Содержание основных понятий и принципов программирования баз данных

По сети передаются только нужные клиенту данные,  а не весь файл, что снижает нагрузку на сеть, время ожидания результата запроса, повышает быстродействие  и в целом производительность всей вычислительной сети.

При выполнении запросов  сервером также существенно  повышает степень безопасности данных. Это, в частности, позволяет исключить  одновременное изменение одних  и тех же данных различными пользователями и предоставляет возможность  быстрого возвращения к предыдущим значениям  при внесении в БД изменений, закончивших аварийно.

При такой  технологии сервер должен иметь быстродействие и производительность существенно  выше, чем РС. Это требование только к одной  ЭВМ сети, а в результате сокращается объём пересылаемых данных и сокращается время решения  задач пользователя.

Третья  концепция- технология Intranet- по сути, является распространением идеологии организаций и функционирования глобальной сети Интернет на корпоративные сети. Вычислительные сети, построенные на её основе, имеют в своём составе множества серверов с информацией и распространенные компоненты представления информации пользователю (программы-навигаторы или браузеры) и используют форматы документов, протоколы передачи данных и способы поиска информации, присущие Интернет.

2. Классификация моделей баз данных.

База  данных содержит информацию, характеризующую  некоторую предметную область и  представленную в виде описаний реальных объектов. Каждый объект определяется набором свойств, называемых атрибутами. Поэтому при разработке БД необходимо выбрать модель описания объектов предметной области и их взаимодействия.

Модель  данных – это совокупность взаимосвязанных структур данных и операций над этими структурами.

Обычно  выделяют три основных типии моделей: концептуальные, логические физические.

На  начальной этапе создание БД строится концептуальная модель, отражающая структуру  информации предметной области. При  этом надо учитывать объем данных, ограничения на время поиска, возможные  варианты запросов. Затем определяется наиболее приемлемая логическая модель данных, после чего подбирается СУБД, поддерживающая эту логическую модель. В последующем пополнении и изменении  БД, извлечение из неё необходимой  информации ведутся с помощью  СУБД.

Концептуальная  модель представляет собой описание на понятийном уровне объекта, его свойств  и взаимодействия с внешней средой. В специальной литературе эту  модель иногда называют инфологической. Она  разрабатывается в процессе изучения предметной области и запросов потенциальных потребителей создаваемой  АИС и является основой для  создания логических моделей. Концептуальная модель отображает предметную область  без привязки к методам, техническим и программным средствам,  используемым в дальнейшем при создании БД.

Главным элементом этой модели являются объекты  и отношения, информация о которых  важна для пользователей создаваемой  БД. Множество объектов одного типа называют объектным множеством. Зачастую концептуальная модель представляет собой некоторую конструкцию, в которой элементами являются именно объектные множества. В ней должны быть также отражены информационные потоки и взаимосвязь информационных элементов (отношения между парами элементов). Отношения показываются линиями – связи. Если элемент модели представляет собой объектные множества, то каждое отношение также будет множеством, состоящим из отношений конкретных пар объектов-элементов из соответствующей пары объектных множеств.

Логическая  и физическая модели используются для  описания структур данных и программирования операций над ними.

В логической модели ещё нет чёткой привязки к  внутренним форматам ЭВМ, однако,  в  ней прописывается структура  данных, иерархия между отдельными их структурными единицами последовательность просмотра при поиске необходимой информации в БД. Иными словами, при разработки логической модели БД решаются вопросы отображения объектов предметной области в абстрактной модели данных. В большинстве используемых сегодня БД пользователь, как правило,  в своих запросах оперирует на уровне логической модели.

Физическая  модель описывает представление  и размещения данных непосредственно  в памяти ЭВМ. При этом надо знать  объём памяти, отводимой в ЭВМ  для размещения каждого элемента данных, а также форматы представления  чисел. Такая модель нужна программистам, которые разрабатывают СУБД или  прикладные программы. Если логические модель можно считать достаточно стандартизованными, то физические модели различных БД обычно существенно  различаются.

Понятия БД и СУБД стали использоваться, когда появились ЭВМ для создания информационных систем. Однако и до этого существовала проблема хранения и обработки больших массивов информации. При этом в качестве объекта хранения информации в большинстве случаев использовались бумажные носители. Одним из классических примеров хранилищ бумажных документов является библиотека. При большом числе документов возникает задача быстрого поиска нужных документов. Логическая организация данных и используемые программные средства для работы с данными - взаимосвязанные составляющие. Каждая СУБД работает с определённой логической организацией данных. В свою очередь, выбранная модель логической организации данных в значительной мере определяет алгоритм работы с ними. Базы данных хранятся на внешних устройствах памяти, но при выполнении  запросов данные или их часть переносится в оперативную память, где с ними и производят различные операции. Это связано с тем, что обращение к оперативной памяти требует меньшего времени, чем к внешней памяти.

