Системы управления базами данных, их состав и назначение. Файловые и клиент-серверные СУБД

На сегодняшний день разработки в области систем баз данных общего пользования занимают ведущее место в мире. Основными причинами, способствующими развитию теории баз данных, являются:

1. Увеличение мощности компьютеров, приводит к увеличению объемов информации, обрабатываемой с помощью компьютера, что повышает потенциальные возможности использования компьютеров.

2. Хранения информации на магнитных носителях становится дешевле, чем на бумаге, что приводит к накоплению информации в электронной форме.

3. Хранение информации на электронных носителях позволяет стурктурировать ее, выполнить предварительную обработку и выдать потребителю в удобной для него форме.

4. В памяти компьютера можно хранить не только текстовую информацию, но и схемы, рисунки, музыкальные произведения и т.п.

5. Информацию, хранимую в компьютере, можно не только накапливать и выдавать по запросам, но и обрабатывать, преобразовывать в новую форму.

6. Информацию легко копировать, тиражировать и передать по сетям на большие расстояния.

Для работы с данными пишутся специальные пакеты программ, предназначенные для ввода информации в компьютер, хранения ее в удобной и компактной форме, обеспечивающей быстрый доступ к информации по запросам пользователя. Такие пакеты программ называются системами управления баз данных (СУБД). Основными компонентами, содержащимися в СУБД, являются следующие:

1. Среда пользователя, позволяющая осуществлять непосредственный управление данными в компьютере: ввод, модификация и получение ответов на запросы.

2. Алгоритмический язык для программирования прикладных систем, реализованный как интерпретатор, содержащий внутренний редактор, компилятор и отладчик.

3. Программы утилиты быстрого программирования рутинных операций типа составления МЕНЮ пользователя, генераторы отчетов, формирование экрана и т.п.

4. Компилятор для придания готовой программе вида завершенного программного продукта в виде независимого exe-файла, работающей вне среды СУБД.

Первоначально, термин СУБД относился к системам, обладающим только компонентой 1, т.е. к оболочкам пользователя. Однако, в настоящее время на рынке программных продуктов все большее долю занимают СУБД, обладающие всеми перечисленными компонентами.

Среди наиболее ярких представителей систем управления базами данных можно отметить: Lotus Approach, Microsoft Access, Borland dBase, Borland Paradox, FoxPro, Microsoft Visual FoxPro, Microsoft Visual Basic, а также баз данных Microsoft SQL Server и Oracle, используемые в приложениях, построенных по технологии «клиент-сервер». Фактически, у любой современной СУБД существует аналог, выпускаемый другой компанией, имеющий аналогичную область применения и возможности, любое приложение способно работать со многими форматами представления данных, осуществлять экспорт и импорт данных благодаря наличию большого числа конвертеров. Общепринятыми, также, являются технологи, позволяющие использовать возможности других приложений, например, текстовых процессоров, пакетов построения графиков и т.п., и встроенные версии языков высокого уровня (чаще – диалекты SQL и/или VBA) и средства визуального программирования интерфейсов разрабатываемых приложений. Поэтому уже не имеет существенного значения на каком языке и на основе какого пакета написано конкретное приложение, и какой формат данных в нем используется. Более того, стандартом «де-факто» стала «быстрая разработка приложений» или RAD (от английского Rapid Application Development), основанная на широко декларируемом в литературе «открытом подходе», то есть необходимость и возможность использования различных прикладных программ и технологий для разработки более гибких и мощных систем обработки данных. Поэтому в одном ряду с «классическими» СУБД все чаще упоминаются языки программирования Delphi и Visual C++, которые позволяют быстро создавать необходимые компоненты приложений, критичные по скорости работы, которые трудно, а иногда невозможно разработать средствами «классических» СУБД. Современный подход к управлению базами данных подразумевает также широкое использование технологии «клиент-сервер». Таким образом, на сегодняшний день разработчик не связан рамками какого-либо конкретного пакета, а в зависимости от поставленной задачи может использовать самые разные приложения. Поэтому, более важным представляется общее направление развития СУБД и других средств разработки приложений в настоящее время.

Краткая характеристика программного обеспечения, используемого в СУБД. Рассмотрим кратко программные продукты компании Microsoft, а именно Visual FoxPro, Visual Basic, Visual С++, Access, SQL Server. Наиболее интересной чертой этих пакетов являются их большие возможности интеграции, совместной работы и использования данных, так как данные пакеты являются продуктами одного производителя, а также используют сходные технологии обмена данными.

