Автор: Пользователь скрыл имя, 12 Января 2013 в 20:38, контрольная работа
Базу данных (БД) можно определить как унифицированную совокупность данных, совместно используемую различными задачами в рамках некоторой единой автоматизированной информационной системы (ИС).
Теория управления базами данных как самостоятельная дисциплина начала развиваться приблизительно с начала 50-х годов двадцатого столетия. За это время в ней сложилась определенная система фундаментальных понятий.
На уровне информационных ресурсов БД представляет собой предметно-ориентированную коллекцию информацию, содержащую несколько миллионов записей (например, INPADOC - БД по патентным документам, INSPEC — БД по техническим наукам, MEDLINE — по медицине и пр.). В качестве обеспечения здесь обычно используются автоматизированные информационно-поисковые системы (АИПС), ориентированные на поиск и представление слабоструктурированной текстовой информации (STAIRS, IRBIS пр.)
В этом подразделе приводится классификация СУБД и рассматриваются основные их функции, в качестве, основных классификационных признаков можно использовать следующие: вид программы, характер использований, модель данных, названные признаки существенно влияют на целевой выбор СУБД и эффективное использование разрабатываемой информационной системы.
Классификация СУБД. В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД. Рассмотрим, какие из имеющихся на рынке программ имеют отношение к БД и в какой мере они связаны с базами данных.
К СУБД относятся следующие виды программ:
Полнофункциональные СУБД, (ПФСУБД) представляют собой традиционные СУБД, которые сначала появились для больших машин, затем для мини-машин и для ПЭВМ. Из числа всех СУБД современные ПФСУБД являются наиболее многочисленными и мощными по своим возможностям. К ПФСУБД относятся, например, такие пакеты, как Clarion Database Developer, DataEase, DataFlex, dBase IV, Microsoft Access, Microsoft FoxPro и Paradox R:BASE.
Обычно ПФСУБД имеют развитый интерфейс, позволяющий с помощью команд меню выполнять основные действия с БД: создавать и модифицировать структуры таблиц, вводить данные, формировать запросы, разрабатывать отчеты, выводить их на печать и т. п. Для создания запросов и отчетов не обязательно программирование, а удобно пользоваться языком QBE (Query By Example — формулировки запросов по образцу.
Многие ПФСУБД включают средства программирования для профессиональных разработчиков.
Некоторые системы имеют в качестве вспомогательных и дополнительные средства проектирования схем БД или, CASE-подсистемы. Для обеспечения доступа к другим БД или к данным SQL-серверов полнофункциональные СУБД имеют факультативные модули.
Серверы БД предназначены для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Эта группа БД в настоящее время менее многочисленна, но их количество постепенно растет. Серверы БД реализуют функции управления базами данных, запрашиваемые другими (клиентскими) программами обычно с помощью операторов SQL.
Примерами серверов БД являются следующие программы: NetWare SQL (Novell), MS SQL Server (Microsoft), InterBase (Borland), SQLBase Server (Gupta), Intelligent Database (Ingress).
В роли клиентских программ для серверов БД в общем случае могут использоваться различные программы: ПФСУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры, программы электронной почты и т. д. При этом элементы пары «клиент — сервер» могут принадлежать одному или разным производителям программного обеспечения.
В случае, когда клиентская и серверная части выполнены одной фирмой, естественно ожидать, что распределение функций между ними выполнено рационально. В остальных случаях обычно преследуется цель обеспечения доступа к данным «любой ценой». Примером такого соединения является случай, когда одна из полнофункциональных СУБД играет роль сервера, а вторая СУБД (другого производителя) — роль клиента. Так, для сервера БД SQL Server (Microsoft) в роли клиентских (фронтальных) программ могут выступать многие СУБД, такие как dBASE IV, Blyth Software, Paradox, DataEase, Focus, 1-2-3, MDBS III, Revelation и другие.
Средства разработки программ работы с БД могут использоваться для создания разновидностей следующих программ:
Программ первого и второго вида совсем немного, так как предназначены, главным образом, для системных программистов. Пакетов третьего вида гораздо больше, но меньше, чем полнофункциональных СУБД.
К средствам разработки пользовательских приложений относятся системы программирования, например Clipper, разнообразные библиотеки программ для различных языков программирования, а также пакеты автоматизации разработок (в том числе систем типа клиент-сервер). В числе наиболее распространенных можно назвать следующие инструментальные системы: Delphi н Power Builder (Borland), Visual Studio (Microsoft), SILVERRUN (Computer Advisers Inc.), S-Designor (SDP и Powersoft) и ERwin (Logic Works).
Если говорить о конкретных системах программирования (для языков С++, С#. Visual Basic Java и др.), то все они содержат некоторые средства доступа к наиболее широко используемым БД.
Кроме перечисленных средств, для управления данными и организации обслуживания БД используются различные дополнительные средства, к примеру, мониторы транзакций.
По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские.
Персональные СУБД обычно обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения зачастую могут выступать в роли клиентской части многопользовательской СУБД, к персональным СУБД, например, относятся Visual FoxPro, Paradox, Clipper, dBase, Access и др.
Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть и, как правило, могут работать в неоднородной вычислительной среде (с разными типами ЭВМ и операционными системами) к многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД Oracle и Informix.
В зависимости от способа хранения и обработки БД (централизованного или децентрализованного) СУБД можно разделить на два класса; централизованные (или обычные) СУБД и децентрализованные (или распределенные) СУБД. В обычных СУБД данные хранятся и том же место, где и программы их управления в распределенных СУБД как программное обеспечение, так и данные распределены по узлам сети. Распределенные СУБД могут быть однородными или неоднородными. Неоднородность СУ БД может проявляться в отличии поддерживаемых модели данных, типов данных, языков запросов, фирм-разработчиков и т. д.
