Поняття та структура банку даних

Банк даних – це система спеціальним чином організованих даних (баз даних), програмних, мовних, технічних, організаційно-методичних засобів призначених для підтримки інформаційної моделі предметної області з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів (рис.).

3. Класифікація моделей даних.

Інфологічна модель – відображає інформацію про предметну область у вигляді незалежному від СУБД, що використовується.

Даталогічна модель – модель логічного рівня, яка відображає логічні зв'язки між елементами даних безвідносно до їх змісту і середовища збереження.

Фізична модель – описує те, як дані зберігаються в комп'ютері, представляючи інформацію про структуру записів, їх впорядкованість і про існуючі шляхи доступу до даних.

Модель "сутність-зв'язок" (ER-модель) – описує модель предметної області і складається з множини сутностей, множини звязків між сутностями, а також з атрибутів сутностей і зв'язків.

Семантична об'єктна модель – описує модель предметної області і являє собою модель даних.

Фактографічні моделі – містять відомості, які представлені у вигляді спеціальним чином організованих сукупностей формалізованих записів даних.

Документальні моделі – передбачають, що в якості одиничного елемента інформації виступає неподільний на менші складові частини документ, а інформація про документ, як правило, не структурується, або структурується в обмеженому вигляді.

Теоретико-графова модель – це модель даних, в якій дозволені структури даних можуть бути представлені у вигляді граф загального або спеціального виду, наприклад дерева.

Теоретико-множинна модель – це модель даних, в якій використовується апарат реляційної алгебри, реляційного обчислення, а операції над даними маніпулюються таблицями.

Об'єктно-орієнтована модель – це модель даних, яка базується на понятті об’єкта, тобто сутності, що володіє станом і поведінкою.

Багатомірна модель – модель даних, яка оперує багатомірним представленням даних (у вигляді гіперкубу) і орієнтована на підтримку аналіза даних.

Дескрипторна модель – описує кожен документ за допомогою дескриптора. Дескриптор має жорстку структуру і являє собою набори деяких лексичних одиниць.

Тезаурусна модель – описує кожен документ за допомогою дескрипторів, а також змістовних відношень між лексичними одиницями (ціле-частина, род-вид, клас-підклас і т.ін.).

Гіпертекстова модель – модель, що заснована на розмітці документа за допомогою спеціальних навігаційних конструкцій, які відповідають змістовим зв'язкам між різними документами, або окремими фрагментами одного документа.

Ієрархічна модель дозволяєбудувати БД з деревовидною структурою. У них кожен вузол містить свій тип даних (суть).

У мережевій моделі можливі зв'язки всіх інформаційних об'єктів зі всіма. Наприклад, кожен викладач може виучувати багато студентів і кожний студент може навчатися у багатьох викладачів

4. Реляційна модель і її характеристики. Цілісність в реляційній моделі.

Реляційна модель(РМД) була розроблена на початку 1970-х років Едгаром Ф. Коддом.. Причини домінування РМД обумовлені тим, що є:

· розвинена теорія (реляційна алгебра);

· апарат зведення інших моделей даних до РМД;

· спеціальні засоби|кошти| прискореного доступу до інформації;

·стандартизована високорівнева мова|язик| запитів до БД, що дозволяє маніпулювати даними без знання фізичної організації БД.

Основними і фундаментальними правиломи реляційної моделі є:

ü Відсутність стовпчиків-дублікатів;

ü Відсутність впорядкованості рядків;

ü Відсутність впорядкованості атрибутів.

Переваги реляційної моделі:

- Можливість змоделювати майже будь-яку предметну область.

- Наявність простого та могутнього математичного апарату, що грунтується на теорії множин та математичній логіці і забезпечує теоретичний базис реляційного підходу до організації БД.

- Можливість маніпулювання даними без необхідності знання конкретної фізичної організації БД.

Недоліки реляційної моделі:

- Складні структури даних представляються за допомогою великої кількості двомірних реляційних таблиць, що веде до збереження зайвої службової інформації.

- Велика кількість таблиць істотно ускладнює і сповільнює виконання складних трансакцій.

