 |
Децентрализация — это отсутствие единого центра контроля и единой точки отказа.
|
|
|
|
Неоднородность, распределенность и автономность информационных ресурсов системы. Неоднородность ресурсов может быть синтаксической (при их представлении используются, например, разные модели данных) и/или семантической (используются разные виды семантических правил, детализируются и/или агрегируются разные аспекты предметной области). Возможна и чисто реализационная неоднородность информационных ресурсов, обусловленная использованием разных компьютерных платформ, операционных систем, систем управления базами данных, систем программирования и т.д.
Стандарт ANSI SQL-89 описывает три варианта использования SQL (три интерфейса ): «модульный язык», «встроенный SQL» и «непосредственный вызов».
Модульный язык предусматривает возможность создания процедур, вызываемых из программ на традиционных языках программирования (С, Кобол, Фортран и другие).
Встроенный SQL предусматривает включение в программы на обычных языках программирования SQL-операторов. Обработка программы с использованием SQL-операторов происходит в два этапа: сначала работает препроцессор, преобразующий SQL-операторы в некоторые команды языка программирования с учетом используемой СУБД, а затем - обычный компилятор с основного языка программирования. При включении SQL-операторов используется статический метод, означающий полное определение параметров операторов до выполнения программы.
Интерфейс на уровне непосредственных вызовов отличается от встроенного SQL тем, что исключена предварительная обработка препроцессором и используются внешние библиотеки функци
Моделирование:
Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:
|
|
|
обследование предметной области, изучение ее информационной структуры
выявление всех фрагментов, каждый из которых харакетризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами
моделирование и интеграция всех представлений
По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь".
Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.
Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.
3. История и основные этапы развития систем, основанных на базах данных. Поколения баз данных.
I. Поколение. Сетевые и иерархические системы БД, широко распространенные в 70-е годы, получили название - системы БД первого поколения. Это были первые системы, предлагавшие развитую функциональность СУБД в рамках единой системы, с языками определения и манипулирования данными для набора записей. Назовем некоторые наиболее общие характеристики ранних систем:
1. Эти системы активно использовались в течение многих лет, дольше, чем используется какая-либо из реляционных СУБД.
2. Все ранние системы не основывались на каких-либо абстрактных моделях. Понятие модели данных фактически вошло в обиход специалистов в области БД только вместе с реляционным подходом. Абстрактные представления ранних систем появились позже на основе анализа и выявления общих признаков у различных конкретных систем.
3. В ранних системах доступ к БД производился на уровне записей. Пользователи этих систем осуществляли явную навигацию в БД, используя языки программирования, расширенные функциями СУБД.
|
|
|
4. Навигационная природа ранних систем и доступ к данным на уровне записей заставляли пользователя самого производить всю оптимизацию доступа к БД, без какой-либо поддержки системы.
5. После появления реляционных систем большинство ранних систем было оснащено «реляционными» интерфейсами. Однако в большинстве случаев это не сделало их по-настоящему реляционными системами, поскольку оставалась возможность манипулировать данными в естественном для них режиме.
II. Поколение. В 80-е годы системы первого поколения были существенно потеснены современным семейством реляционных СУБД, называемых системами БД второго поколения. Типичные представители многопользовательских профессиональных систем второго поколения – DB2, INGRES, ORACLE, Informix и др.
В нашей стране представление о реляционных СУБД у большинства программистов сложилось на основе опыта использования систем на платформе персональных компьютеров, таких как dBASE, FoxBASE, FoxPro, Paradox, Clipper, Clarion, а позже Access. Причины такой популярности можно видеть как в широком распространении персональных компьютеров, так и в относительной простоте и легкости изучения и освоения самих персональных СУБД. Очень часто персональные СУБД использовались (да и сейчас кое-где используются) для автоматизации таких задач, например, в финансовой сфере, которые требуют многопользовательских профессиональных систем.
