 |
База данных как автоматизированная система
|
|
|
|
Структура автоматизированной базы данных представлена на рисунке.
Автоматизированная база данных включает следующие основные компоненты: банк данных, система управления базой данных (СУБД) с ее программным обеспечением, администратор базы данных (АБД), словарь данных, вычислительная система, обслуживающий персонал.
Банк данных - это датологическое представление информационной модели предметной области. Это определение является обобщенным.
Система управления базой данных (СУБД) представляет собой специальный пакет программ, посредством которого реализуется централизованное управление базой данных и обеспечивается доступ к данным. В каждой СУБД имеется свой транслятор, обеспечивающий описание и манипулирование данными.
Система управления базами данных (СУБД) Access. Программное обеспечение, используемое для организации, анализа и изменения сведений, которые хранятся в базе данных. Сервер Microsoft SQL и ядро базы данных Microsoft Jet являются примерами систем управления базами данных.
Ядро базы данных Microsoft Jet - компонент СУБД Microsoft Access, выполняющий загрузку и сохранение данных в базах данных пользователей и в системных базах данных. Ядро Jet можно рассматривать как диспетчер данных, на основе которого строятся СУБД, такие как Microsoft Access.
В функции СУБД входит управление:
- доступом: система по запросу пользователя определяет описание схемы, подсхемы и физического представления, физические записи, отвечающие запросу, выдает команду считывания этих записей операционной системе, получив требуемые физические записи, выделяет нужные логические записи и передает пользователю вместе с информацией о результатах доступа;
- модификациями: система, получив требование на модификацию данных, определяет правомочность требования, находит все данные (при этом учитывается и возможная избыточность), и изменяет их;
- одновременным доступом: система может одновременно работать с несколькими пользователями; при этом необходимо гарантировать, что ответ на каждый из запросов не будет содержать противоречивых данных, то есть, что одновременно работающие пользователи не "помешают" друг другу;
- надежностью: система должна обеспечивать восстановление базы данных после сбоев оборудования;
- защитой данных: система должна обеспечивать защиту данных от несанкционированного доступа.
|
|
|
Рассмотрим ряд классификационных признаков, относящихся к СУБД.
Системы управления базами данных подразделяются по языковым средствам на открытые и замкнутые.
Открытые СУБД - это системы, в которых для обращения к базам данных используются универсальные языки программирования.
Замкнутые СУБД имеют собственные языки общения с пользователями (применяются чаще).
По выполняемым функциям СУБД делятся на информационные и операционные.
Информационные СУБД позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Для выполнения более сложной обработки необходимо писать специальные программы.
Операционные СУБД выполняют достаточно сложную обработку, например, изменение алгоритмов обработки данных.
По сфере применения различают универсальные и специализированные СУБД.
В зависимости от ее особенностей СУБД поддерживает тот или иной язык манипулирования данными. Эти языки, в свою очередь, подразделяются на две большие группы: процедурные и непроцедурные ( или декларативные ).
При пользовании процедурными языками надо указывать, какие действия надо выполнить и над какими объектами, чтобы получить результат. Процедурные языки различаются по основным информационным единицам, которыми они манипулируют. Это языки, ориентированные на позаписную обработку данных, и языки, ориентированные на операции над множеством записей.
|
|
|
В непроцедурных языках указывается, что надо получить в ответе, а не как этого достичь. Примерами непроцедурных языков являются языки, основанные на реляционном исчислении. Операции реляционной алгебры оперируют целиком отношением, а не каждой его записью. Представителем языков, основанных на реляционном исчислении, является язык запросов SQL.
Язык SQL (Structured Query Language) - язык программирования, предназначенный для выполнения запросов, обработки данных и управления реляционными базами данных. Каждому запросу Microsoft Access соответствует эквивалентная инструкция SQL, для просмотра которой следует перейти в окно режима SQL. Это окно открывается командой Режим SQL в меню Вид или командами подменю Запрос SQL в меню Запрос. Инструкция SQL SELECT может быть использована в Microsoft Access во всех случаях, когда требуется указать имя таблицы, запроса или поля. Например, для заполнения списка в элементе управления - списке значениями поля можно указать в свойстве "Данные" соответствующую инструкцию SELECT.