Цілісність властивість даних, що визначає повноту і правильність інформації, яка вміщується в БД. Підтримка цілісності даних включає такі складові:

1. Структурна цілісність(відсутність дублікатів кортеджів, обов’язкова наявність у кожному відношенні первинного ключа).

2. Обмеження реальних значень даних (значення поля повинні належати деякому діапазону: формати для полів, математичні умови.)

3. Посилкова цілісність (означає що зміни в таблиці повинні використовуватись синхронно)

5. Операції реляційної алгебри.

Реляційна алгебра - замкнена система операцій над відношеннями в реляційній моделі даних. Операції реляційної алгебри також називаються реляційними операціями.

До складу теоретико-множинних операцій входять операції:

· об'єднання відношень;

· перетин відношень;

· взяття різниці відношень;

· прямий добуток відношень.

Спеціальні реляційні операції включають:

· обмеження відношення;

· проекцію відношення;

· з'єднання відношень;

· поділ відношень.

Крім того, до складу алгебри включається операція присвоювання, що дозволяє зберегти в базі даних результати обчислення алгебраїчних виразів, і операція перейменування атрибутів, що дає можливість коректно сформувати заголовок (схему) результуючого відношення.

6. Етапи створення бази даних. Способи проектування баз даних.

Процес проектування БД являє собою послідовність переходів від неформального мовного опису інформаційної структури предметної області до формалізованого опису об'єктів предметної області в термінах деякої моделі.

Проектування БД складається з таких етапів:

− системний аналіз предметної області;

− концептуальне проектування;

− логічне проектування;

− фізичне проектування.

Системний аналіз передбачає мовний опис реальних об'єктів предметної області, визначення зв'язків між об'єктами, дослідження характеристик об'єктів і зв'язків. Результати дослідження використовуються при концептуальному проектуванні БД.

У загальному випадку існує два підходи до проектування БД: низхідне проектування і висхідне проектування.

Низхідне проектування починається з визначення наборів даних, потім визначаються елементи даних для кожного з таких наборів.

Висхідне проектування починається з виявлення елементів даних, які потім групуються в набори даних.

Концептуальне проектування полягає в створенні концептуальної моделі, яку відображає концептуальна схема БД. На цьому етапі визначаються об'єкти, зв'язки між об'єктами, атрибути, ключові атрибути.

Логічне проектування полягає в створенні логічної моделі на основі вибраної моделі даних. На цьому етапі необхідно вже знати яка СУБД буде застосовуватися в системі (ієрархічна, мережна, реляційна, об'єктно-орієнтована).

Фізичне проектування полягає в описі засобів фізичної реалізації логічного проекту БД.

7. Концептуальне проектування баз даних. Модель сутність-зв’язок.

З концептуального проектування починається створення концептуальної схеми БД, в основі якої лежить концептуальна модель даних. Концептуальна модель представляє загальний погляд на дані. Розрізняють два головних підходи до моделювання даних при концептуальному проектуванні:

− семантичні моделі;

− об'єктні моделі.

Семантичні моделі головну увагу приділяють структурі даних. Найбільш поширеною семантичною моделлю є модель "сутність – зв'язок" (Entity Relationship model, ER-модель).

ER-модель складається із сутностей, зв'язків, атрибутів, доменів атрибутів, ключів. Моделювання даних відображає логічну структуру даних, так само, як блок-схеми алгоритмів відображають логічну структуру програми.

Об'єктні моделі головну увагу приділяють поведінці об'єктів даних і засобам маніпуляції даними. Головне поняття таких моделей − об'єкт, тобто сутність, яка має стан і поведінку. Стан об'єкта визначається сукупністю його атрибутів, а поведінка об'єкта визначається сукупністю операцій специфікованих для нього.

Зближення цих моделей реалізується в розширеному ER-моделюванні (Extended Entity Relationship model, EER-модель).

8. Логічне проектування баз даних. Способи перетворення концептуальної моделі в логічну.

