Разработка ИС торогового предприятия

О независимости данных часто говорят как об одном из основных свойств базы данных. Под этим подразумевается независимость данных и использующих их прикладных программ друг от друга в том смысле, что изменение одних не приводит к изменению других. В частности, прикладной программист изолирован от влияния изменений данных и их организации, а также от изменения характеристик физических устройств, на которых они хранятся. В действительности же полностью независимыми данные бывают так же редко, как и полностью неизбыточными. Как мы увидим ниже, независимость данных определяется с различных точек зрения. Сведения, которыми должен располагать программист для доступа к данным, различны для различных баз данных. Тем не менее, независимость данных—это одна из основных причин использования систем управления базами данных.

В том  случае, когда один набор элементов  данных используется для многих приложений, между элементами этого набора устанавливается множество различных взаимосвязей, необходимых для соответствующих прикладных программ. Организация базы данных в значительной степени зависит от реализации взаимосвязей между элементами данных и записями, а также от того, как и где эти данные хранятся. В базе данных, используемой многими приложениями, должны быть установлены многочисленные промежуточные взаимосвязи между элементами. В этом случае при хранении и использовании данных контролировать их правильность, обеспечивать их защиту и секретность труднее, чем при хранении данных в простых, несвязанных файлах. Что касается обеспечения секретности данных и восстановления их после сбоев, то этот вопрос является очень важным при конструировании баз данных.[8].

В некоторых  системах средства управления базами данных применяются для того, чтобы  пользователи могли использовать данные таким путем, который не был предусмотрен разработчиками системы. Администраторы или сотрудники могут обращаться к вычислительной системе с вопросами, которые заранее в ней не предусматривались. Наличие этой возможности означает такую организацию данных в системе, при которой доступ к ним можно осуществлять по различным путям, причем одни и те же данные могут использоваться для ответов на различные вопросы. Вся существенная информация об объектах запоминается одновременно и полностью, а не только та ее часть, которая необходима для одного приложения. [10].

В настоящее  время существуют СУБД, реализующие  эти возможности как на уровне локальных баз данных, расположенных  на одном диске (Paradox, Dbase), так  и  промышленных баз данных (Acsess, Oracle, FoxPro).

3. Эволюция  концепций баз  данных

Понятие база данных появилось в конце 60-х годов. До этого в сфере обработки данных говорили о файлах данных и о наборах данных.

До появления  ЭВМ третьего поколения (первые из них  были установлены в 1965 г.) программное обеспечение обработки данных осуществляло в основном операции ввода-вывода. 0б организации данных приходилось заботиться при написании прикладных программ, и делалось это элементарным способом, т. е. данные обычно организовывались в виде простых последовательных файлов на магнитной ленте. Независимость данных отсутствовала. Если организация данных или запоминающие устройства изменялись, прикладной программист должен был соответствующим образом модифицировать программы, заново их компилировать и затем отлаживать. Для того чтобы обновить файл, нужно было записать новый.  Старый файл сохранялся и назывался исходным. Предыдущий вариант также сохранялся, а нередко сохранялись и более ранние версии файла. Многие файлы использовались для одного приложения. Для других приложений часто использовали те же самые данные, но обычно в другой форме, с другими полями, и поэтому приходилось из одних и тех же данных создавать различные файлы. Вследствие этого уровень избыточности в системе был очень высок и существовали различные файлы, содержащие одни и те же элементы данных.

Иногда  использовались файлы с произвольным доступом к данным, которые позволяли пользователю получить непосредственный доступ к любой записи в файле вместо того, чтобы последовательно просматривать весь файл. Средства адресации записей обеспечивались прикладным программистом при написании программы. Если изменялись запоминающие устройства, в прикладную программу необходимо было вносить большие изменения. На практике изменение запоминающих устройств неизбежно. Новая технология привела к значительному уменьшению затрат на хранение одного бита информации, а размеры файлов сегодня часто превышают по объему использовавшиеся ранее запоминающие устройства.[7].

Этап 2 (конец 60-х годов) характеризуется  изменением по сравнению с этапом 1 как природы файлов, так и устройств, на которых они запоминались. Предпринимается попытка оградить прикладного программиста от влияния изменений в аппаратуре. Программное обеспечение допускает возможность изменения физического расположения данных без изменения при этом их логического представления при условии, что содержимое записей или основная структура файлов не изменяется.

Файлы, соответствующие этому этапу  развития средств обработки данных, подобно файлам этапа 1, предназначаются для одного приложения или для тесно связанных между собой приложений.

По мере развития средств обработки коммерческих данных становилось ясно, что прикладные программы желательно сделать независимыми не только от изменений в аппаратных средствах хранения файлов и от увеличения размеров файлов, но также и от добавления к хранимым данным новых полей и новых взаимосвязей.[7].

Известно, что база данных представляет собой  постоянно развивающийся объект, который используется возрастающим количеством приложений. К базе данных добавляются новые записи, а в существующие записи включаются новые элементы данных. Структура базы данных будет изменяться с целью повышения эффективности ее функционирования и при добавлении новых типов запросов. Пользователи будут изменять требования и модифицировать типы запросов на данные.

Структура базы данных является менее статичной, чем файловая структура. Элементы хранимых данных и способы их запоминания непрерывно изменяются. Если на организацию данных со стороны вычислительной системы накладывается ограничение в виде требования постоянства файловой структуры, то это приводит к тому, что в случае ее изменения программисты тратят много времени на модификацию существующих программ, вместо того чтобы заниматься разработкой новых приложений.

