Исследование систем управления базами данных

введение 

      Актуальность  данной темы заключается в том, что  развитие средств вычислительной техники  обеспечило для создания и широкого использования систем обработки  данных разнообразного назначения. Разрабатываются  информационные системы для обслуживания различных систем деятельности, систем управления хозяйственными и техническими объектами, модельные комплексы для научных исследований, системы автоматизации проектирования и производства, всевозможные тренажеры и обучающие системы. Одной из важных предпосылок создания таких систем стала возможность оснащения их «памятью» для накопления, хранения и систематизация больших объемов данных. Другой существенной предпосылкой нужно признать разработку подходов, а также создание программных и технических средств конструирования систем, предназначенных для коллективного пользования. В этой связи потребовалось разработать специальные методы и механизмы управления  такого рода совместно используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных. Исследования и разработки, связанные с проектированием, созданием и эксплуатации баз данных, а также необходимых для этих целей  языковых и программных инструментальных средств привели к появлению самостоятельной ветви информатики, получившей название системы управления данными.

      Объектом  данной курсовой работы является системы  управления базами данных.

    Целью написания курсовой работы является рассмотрение и исследование систем управления базами данных.

    Для написания курсовой работы необходимо решить следующие задачи:

      - охарактеризовать теоретические основы СУБД;

      - раскрыть структуру, функции и  классификацию систем управления  базами данных;

      - исследовать средства быстрой разработки баз данных;

        - сделать выводы и предложения по выполненной работе.

    Курсовая  работа состоит из трех глав.

    Первая  глава носит теоретический характер. В ней излагаются теоретические  основы системы управления базами данных.

      Во  второй главе работы даётся краткая  характеристика типов систем управления базами данных.

    Третий  раздел посвящен изучению средств быстрой разработки баз данных.

      Основой для написания теоретической  базы послужили труды таких авторов  как, Афанасьев В.Н., Диго С.М., Козырев А.А.и другие.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Теоретические основы системы управления базами данных 

1. Система управления базами данных как составляющая часть автоматизированного банка данных

 

     В современных информационных системах информация обычно хранится с использованием автоматизированных банков данных. Банки  данных могут быть очень большими и могут содержать разную информацию, используемую организацией.

     Банк  данных - это информационная система  коллективного пользования, обеспечивающая централизованное хранение данных, их обновление и выдачу по запросам пользователей. Это комплекс аппаратного и программного обеспечения банка данных и персонала, обслуживающего его[1]. Банк данных включает:

1. одну или несколько баз данных;
2. систему управления базами данных (СУБД);
3. персонал, обеспечивающий работу банка данных.

     База  данных – это совокупность определенным образом организованных данных, хранящихся в запоминающих устройствах ЭВМ. Обычно данные хранятся на жестком диске сервера организации[2].

     В общем случае данные в базе данных (по крайней мере, в больших системах) являются интегрированными и разделяемыми. Эти два аспекта, интеграция и разделение данных, представляют собой наиболее важные преимущества использования банков данных на "большом" оборудовании и, по меньшей мере, один из них— интеграция — является преимуществом их применения и на "малом" оборудовании.

     Под понятием интеграции данных подразумевается возможность представить базу данных как объединение нескольких отдельных файлов данных, полностью или частично исключающее избыточность хранения информации[3].

     Под понятием разделимости данных подразумевается возможность использования несколькими различными пользователями отдельных элементов, хранимых в базе данных. Имеется в виду, что каждый из пользователей сможет получить доступ к одним и тем же данным, возможно, даже одновременно (параллельный доступ). Такое разделение данных, с параллельным или последовательным доступом, частично является следствием того факта, что база данных имеет интегрированную структуру.

     Одним из следствий упомянутых выше характеристик  базы данных (интеграции и разделимости) является то, что каждый конкретный пользователь обычно имеет дело лишь с небольшой частью всей базы данных, причем обрабатываемые различными пользователями части могут произвольным образом перекрываться. Иначе говоря, каждая база данных воспринимается ее различными пользователями по-разному. Фактически, даже те два пользователя базы данных, которые работают с одними и теми же частями базы данных, могут иметь значительно отличающиеся представления о них.