Логічне проектування виконується для певної моделі даних. Для реляційної моделі даних логічне проектування полягає у створенні реляційної схеми, визначенні числа і структури таблиць, формуванні запитів до БД, визначенні типів звітних документів, розробці алгоритмів обробки інформації, створенні форм для вводу і редагування даних в БД і рішенні цілого ряду інших задач. Концептуальні моделі за певними правилами перетворюються в логічні моделі даних. Коректність логічних моделей перевіряється за допомогою правил нормалізації, які дозволяють переконатися в структурній узгодженості, логічній цілісності і мінімальній збитковості прийнятої моделі даних. Модель також перевіряється з метою виявлення можливостей виконання транзакцій, які будуть задаватися користувачами.

Першим кроком спрощення концептуальної моделі є попередні перетворення з метою усунення зв'язків, які є несумісними з реляційною моделлю.

На цьому етапі виконуються такі операції:

− вилучення двосторонніх зв'язків M:N;

− вилучення складних зв'язків;

− вилучення багатозначних атрибутів;

− вилучення рекурсивних зв'язків;

− вилучення зв'язків з атрибутами.

Перетворення зв’язку " багато до багатьох" виконується шляхом введення проміжної сутності із заміною одного зв'язку M:N двома зв'язками 1:N з новою сутністю.

Для вилучення складних зв'язків виконуються такі операції:

− у модель вводиться нова сутність;

− складний зв'язок замінюється бінарними зв'язками "один до багатьох" зі знов створеною сутністю;

− кількість бінарних зв'язків дорівнює ступеню складності зв'язку.

Якщо в концептуальній моделі даних присутній багатозначний атрибут, то може бути виконана декомпозиція цього атрибуту для визначення деякої сутності.

9. Нормальні форми стосунків.

Розрізняють такі форми нормальних стосунків:

Перша нормальна форма. Відношення знаходиться в 1НФ тоді і тільки тоді, коли всі його атрибути є атомарними. Значення атрибуту вважається атомарним, якщо воно є неподільним у всіх застосуваннях. Приклад. Представлення даних у таблицях може вважатися як атомарним, так і неатомарним залежно від використання. Засіб представлення визначається необхідним ступенем деталізації і повинен підтримуватися у всіх застосуваннях

Друга нормальна форма. Відношення знаходиться в 2НФ, якщо воно знаходиться в 1 НФ і кожен його непервинний атрибут функціонально повно залежить від первинного ключа. Неповною функціональною залежністю називається залежність неключового атрибуту від частини ключа, що складається з декількох атрибутів. Повна функціональна залежність передбачає залежність неключового атрибуту від всіх атрибутів одночасно, що входять до складу ключа.

Третя нормальна форма. Відношення знаходиться в 3НФ, якщо воно знаходиться в 2НФ і жоден з непервинних атрибутів у відношенні не є транзитивно залежним від первинного ключа. Атрибут C транзитивно залежить від атрибуту A, якщо для атрибутів A, B, C виконуються такі умови A → B і B → C, але зворотня залежність відсутня.

10. Фізичне проектування бази даних.

Фізичне проектування являє собою процес визначення характеристик сховища даних і доступу до них в БД. Властивості сховища даних залежать від пристроїв зберігання, засобів доступу до даних, що підтримуються системою і від СУБД. На етапі фізичного проектування визначається місцезнаходження даних на пристроях зберігання, загальна продуктивність системи. В реляційних БД складні фізичні процеси організації даних приховані від користувача, але вони мають великий вплив на продуктивність роботи з БД.

Розрізняють такі засоби фізичної організації файлів даних: послідовний, індексно-послідовний, прямий.

Послідовний файл – файл, до записів якого можливий послідовний доступ у порядку їх фізичного розміщення в пам'яті. Послідовна організація ефективна, коли застосування при кожному зверненні до БД обробляє значну кількість записів.

Індексно-послідовний файл − файл, до записів якого можливий прямий доступ за допомогою створеного для нього індексу по заданому ключу, а також послідовний доступ згідно з їх впорядкуванням по цьому ключу індексування. Індексно-послідовна організація ефективна, коли достатньо багато застосувань потребують послідовної обробки і достатньо багато застосувань потребують прямого доступу.

Файл прямого доступу − файл, в якому забезпечується прямий доступ до його записів за їх безпосередньою або посередньою адресою у середовищі зберігання або за заданими ключем за допомогою будь-якого методу відображення ключа в адресу. Пряма організація необхідна, коли для більшості застосувань потрібен прямий доступ до записів.