В зависимости  от реализуемой логической модели установление связей между совокупностью данных различают файловые, иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориентированные  БД. Ниже рассмотрены только первые четыре из вышеперечисленных моделей, особенности, организации которых приведены в таблице 1.  

Таблица 1. Характеристика способов организации  данных 

Другие  модели, в частности объектно-ориентированные, сегодня активно разрабатываются, однако их теория ещё не сформировалась, нет и установившейся терминологии. Основной особенностью этих моделей  является использование более естественных для человека языков описания данных и запросов. Так, в объектно-ориентированных  моделях пользователь размещает  в БД и оперирует объектом как  цельной единицей данных, ему не надо представлять его в виде искусственной  конструкции из записей или таблиц. Кроме того, особенностью этой модели является использование современных  языков программирования и распределённых БД, фрагментация и параллельная обработка  запросов. Однако для работы с объектно-ориентированными данными требуются существенные и более  сложные и дорогие  СУБД.

Заметим, что форматы и языки описания документов, помещаемых в БД, также  вносят ряд особенностей в реализацию СУБД. Например, активно разрабатываются  СУБД, проектирование которых ведется  с использованием расширяемого языка  разметки XML ( Extensible Markup Language)

Однако  до сих пор  наиболее распространены реляционные БД, причём  в своём  развитии они приобретают некоторые  свойства, присущие объектно-ориентированным  БД. Так, объектно-ориентированную модель можно рассматривать как некоторое  развитие реляционной модели. При  работе с БД, построенной на основе такой модели, пользователь оперирует  объектами, но информация о них представлена в БД в форме таблиц. Например, пользователь может обращаться с  объектами, как и в объектно-ориентированные  БД, а СУБД сама преобразует данные об объекте в таблицы и обратно. 
 
 
 

Глава 2 Основные понятия и принципы программирования баз данных

2.1 Основные  понятия программирования баз  данных

Практически в любой современной программе  есть какая-нибудь база данных. А создание таких приложений уже давно является отдельным направлением, как в  теоретическом, так и в практическом программировании. Для программирования баз данных сначала создаётся определённая программ, по которой будет происходить весь процесс.

Программа - это  логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), поэтому программирование сводится к созданию последовательности команд, необходимой для решения  определенной задачи. Самому написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением размера программы и трудоемкости решения нужной задачи. Условно можно считать, что машинный код приемлем, если размер программы не превышает нескольких десятков байтов и нет потребности в операциях ручного ввода/вывода данных. Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования.

Теоретически  программу можно написать и средствами обычного человеческого (естественного) языка - это называется программированием  на метаязыке (подобный подход обычно используется на этапе составления  алгоритма), но автоматически перевести  такую программу в машинный код  пока невозможно из-за высокой неоднозначности  естественного языка.

Языки программирования - искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом "слов", значение которых понятно  транслятору, и очень строгими правилами  записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис  языка программирования, а смысл  каждой команды и других конструкций  языка - его семантику. Нарушение  формы записи программы приводит к тому, что транслятор не может  понять назначение оператора и выдает сообщение о синтаксической ошибке, а правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд языка приводит к семантическим ошибкам (называемым еще логическими ошибками или ошибками времени выполнения). С помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код (для этого служат программы-компиляторы) и затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы (этим занимаются программы-интерпретаторы). Интерпретатор берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (обычно после анализа оператор транслируется в некоторое промежуточное представление или даже машинный код для более эффективного дальнейшего исполнения). Только после того, как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. Вследствие этого, программы, в которых требуется осуществить большой объем повторяющихся вычислений, могут работать медленно. Кроме того, для выполнения такой программы на другом компьютере там также должен быть установлен интерпретатор - ведь без него текст программы является просто набором символов.

По-другому  можно сказать, что интерпретатор  моделирует некую виртуальную вычислительную машину, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора, а операторы языка программирования. Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы (он иногда называется исходный код). Они просматривают  его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняют  определенный смысловой анализ и  затем автоматически переводят (транслируют) на машинный язык - генерируют машинный код. Нередко при этом выполняется оптимизация с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы (например, с помощью инструкций, ориентированных на конкретный процессор, путем исключения ненужных команд, промежуточных вычислений и т. д.). В результате законченная программа получается компактной и эффективной, работает в сотни раз быстрее программы, выполняемой с помощью интерпретатора, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код.