Реляционные СУБД и сейчас являются наиболее популярными в сфере разработки бизнес-приложений. Однако существует широкий класс приложений, для которых технология реляционных систем БД не является вполне удовлетворительной:); технология программирования; системы, основанные на знаниях, и мультимедийные системы; системы автоматизации проектирования (САПР); геоинформационные системы (ГИС); издательские системы; системы дистанционного обучения; системы электронной коммерции и др. Это прежде всего связано с примитивностью структур данных, лежащих в основе реляционной модели данных. Плоские нормализованные отношения универсальны и теоретически достаточны для представления данных любой предметной области. Однако в нетрадиционных приложениях в базе данных появляются сотни, если не тысячи таблиц, над которыми постоянно выполняются дорогостоящие операции соединения, необходимые для воссоздания сложных структур данных, присущих предметной области.
|
|
|
Другим серьезным ограничением реляционных систем являются их относительно слабые возможности по части представления семантики приложения.
Осознавая эти ограничения и недостатки реляционных систем, исследователи в области баз данных выполняют многочисленные проекты, основанные на идеях, выходящих за пределы реляционной модели данных
III. Поколение. Термин «системы следующего (или третьего) поколения» вошел в жизнь после опубликования группой известных специалистов в области БД «Манифеста систем баз данных третьего поколения». В целом можно сказать, что СУБД следующего поколения - это прямые наследники реляционных систем. В число требований к СУБД третьего поколения входят полнота системы типов, поддерживаемых в СУБД; поддержка иерархии и наследования типов; возможность управления сложными объектами и т.д.
Основными направлениями систем третьего поколения, обладающими некоторыми разными характеристиками, являются:
- Ориентация на расширенную реляционную модель. Основные характеристики: максимальное следование (насколько это возможно с учетом новых требований) известным принципам организации СУБД; абстрактные типы данных; поддержка исторической информации и темпоральных запросов; отказ от требований нормализации. Одной из наиболее известных СУБД этого направления является система Postgres. В Postgres реализованы многие интересные средства: поддерживается темпоральная модель хранения и доступа к данным; допускается хранение в полях отношений данных абстрактных, определяемых пользователями типов.
- Генерация систем баз данных, ориентированных на приложения. Основная характеристика: создание собственно не системы, а генератора систем, наиболее полно соответствующих потребностям приложений. Решение достигается путем создания наборов модулей со стандартизованными интерфейсами. Существуют два экспериментальных прототипа «генерационных» систем - Genesis и Exodus. Обе эти системы основаны прежде всего на принципах модульности и точного соблюдения установленных интерфейсов. По сути дела, системы состоят из минимального ядра (развитой файловой системы в случае Exodus) и технологического механизма программирования дополнительных модулей. В проекте Exodus этот механизм основывается на системе программирования E, которая является простым расширением С++, поддерживающим стабильное хранение данных во внешней памяти. Вместо готовой СУБД предоставляется набор "полуфабрикатов" с согласованными интерфейсами, из которых можно сгенерировать систему, максимально отвечающую потребностям приложения
|
|
|
- Системы баз данных, основанные на правилах. К этому направлению относятся дедуктивные БД. Основная характеристика: достижение расширяемости системы и ее адаптации к нуждам конкретных приложений путем использования стандартного механизма управления правилами. По сути дела, система представляет собой некоторый интерпретатор системы правил и набор модулей-действий, вызываемых в соответствии с этими правилами. Можно изменять наборы правил (существует специальный язык задания правил) или изменять действия, подставляя другие модули с тем же интерфейсом. По определению, дедуктивная БД состоит из двух частей: экстенциональной, содержащей факты, и интенциональной, содержащей правила для логического вывода новых фактов на основе экстенциональной части и запроса пользователя. Отметим лишь, что обычно языки запросов и определения интенциональной части БД являются логическими (поэтому дедуктивные БД часто называют логическими). Имеется прямая связь дедуктивных БД с базами знаний
- Объектно-ориентированные СУБД. Направление объектно-ориентированных баз данных (ООБД) возникло сравнительно давно. Публикации появлялись уже в середине 1980-х. Однако наиболее активно это направление развивается в последние годы. В настоящее время ведется очень много экспериментальных и производственных работ в области объектно-ориентированных СУБД. На рынке представлено свыше 25 систем ООБД. Среди них — система GemStone компании Servio, ONTOS компании Ontos, ObjectStore компании Object Design, O2, ORION, Iris. Кроме того, системы управления реляционными базами данных, разработанные компаниями Oracle, Microsoft, Borland, Informix, включали объектно-ориентированные средства. Многие из этих продуктов появились еще во второй половине 80-х годов, и сегодня, по прошествии почти полутора десятилетий разработки они все еще не вступили в пору зрелости; в этом — одна из причин того, что по сей день мировой рынок реальных приложений не торопится принимать системы ООБД.