11. Історія створення та розвитку SQL. Основні поняття мови SQL.

SQL – це стандартна мова програмування, яка використовується для створення, модифікації, пошуку і вибірки інформації, що зберігається в довільній реляційній базі даних, яка управляється відповідною системою управління базами даних (СУБД).

Мова SQL дуже могутня, тому її підтримують найбільш популярні СУБД, зокрема Microsoft Access, Oracle і MySQL, хоча рівень цієї підтримки істотно залежить від того, про яку саме СУБД йдеться.

Зазначимо, що всі сучасні сервери СУБД поставляються в комплекті з такими графічними додатками або утилітами командного рядка, які сприймають інтерактивні команди SQL або/і текстові файли, що містять SQL-пpoграми, тобто сценарії. Всі команди SQL прийнято ділити на дві основні групи - мова маніпулювання даними (DML) і мова визначення даних (DDL).

Команди групи DDL створюють, модифікують і знищують такі об'єкти бази даних, як таблиці, індекси і погляди.

SQL – це інструмент, призначений для вибірки та опрацювання інформації, яка міститься в комп’ютерній базі даних. SQL – це мова програмування, яка застосовується для організації взаємодії користувача із базою даних. Це не алгоритмічна мова.

Якщо користувачу необхідно отримати якусь інформацію із бази даних, то він запитує її за допомогою SQL. СУБД опрацьовує запит, знаходить потрібні дані і надсилає їх користувачу.

12. Захист інформації в базах даних.

Захист даних − попередження несанкціонованого або випадкового доступу до даних, їх зміни або руйнування даних з боку користувачів; попередження змін або руйнування даних при збоях апаратних і програмних засобів і при помилках в роботі співробітників групи експлуатації.

Парольний захист передбачає встановлення пароля, який являє собою ряд літер, визначених користувачем при вході в систему з метою ідентифікації системними механізмами управління доступом

У сучасних СУБД підтримуються два найбільш загальних підходи до забезпечення безпеки даних: вибірковий підхід і обов'язковий підхід.

Вибірковий підхід передбачає, що кожен користувач має різні права при роботі з даними об'єктами. Різні користувачі можуть мати різні права доступу до одного й того ж об'єкта.

Обов'язковий підхід передбачає, що кожному об'єкту даних надається деякий кваліфікаційний рівень, а кожен користувач має деякий рівень допуску.

Шифрування даних − метод забезпечення таємності даних шляхом генерації нового їх представлення, яке допускає однозначне відновлення вихідного представлення.

13. Розподілені бази даних

Розподілена обробка − це обробка з використанням централізованої бази даних, доступ до якої може виконуватись з різних комп'ютерів мережі.

Розподілена база даних − це набір логічно зв'язаних між собою роздільних даних і їх описів, які фізично розподілені в деякій комп'ютерній мережі.Розподілена СУБД, в якій управління кожним із вузлів виконується зовсім автономно називається мультибазовою системою.

Розподілена СУБД – це програмна система, яка призначена для управління розподіленими базами даних і яка забезпечує прозорий доступ користувачів до розподіленої інформації.

Якщо всі вузли розподіленої системи використовують той самий тип СУБД, то така система називається гомогенною. Якщо вузли розподіленої системи використовують різні типи СУБД, які обробляють різні моделі даних, то така система називається гетерогенною.

Існують такі схеми розміщення даних в системі:

− централізоване;

− фрагментоване;

− з повною реплікацією;

− з вибірковою реплікацією.

14. Паралельні бази даних

Під час паралельної обробки даних велика задача поділяється на кілька менших, які одночасно виконуються на кількох ву

злах комп'ютерної системи. Відтак вихідна задача вирішується значно швидше.

Ефективність реалізації паралельної обробки даних залежить:

+ від способу поділу задачі на підзадачі, які можна виконувати водночас (паралельно);

+ від можливості виявлення підзадач, які мають виконуватися послідовно, та підтримки послідовної схеми їхнього виконання.

Система паралельної обробки даних має такі властивості:

1.вузол системи може виконувати задачі одночасно з іншими вузлами;

2,система може синхронізувати виконання задач (підзадач);

3. вузли системи спільно використовують ресурси, тобто дані, а також диски та пристрої.