Одной из разновидностей распределенных СУБД являются мультибазовые системы, в которых управление каждым из узлов осуществляется автономно. В мультибазовых СУБД производится такая интеграция локальных систем, при которой не требуется изменение существующих СУБД и в то же время конечным пользователям предоставляется доступ к совместно используемым данным. Пользователи локальных СУБД получают возможность управлять данными собственных узлов без централизованного контроля, который присутствует в обычных распределенных СУБД. Примером мультибазовой СУБД является система UniSQL компании Cincom Corporation.
В зависимости от возможности распараллеливания процесса обработки данных выделяют СУБД с последовательной и параллельной обработкой (параллельные СУБД). Параллельные СУБД функционируют в многопроцессорной вычислительной системе (как правило, со множеством устройств хранения данных) или в сети компьютеров.
По используемой модели данных СУБД (как и БД), разделяют на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные и другие типы. Некоторые СУБД могут одновременно поддерживать несколько моделей данных.
С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования и удаления) и обработки информации, а также разработки и получения различных выходных документов.
Для работы с хранящейся в базе данных информацией СУБД предоставляет программам и пользователям следующие два типа языков:
Названные языки в различных СУБД могут иметь отличия. Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка: QBE (Query By Example) — язык запросов по образцу и SQL (Structured Query Language) — структурированный язык запросов. QBE в основном обладает свойствами языка манипулирования данными, SQL сочетает в себе свойства языков обоих типов — описания и манипулирования данными.
Перечисленные выше функции СУБД, в свою очередь, используют следующие основные функции более низкого уровня, которые назовем низкоуровневыми:
Дадим краткую характеристику необходимости и особенностям реализации перечисленных функций в современных СУБД.
Реализация функции управления данными во внешней памяти в разных системах может различаться и на уровне управления ресурсами (используя файловые системы ОС или непосредственное управление устройствами ПЭВМ), и по логике самих алгоритмов управления данными. В основном методы и алгоритмы управления данными являются «внутренним делом» СУБД и прямого отношения к пользователю не имеют. Качество реализации этой функции наиболее сильно влияет на эффективность работы специфических ИС, например, с огромными БД, со сложными запросами» большим объемом обработки данных.
Необходимость буферизации данных и как следствие реализации функции управления буферами оперативной памяти обусловлено тем, что объем оперативной памяти меньше объема внешней памяти.
Буферы представляют собой области оперативной памяти, предназначенные для ускорения обмена между внешней и оперативной памятью. В буферах временно хранятся фрагменты БД, данные из которых предполагается использовать при обращении к СУБД или планируется заимствовать после обработки.
Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности данных в базе. Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от начала и до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои н оборудования, ошибки в программном обеспечении, включая приложении) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.
В зависимости от времени, требуемого для выполнения выделяют обычные и продолжительные транзакции. Продолжительные транзакции могут охватывать часы, дни и даже месяцы. Такие транзакции могут возникать в процессе проектирования и разработки сложных систем крупным количеством людей. Кроме того, помимо обычных плоских транзакций, используется модель вложенных транзакций. В последнем случае транзакция рассматривается как набор взаимосвязанных подзадач (субтранзакций), каждая из которых также может состоять из произвольного количества субтранзакций. Говорят, что транзакции присущи три основных свойства:
Примером транзакции является операция перевода денег с одного счета на другой. Здесь необходим, по крайней мере двухфазовый процесс. Сначала снимают деньги с одного счета, затем добавляют их к другому счету. Если хотя бы одно из действий не выполнится успешно, результат операции окажется неверным и будет нарушен баланс между счетами.
Контроль транзакций важен в однопользовательских и в многопользовательских СУБД, где транзакции могут быть запущены параллельно. В последнем случае говорят о сериализуемости транзакций. Под сериализацией параллельно выполняемых транзакций понимается составление такого плана их выполнения (сериального плана), при котором суммарный эффект реализации транзакций эквивалентен эффекту их последовательного выполнения.
При параллельном выполнений смеси транзакций возможно возникновение конфликтов (блокировок), разрешение которых является функцией СУБД. При обнаружении таких случаев обычно производится «откат» путем отмены изменений, произведенных одной или несколькими транзакциями.
Ведение журнала изменений в БД (журнализация изменений) выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных сбоев и отказов, а также ошибок в программном обеспечении.
Журнал СУБД — это особая БД или часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю и используемая для записи информации обо всех изменениях базы данных. В различных СУБД в журнал могут заноситься записи, соответствующие изменениям в СУБД на разных уровнях: от минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти до логической операции модификации БД (например, вставки записи, удаления столбца, изменения значения в поле) и даже транзакции.
Для эффективной реализации функции ведения журнала изменений в БД необходимо обеспечить повышенную надежность хранения и поддержания в рабочем состоянии самого журнала. Иногда для этого в системе хранят несколько копий журнала.
Обеспечение целостности БД составляет необходимое условие успешного функционирования БД, особенно для случая использования БД в сетях. Целостность БД есть свойство базы данных, означающее, что в ней содержится полная, непротиворечивая, адекватно отражающая предметную область информация. Поддержание целостности БД включает проверку целостности и ее восстановление в случае обнаружения противоречий в базе данных. Целостное состояние БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапазонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в БД, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реляционных БД.
Информация о работе Базы данных. Основные понятия и классификация