|
|
|
4. Манифест баз данных третьего поколения.
Принцип 1: Помимо традиционных услуг по управлению данными, СУБД третьего поколения обеспечат поддержку более развитых структур объектов и правил.
Принцип 2: СУБД третьего поколения должны включить в себя СУБД второго поколения.
Принцип 3: СУБД третьего поколения должны быть открыты для других подсистем.
5.Сравнительный анализ файловых систем и систем, основанных на базах данных.
- способ хранения информации;
- управление единицами информации;
- поддержка специальных языков работы с информацией;
- многопользовательский доступ к информации;
- защита информации.
6.Основные отличительные признаки информационных систем, основанных на базах данных.
Информационные системы, основанные на использовании БД и СУБД, обычно функционируют в архитектуре клиент-сервер. В этом случае БД размещается на компьютере- сервере, и к ней осуществляется совместный доступ.
Сервер определенного ресурса - компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиент ~ компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать, к примеру, базы данных, файлы, службы печати, почтовые службы.
Достоинством организации информационной системы на архитектуре клиент-сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователей.
Согласно основному принципу архитектуры клиент-сервер, данные обрабатываются только на сервере. Пользователь или приложение формируют запросы, которые поступают к серверу БД в виде инструкций языка SQL. Сервер базы данных обеспечивает поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Достоинством такого подхода в сравнении предыдущим является заметно меньший объем передаваемых данных.
Физическая организация БД:
Х ешированный файл
Индекс
Целостность
7-Концепция баз данных. Определения базы данных (БД) и предметной области (ПО).
База данных — представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчётов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ).
Предметная область — множество всех предметов, свойства которых и отношения между которыми рассматриваются в научной теории. В логике — подразумеваемая область возможных значений предметных переменных логического языка.
Предметная область — часть реального мира, рассматриваемая в пределах данного контекста. Под контекстом здесь может пониматься, например, область исследования или область, которая является объектом некоторой деятельности.
8-Происхождение трехуровневой архитектуры данных и ее назначение.
1971, ANSI, SPARC. Основа для понимания БД, не стандарт. Представление на разных уровнях для упрощения работы.
внешний уровень – это тот, на котором представляют данные пользователи (бизнес-логика);
концептуальный уровень служит для отображения данных внешнего уровня на внутренний и необходимую независимость данных разных уровней друг от друга (программист);
на внутреннем уровне данные воспринимаются СУБД и ОС (физический уровень ).
9-Содержание внешнего, концептуального и внутреннего уровней.
См. 8
10-Назначение отображений: внешний – концептуальный и концептуальный – внутренний. Логическая и физическая независимость данных.
Отображение концептуальный-внутренний устанавливает соответствие между концептуальным представлением и хранимой базой данных, т.е. описывает, как концептуальные записи и поля представлены на внутреннем уровне. При изменении структуры хранимой базы данных (т.е. при внесении изменений в определение структуры хранения) отображение концептуальный-внутренний также изменяется, причем таким образом, чтобы концептуальная схема осталась неизменной. (Выполнение подобных изменений входит в обязанности администратора базы данных.) Иначе говоря, чтобы обеспечить независимость данных, результаты внесения любых изменений в схему хранения не должны быть видны на концептуальном уровне.