Технологія паралельних баз даних надає низку переваг прикладним системам, які їх використовують.

висока продуктивність - чим більше вузлів, тим швидше виконуються задачі;

підвищена працездатність - за відмови одного з вузлів його функції може взяти на себе інший, і система залишиться працездатною.

підвищена гнучкість - можна настроювати конфігурацію технічних засобів відповідно до потреб прикладних задач, нарощувати обчислювальні потужності системи або, навпаки, зменшувати їх;

збільшення кількості користувачів - технологія паралельних баз даних надає можливість подолати наслідки обмеженості ресурсів пам'яті, що дозволяє суттєво збільшити кількість користувачів, які обслуговуються водночас.

15. Бази даних в Інтернеті.

На сучасному етапі розвитку Інтернету ще не створено спеціалізованих систем керування базами даних. Це обумовлено тим, що мережа Інтернет ще не висунула таких вимог до систем баз даних, які б виходили за межі можливостей наявних СКБД. Відтак усі інтернет-додатки, які передбачають зберігання й обробку великих обсягів складноструктурованих даних, використовують СКБД загально­го призначення.

Є два способи інтеграції інтернет-технологій з технологіями СКБД: публіка­ція баз даних в Інтернеті та робота інтернет-додатків з базами даних наявних СКБД. Публікація баз даних здійснюється за допомогою спеціальних засобів наяв­них СКБД, що вибирають підмножини даних з баз і відображують їх у форматах, поширених в Інтернеті (як правило, це формати HTML і XML).

У середовищі XML є аналог схеми бази даних, роль якого відіграє опис DTD (Document Type Definition — Означення типу документа) або опис XML-документів відповідно до стандарту XML Schema. Можна вести мову також про аналог концептуальної схеми бази даних, роль якої відіграє RDF-специфікація. На­решті, як і в системах баз даних, на платформі XML розробляються мови запитів (XQuery, XPath, XQL, XML-QL, QUILT тощо).

У контексті баз даних на основі XML важливо звернути увагу на розроблений консорціумом W3C стандарт Document Object Model (DOM) об'єктної моделі для XML-документів, який визначає функції інтерфейсу прикладного програмування для систем, що підтримують інформаційні ресурси XML.

16. Об’єктно-орієнтовані бази даних.

Об'єктно-орієнтована база даних − база даних, яка створюється і використовується в середовищі СУБД, яке засновано на принципах об'єктно-орієнтованого підходу і підтримує об'єктну модель даних. Об'єктна база даних являє собою сукупність взаємозв'язаних об'єктів, які відповідають певній схемі.

Об'єкт являє собою концептуальну модель реального світу, в яку вбудовані представлення даних (атрибути) і їх поведінка (методи). Кожен об'єкт має унікальний ідентифікатор OID (Object Identifier, ідентифікатор об'єкта), який не залежить від його атрибутів. Атрибути входять в склад об'єкта і кожен атрибут може посилатися на інший об'єкт. Стан об'єкта визначається набором значень, які об'єкт має в даний момент часу. Методи реалізують поведінку об'єкта. Методи викликають за допомогою повідомлень. Реалізація методів і представлення даних інкапсульовані, тобто приховані від зовнішніх джерел.

Об'єктна модель даних характеризується рядом властивостей.

1. Основними компонентами є об'єкти і літерали. Об'єкт − це екземпляр сутності. Він має унікальний ідентифікатор. Літерал − конкретне значення. Він не має ідентифікатора.

2. Об'єкт має властивості, в тому числі атрибути і зв'язки з іншими об'єктами. Множина поточних значень всіх властивостей об'єкта визначає його стан.

3. Об'єкти і літерали мають типи. Кожен тип має власний домен. Типи можуть володіти поведінкою. Всі об'єкти одного типу володіють однаковою поведінкою і мають домени, що притаманні цьому типу.

4. Дії, які може виконувати об'єкт називаються операціями.

5. База даних зберігає об'єкти і заснована на схемі даних, що визначається мовою визначення даних.

Дата добавления: 2015-05-08