Администратор базы данных (АБД). Функционирование базы данных невозможно без участия специалистов, обеспечивающих создание, функционирование и развитие БД. Администратор базы данных - это лицо или группа лиц, реализующее управление базой данных
Автоматизированная база данных является постоянно развивающейся системой, которая требует постоянных корректировок, что и должен выполнять специалист.
Основными функциями администратора БД являются:
- реализация действий по ведению БД с учетом текущих и перспективных требований пользователей,
- решение вопросов, связанных с расширением БД,
- реализация мер по обеспечению защиты данных от их несанкционированного использования,
- выполнение работ по ведению словаря данных, контроля за избыточностью, противоречивостью и достоверностью данных,
- реализация вопросов технического обеспечения системы, разработка дополнительного программного обеспечения для улучшения технико-эксплуатационных характеристик системы и др.
Таким образом, база данных является сложной человеко-машинной системой. В эту систему включаются следующие взаимосвязанные компоненты:
|
|
|
· информационная компонента. Ядром базы данных является банк данных, который представляет собой поименованную совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД. Централизованное хранилище информации называется словарь данных или репозиторий;
· программные средства - обеспечивают взаимодействие всех частей информационной системы. Основу программных средств представляет СУБД - система управления базой данных. Как правило, СУБД работает в среде универсальных операционных систем и взаимодействует с ОС при обработке обращений к базе данных. Поэтому можно считать, что ОС также входит в состав базы данных. Для обработки запросов к базе данных пишутся соответствующие программы, которые представляют собой прикладное программное обеспечение базы данных;
· языковые средства - обеспечивают интерфейс пользователей с базой данных. Языковые средства СУБД относятся к языкам 4-го поколения (1-е поколение - машинные языки, 2-е поколение - языки ассемблера (символьные), 3-е поколение - алгоритмические языки (PL, Pascal));
- технические средства - в качестве технических средств используются ЭВМ, периферийные устройства ввода-вывода информации, технические средства, обеспечивающие работу в сети.
Основные подходы к разработке информационного обеспечения САПР
Архитектура СУБД
СУБД должна предоставлять доступ к данным любым пользователям, включая и тех, которые практически не имеют представления:
· о физическом размещении данных и их описаний в памяти ЭВМ;
· о механизмах поиска запрашиваемых данных;
· о проблемах, возникающих при одновременном запросе одних и тех же данных многими пользователями (прикладными программами);
· о способах обеспечения защиты данных от некорректных обновлений и (или) несанкционированного доступа;
· о поддержании баз данных в актуальном состоянии,
и ряде других функций СУБД.
При выполнении основных из этих функций СУБД должна использовать различные описания данных. А как создавать эти описания?
|
|
|
Естественно, что проект базы данных надо начинать с анализа предметной области и выявления требований к ней отдельных пользователей (сотрудников организации, для которых создается база данных). Подробнее этот процесс будет рассмотрен ниже, а здесь отметим, что проектирование обычно поручается человеку (группе лиц) – администратору базы данных (АБД). Им может быть, как специально выделенный сотрудник организации, так и будущий пользователь базы данных, достаточно хорошо знакомый с машинной обработкой данных.
Объединяя частные представления о содержимом базы данных, полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о данных, которые могут потребоваться в будущих приложениях, АБД сначала создает обобщенное неформальное описание создаваемой базы данных. Это описание, выполненное с использованием естественного языка, математических формул, таблиц, графиков и других средств, понятных всем людям, работающих над проектированием базы данных, называют инфологической моделью данных (см. рис.).
Уровни моделей данных
Инфологическая модель предметной области представляет собой исходную информацию о предметной области, записанную в формализованном виде. Эта информация не зависит от особенностей конкретной СУБД
Описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства, является инфологической моделью предметной области.