     База  данных характеризуется моделью  данных, т. е. формой организации данных в ней. По типу модели данных БД делятся на сетевые, иерархические и реляционные. В настоящее время практически применяется только реляционная структура, в которой база данных состоит из одной или нескольких двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

      1) каждый элемент таблицы — один элемент данных;

      2)все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д.);

      3) каждый столбец имеет уникальное имя;

      4) одинаковые строки в таблице отсутствуют;

      5) порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

     Такая модель хранения данных обеспечивает удобство использования базы данных на ЭВМ. Учитывая, что таблицы базы данных могут быть связаны определенными отношениями, такая модель обеспечивает целостность данных и отсутствие избыточности хранения. Поэтому она и используется в большинстве современных баз данных.

     Система управления базами данных (СУБД) — специализированная программа или комплекс программ, предназначенная для организации и ведения базы данных. Она обеспечивает хранение данных и взаимодействие пользователя с БД, позволяя пользователям производить поиск, сортировку и выборку информации в базе данных, а некоторым пользователям - добавлять, удалять и изменять записи в БД[4].

     В зависимости от того, с какой базой  данных работает СУБД, она может  быть:

1. иерархической
2. сетевой
3. реляционной
4. объектно-реляционной
5. объектно-ориентированной

     Таким образом, система управления базами данных является необходимой составной частью банка данных.

 

1.2 Структура  и функции системы управления  базами данных 

     Системы управления базами данных обычно содержит следующие компоненты:

1. ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти,
2. процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
3. подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
4. сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы[5].

В связи с этим можно сформулировать основные функции СУБД:

     1. Определение данных.

     СУБД  должна предоставлять средства определения  данных в виде исходной формы (схемы  данных) и преобразования этих определений  в соответствующую объектную  форму. То есть СУБД преобразовывает  данные в форму, необходимую для  хранения их в базе данных.

     2. Манипулирование данными.

     СУБД  должна быть способна обрабатывать запросы  пользователя на выборку, изменение  или удаление данных, уже существующих в базе, или на добавление в нее  новых данных. То есть, СУБД обеспечивает интерфейс между пользователями и базами данных.

     3. Управление хранением данных  и доступом к ним.

     СУБД  осуществляет программную поддержку  хранения данных в запоминающем устройстве ЭВМ и управляет всеми действиями, производимыми с данными.

     4. Защита и поддержка целостности данных

     СУБД должна контролировать пользовательские запросы и определять, кому доступны операции изменения данных, а кому доступны только операции получения данных. Также она следит за целостностью данных, хранящихся в БД. СУБД осуществляет журнализацию изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев.

     Таким образом, основная функция системы  управления базами данных – осуществление  интерфейса пользователя и базы данных. Большинство современных крупных  банков данных рассчитаны на работу нескольких пользователей, поэтому СУБД осуществляет разделение времени между пользователями при одновременном их доступе к базе данных, а также разделение полномочий между разными типами пользователей. Например, бухгалтер на предприятии может только получать информацию из банка данных, а главный экономист может вносить изменения в банк данных[6].

     СУБД  выполняет эти функции с помощью  определенного информационно-логического  языка, или языка запросов. В большинстве  СУБД для этого используется язык SQL.

     СУБД  реляционного типа освобождает пользователя от необходимости знать форматы  хранения данных, методы доступа и  методы управления памятью. Изменение  физической структуры базы данных не влияет на работоспособность прикладных программ, работающих с нею.

     По степени универсальности различают два класса СУБД:

     1) системы общего назначения;

     2) специализированные системы.

     СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей. Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели компьютеров в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие. Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных. Специализированные СУБД создаются в редких случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

 

2. Классификация СУБД по способу доступа к базе данных

     По способу доступа к базам данных системы управления ими подразделяются на три типа[7]:

1. Файл-серверные

     В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно  на файл-сервере. Ядро СУБД располагается  на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную  сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

     На  данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими. Они могут применяться для обучения работе с базами данных или для хранения информации в небольших информационных системах. Например: Microsoft Access, Paradox, dBase.

2. Клиент-серверные

     Такие СУБД состоят из клиентской части  и сервера. Клиент-серверные СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней по отношению к клиенту программой, и по надобности его можно заменить другим. Недостаток клиент-серверных СУБД в самом факте существования сервера (что плохо для локальных программ — в них удобнее встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых сервером.