной системе легче добиться непротиворечивости (целостности) данных, т.к. ввиду отсутствия дублирования данных нет и их нестыковок. Имеется возможность контролировать целостность данных встроенными средствами СУБД, более подробная информация об этом содержится в разделе 2.1.

· В интегрированной системе удобнее выполнять поиск и обработку данных, можно выполнять любые виды обработки и анализа данных.

· Для интегрированной ИС проще решается проблема резервного копирования данных и восстановления поврежденных данных, так как эту задачу можно возложить на одного человека (АБД), который будет нести персональную ответственность за сохранность всех корпоративных данных.

Следует отметить, что предприятия, имеющие территориально распределенную структуру, обычно используют так называемые распределенные базы данных, в которых отдельные элементы базы данных физически располагаются в различных узлах корпоративной сети. Тем не менее, распределенные базы данных проектируются таким образом, чтобы не нарушать принципа интегрированности.

2. Принцип независимости прикладного программного обеспечения от способа организации данных.

Между данными и прикладным программным обеспечением ИС находится, как минимум, два слоя базового программного обеспечения – операционная система и СУБД, которые берут на себя все низкоуровневые функции управления данными. Поэтому база данных может функционировать и вообще без ПрПО, а одно и то же ПрПО может взаимодействовать с базами данных, имеющими различную физическую организацию.

Различают следующие уровни независимости:

а) логическая независимость – можно вносить некоторые изменения в структуру уже заполненной базы данных без коренной переделки прикладного программного обеспечения, например, можно добавить новые столбцы в уже заполненную таблицу базы данных, при этом все приложения не потеряют работоспособности, однако при удалении столбцов, а тем более таблиц некоторые приложения работать не смогут;

б) физическая независимость – может быть изменен физический формат хранения данных, т.е. переход на новую СУБД или новую версию СУБД, без коренной переделки прикладного программного обеспечения (ПрПО о физическом формате хранения данных вообще ничего «не знает», поскольку работает с данными на логическом уровне).

3. Принципы масштабируемости и переносимости

Данные принципы вытекают из принципа независимости данных и ПрПО. Принцип масштабируемостиследует рассматривать в трех аспектах:

а) возможность неограниченного наращивания размеров БД;

б) неограниченное увеличение количества пользователей;

в) неограниченное увеличение количества приложений.

В определенный момент времени существующее базовое ПО перестанет удовлетворять требованиям эффективного управления возросшим количеством данных, или не сможет обеспечить приемлемую скорость работы для увеличившегося количества пользователей, поэтому возникнет необходимость перенести данные на новую платформу, что должно быть выполнено без потери информации и коренной переделки ПрПО. Это свойство ИС называется переносимостью.

Концепция открытых систем предлагает в качестве механизма воплощения в жизнь перечисленных выше принципов использовать общепризнанные международные стандарты, регламентирующие все аспекты функционирования информационной системы. В настоящее время имеющиеся стандарты открытых систем позволяют разворачивать интегрированные гетерогенные информационные системы, основанные на использовании разнородного программного обеспечения, обеспечивать их масштабируемость и переносимость.

Далее рассмотрим архитектуры информационных систем подробнее.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