Отображение внешний - концептуальный определяет соответствие между некоторым внешним представлением и концептуальным представлением. В целом, различия, которые могут существовать между этими двумя уровнями, подобны различиям между концептуальным представлением и хранимой базой данных. Например, данные полей могут быть разных типов, названия полей и записей могут быть изменены, несколько концептуальных полей могут быть объединены в одно (виртуальное) внешнее поле и т.д. В одно и то же время может существовать любое количество внешних представлений, причем одно и то же внешнее представление может принадлежать нескольким пользователям, а разные внешние представления могут перекрываться.
11-Языки баз данных, их назначение и классификация.
SQL и QBE манипулирование данными, в первую очередь определение схемы и манипулирование данными.
12-Системы управления базами данных (СУБД): архитектура, выполняемые функции, характеристики.
ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,
процессор языка БД, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.
управление данными во внешней памяти (на дисках);
управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).
Хар-ки: Реляционные, нереляционные, локальные, распределённые, файл-серверные, клиент-серверные, встраиваемые
13-Администратор БД (АБД): архитектура, выполняемые функции.
Администратор базы данных — лицо, отвечающее за выработку требований к базе данных, её проектирование, реализацию, эффективное использование и сопровождение [1], включая управление учётными записями пользователей БД и защиту от несанкционированного доступа. Не менее важной функцией администратора БД является поддержка целостности базы данных.
· Проектирование базы данных.
· Оптимизация производительности базы данных.
· Обеспечение безопасности в базе данных.
· Резервное копирование и Восстановление базы данных.
· Обеспечение целостности баз данных.
· Обеспечение перехода на новую версию СУБД.
14. Словарь-справочник данных и его назначение.
Словарь-справочник данных (ССД) – это Программа, предназначенная для централизованного хранения и использования описания объектов БД (метаданных). Эта система содержит сведения:
о составе и структуре базы данных;
о владельцах объектов данных, пользователях ресурсов данных и полномочиях их доступа;
об ограничениях целостности;
о вспомогательных объектах и компонентах ИС.
15. Общие представления о системах БД: система БД, уровни абстракции в СУБД, различие восприятия БД конечными пользователями, проектировщи-ками, прикладными программистами.
Система баз данных содержит четыре основных элемента: данные, аппаратное обеспечение, программное обеспечение и пользователи.
Абстракция:
1. Внутренний уровень - наиболее близкий к физическому хранению. Он связан со способами хранения информации на физических устройствах хранения;
2.
Внешний уровень - наиболее близкий к пользователям. Он связан со способами представления данных для отдельных пользователей;
3.
^ Концептуальный уровень - является промежуточным между двумя первыми. Этот уровень связан с обобщенными представлениями пользователей, в отличие от внешнего уровня, связанного с индивидуальными представлениями пользователей.
16-Типы архитектур систем баз данных. Архитектура "Клиент/Сервер" и ее преимущества по сравнению с другими архитектурами.
Однопользовательские/ многопользовательские
Локальные/ "файловый сервер"/ клиент-сервер
"клиент-сервер" – от клиента к серверу баз данных передается запрос на обработку базы данных, а от сервера к клиенту – релевантная запросу выборка данных. Существенно сокращается трафик сети, а корректировка базы данных не требует монопольного доступа, вследствие этого растет производительность системы.
17-Данные и модели данных, семантика данных.
Модели данных:
- объектные (ER, семантическая, функциональная, ООП-м.)
- на основе записей (Реляционная, сетевая (связи в оба направления), иерархическая (связи в одном направлении))
Физические модели:
- Обобщающая (как данные хранятся на компе)
- Модель памяти кадров ()
Виды моделирования:
- Концептуальное (бизнес-логика)
- Внешнее
- внутреннее
18.Моделирование данных.
Моделирование данных — это просто средство формального сбора данных, относящихся к бизнес-процессу данной организации. Моделирование является одним из главных на сегодняшний день приемов анализа, основанием, на котором строятся реляционные базы данных.
|
|
|