в одном  случае может сообщаться только имя  элемента данных или записи, которую  он хочет получить. В другом случае (при наличии другого программного обеспечения) он должен был сообщать идентификацию элемента данных и имя набора, в котором этот элемент данных содержится. Добавление новых элементов данных в записи без изменения прикладных программ возможно при том условии, что программное обеспечение связано с данными на уровне элементов данных (полей), а не на уровне записей.  Это часто приводит к созданию сложных структур данных. Однако хорошее программное обеспечение баз данных избавляет прикладного программиста от трудностей, связанных со сложностью структуры. Независимо от того, каким образом данные организованы на самом деле, прикладной программист должен представлять себе файл в виде сравнительно простой структуры, которая спланирована в соответствии с его требованиями.

Программное обеспечение баз данных этапа 3 (начало 70-х годов) располагало средствами отображения файловой структуры прикладного программиста в такую физическую структуру данных, которая запоминается на реальном носителе  и наоборот.

В зависимости  от уровня программного обеспечения прикладной программист элемента данных должен также знать организацию файла данных. В этом случае ему, возможно, придется задать машинный адрес данных. Если отсутствует независимость данных, прикладному программисту необходимо знать точный физический формат записи. Самый худший вариант — это случай, когда программист должен быть «навигатором».[7].

Процесс преобразования обращения прикладного  программиста к логической записи или к элементам логической записи в машинные обращения к физической записи и ее элементам называется привязкой. Привязка — это связь физического представления данных с программой, которая эти данные использует. После выполнения процесса привязки программа уже не будет независимой от физических данных.[7, 3].

Итак,  для 3-го этапа:

• Различные логические файлы могли быть получены из одних и тех же физических данных.
• Доступ к одним и тем же данным осуществлялся различными приложениями различными путями, отвечающими требованиям этих приложений.
• Программное обеспечение содержало средства уменьшения избыточности данных.
• Элементы данных являлись общими для различных приложений.
• Физическая структура данных независима от прикладных программ. Ее можно было изменять с целью повышения эффективности базы данных, не вызывая при этом модификации прикладных программ,
• Данные адресуются на уровне полей или групп. [7].

По мере накопления опыта использования первых систем управления базами данных довольно скоро стало очевидно, что необходим дополнительный уровень независимости данных. Общая логическая структура данных, как правило, сложная, и по мере роста базы данных она неизбежно изменяется. Поэтому важно обеспечить возможность изменения общей логической структуры без изменения используемых при этом многочисленных прикладных программ. В некоторых системах изменение общей логической структуры данных составляет форму ее существования, т. е. эта структура находится в состоянии постоянного развития. Поэтому требуются два уровня независимости данных. Их называют логической и физической независимостью данных.

Логическая  независимость данных означает, что общая логическая структура данных может быть изменена без изменения прикладных программ (изменение, конечно, не должно заключаться в удалении из базы данных таких элементов, которые используются прикладными программами).

Физическая  независимость данных означает, что физическое расположение и организация данных могут изменяться, не вызывая при этом изменений ни общей логической структуры данных, ни прикладных программ.[7, 8, 3].

 Этап 4 характеризуется идей логической  и физической независимости данных; логическая структура данных может сильно отличаться от физической структуры данных и от их представлений в конкретных прикладных программах. Программное обеспечение баз данных будет фактически преобразовывать представление данных прикладного программиста в общее логическое представление, а затем будет отображать логическое представление в физическое представление данных.

Назначение  такой структуры обеспечивает максимум свободы в изменении структур данных без переделки при этом выполненной ранее работы по формированию и использованию базы данных.

• База данных может развиваться без больших затрат на ведение.
• Средства, предусмотренные для администратора данных, позволяют ему выполнять функции контроллера и обеспечивать сохранность данных.
• Обеспечиваются эффективные процедуры управления защитой секретности, целостности и безопасности данных.
• В некоторых системах используются инвертированные файлы, позволяющие осуществлять быстрый поиск данных в базе данных.
• Базы данных конструируются для выдачи ответов на не планируемые заранее информационные запросы.
• Обеспечиваются средства перемещения данных.[7].

4. Требования, которым должна удовлетворять  организация базы данных.

Изучением этого вопроса долгое время занимались различные группы людей в учреждениях, использующих ЭВМ, в правительственных комиссиях, на вычислительных центрах коллективного пользования. Комитет CODASYL опубликовал отчеты на эту тему  (CODASYL—организация, разработавшая язык КОБОЛ). Организации пользователей IBM SHARE и GUIDE в своем отчете сформулировали требования к системе управления базами данных. Организация ACiM (Association for Computing Machinery) также занималась изучением этого вопроса.

Ниже  перечислены основные требования к  организации базы данных.

1. Установление  многосторонних связей

Различным программистам требуются различные логические файлы. Эти файлы получаются из одной и той же совокупности данных. Между элементами запоминаемых данных могут существовать различные связи. Некоторые базы данных будут содержать сложные переплетения взаимосвязей. Метод организации данных должен быть таким, чтобы обеспечивалась возможность удобного представления этих взаимосвязей и быстрого согласования вносимых в них изменений. Система управления базами данных должна обеспечивать возможность получения требуемых логических файлов из имеющихся данных и существующих между ними связей. Необходимо, чтобы существовало хотя бы небольшое сходство между представлением логического файла в прикладной программе и способом физического хранения данных.[7, 10, 11].