Такая человеко-ориентированная модель полностью независима от физических параметров среды хранения данных. В конце концов, этой средой может быть память человека, а не ЭВМ. Поэтому инфологическая модель не должна изменяться до тех пор, пока какие-то изменения в реальном мире не потребуют изменения в ней некоторого определения, чтобы эта модель продолжала отражать предметную область.
При проектировании БД она строится первой и может уточняться на более поздних стадиях проектирования.
Остальные модели, показанные на рисунке, являются машинно-ориентированными. С их помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуществлять доступ к хранимым данным лишь по их именам, не заботясь о физическом расположении этих данных.
Так как указанный доступ осуществляется с помощью конкретной СУБД, то модели должны быть описаны на языке описания данных (ЯОД) этой СУБД. Такое описание, создаваемое АБД по инфологической модели данных, называют даталогической моделью данных.
Датологическая модель базы данных представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения.
|
|
|
Эта модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в конкретной СУБД. Датологическая модель - это модель логического уровня.
Этап создания датологической модели называется датологическим проектированием.
Нужные данные отыскиваются СУБД на внешних запоминающих устройствах по физической модели данных.
Физическая модель базы данных используется для привязки даталогической модели к среде хранения. Физическая модель определяет способы физической организации данных в среде хранения, определяет используемые запоминающие устройства. Описание физической структуры базы данных называется схемой хранения.
Соответствующий этап проектирования БД называется физическим проектированием.
Трехуровневая архитектура (инфологический, даталогический и физический уровни) позволяет обеспечить независимость хранимых данных от использующих их программ. АБД может при необходимости переписать хранимые данные на другие носители информации и (или) реорганизовать их физическую структуру, изменив лишь физическую модель данных. администратор может подключить к системе любое число новых пользователей (новых приложений), дополнив, если надо, даталогическую модель. Указанные изменения физической и даталогической моделей не будут замечены существующими пользователями системы (окажутся "прозрачными" для них), так же как не будут замечены и новые пользователи. Следовательно, независимость данных обеспечивает возможность развития системы баз данных без разрушения существующих приложений.
Модели данных
Как отмечалось, инфологическая модель отображает реальный мир в некоторые понятные человеку концепции, полностью независимые от параметров среды хранения данных. Существует множество подходов к построению таких моделей: графовые модели, семантические сети, модель "сущность-связь" и т.д.]. Наиболее популярной из них оказалась модель "сущность-связь", которая будет рассмотрена.
Инфологическая модель должна быть отображена в машинно-ориентированную даталогическую модель, "понятную" СУБД. В процессе развития теории и практического использования баз данных, а также средств вычислительной техники создавались СУБД, поддерживающие различные даталогические модели.
Сначала стали использовать иерархические даталогические модели. Простота организации, наличие заранее заданных связей между сущностями, сходство с физическими моделями данных позволяли добиваться приемлемой производительности иерархических СУБД на медленных ЭВМ с весьма ограниченными объемами памяти. Но, если данные не имели древовидной структуры, то возникала масса сложностей при построении иерархической модели и желании добиться нужной производительности.
Сетевые модели также создавались для мало ресурсных ЭВМ. Это достаточно сложные структуры, состоящие из "наборов" – поименованных двухуровневых деревьев. "Наборы" соединяются с помощью "записей-связок", образуя цепочки и т.д. При разработке сетевых моделей было предложено множество "маленьких хитростей", позволяющих увеличить производительность СУБД, но существенно усложнивших предложенные модели. Прикладной программист должен знать массу терминов, изучить несколько внутренних языков СУБД, детально представлять логическую структуру базы данных для осуществления навигации среди различных экземпляров, наборов, записей и т.п. Один из разработчиков операционной системы UNIX сказал: "Сетевая база – это самый верный способ потерять данные".
Сложность практического использования иерархических и сетевых СУБД заставляла искать иные способы представления данных. В конце 60-х годов появились СУБД на основе инвертированных файлов, отличающиеся простотой организации и наличием весьма удобных языков манипулирования данными. Однако такие СУБД обладают рядом ограничений на количество файлов для хранения данных, количество связей между ними, длину записи и количество ее полей.
|
|
|