Visual FoxPro отличается высокой скоростью, имеет встроенный объектно-ориентированный язык программирования с использованием xBase и SQL, диалекты которых встроены во многие СУБД. Имеет высокий уровень объектной модели. При использовании в вычислительных сетях обеспечивает как монопольный, так и раздельный доступ пользователей к данным. Применяется для приложений масштаба предприятия для работы на различных платформах: Windows, Macintosh..

Access входит в состав самого популярного пакета Microsoft Office. Основные преимущества: знаком многим конечным пользователям и обладает высокой устойчивостью данных, прост в освоении, может использоваться непрофессиональным программистом, позволяет готовить отчеты из баз данных различных форматов. Предназначен для создания отчетов произвольной формы на основании различных данных и разработки некоммерческих приложений. Минимальные ресурсы ПК: процессор 468DX, Windows 3.1, 95, NT, объем оперативной памяти 12 (16) Мб, занимаемый объем на ЖМД 10-40 Мб.

Visual Basic – это универсальный объектно-ориентированный язык программирования, диалекты которого встроены в Access, Visual FoxPro. Преимущества: универсальность, возможность создания компонентов OLE, невысокие требования к аппаратным ресурсам ЭВМ. Применяется для создания приложений средней мощности, не связанных с большой интенсивностью обработки данных, разработки компонентов OLE, интеграция компонентов Microsoft Office.

SQL Server – сервер баз данных, реализует подход «клиент-сервер» и взаимодействует с указанными пакетами. Главные достоинства: высоая степень защиты данных, мощные средства для обработки данных, высокая производительность. Область применения: хранение больших объемов данных, хранение высокоценных данных или данных, требующих соблюдения режима секретности. Имеет широкий диапазон применения. может устанавливаться на компьютеры любого класса, начиная от карманных компьютеров (есть версия MS SQL Server для карманых компьютеров) до рабочих станций и мэйнфреймов.

Указанные программные продукты имеют возможности визуального проектирования интерфейса пользователя, то есть разработчик из готовых фрагментов создает элементы интерфейса, программирует только их изменения в ответ на какие-либо события.

2. Типы базы данных. Реляционные, иерархические, сетевые, объектно-ориентированные базы данных.

Базы данных содержат структурированную информацию об объектах предметной области. Структурированность данных позволяет выбирать информацию из базы данных по разным критериям, используя различные методы поиска, адекватные данной модели представления данных.

Основной единицей представления данных является объект, имеющий свойства (атрибуты), и связи между объектами. Примерами объектов служат люди (служащие фирмы, студенты учебного заведения, потребители товаров и т.д.), предметы (товары, накладные, компьютеры), данные (результаты сдач экзаменов, данные научного исследования) и т.д.

Атрибуты выражают свойства объектов, относящиеся к предметной области, в которой разрабатывается база данных. Проектировщик базы данных выбирает объекты, включаемые в предметную область и их атрибуты, относящиеся к предмету представления. Между объектами предметной области существуют естественные связи, которые разработчик должен отразить в структуре базы данных. Форма представления данных, атрибутов и связей между ними производится в соответствии с выбранной моделью базы данных.

Современные СУБД могут работать с несколькими различными моделями данных: иерархической и сетевой (с 60-х годов), реляционной (с 70-х) и объектно-ориентированной (с 90-х годов). Основное различие моделей – в представлении взаимосвязей между объектами.

Иерархическая модель данных строится по принципу иерархии объектов, то есть один тип объекта является главным, все нижележащие – подчиненными. Устанавливается связь «один ко многим», то есть для некоторого главного типа существует несколько подчиненных типов объектов. Иначе, главный тип именуется исходным типом, а подчиненные – порожденными. У подчиненных типов могут быть в свою очередь подчиненные типы. Наивысший в иерархии узел (совокупность атрибутов) называют корневым.

Сетевая модель данных строится по принципу «главный и подчиненный тип одновременно», то есть любой тип данных одновременно может одновременно порождать несколько подчиненных типов (быть владельцем набора) и быть подчиненным для нескольких главных (быть членом набора).

Реляционная модель данных объекты и связи между ними представляются в виде таблиц, при этом связи тоже рассматриваются как объекты. Все строки, составляющие таблицу в реляционной базе данных должны иметь первичный ключ. Все современные средства СУБД поддерживают реляционную модель данных.

Наиболее сложную структуру имеют объектно- ориентированные базы данных. Между объектами предметной области возникает иерархия типа «родитель- потомок». Все свойства родительского объекта наследуются потомками с возможности расширения и переопределения свойств и методов родителей. Здесь, как и в объектно-ориентированном программировании, используются принципы наследования, инкапсуляции и полиморфизма.

Наиболее простыми и распространенными являются реляционные модели данных. Рассмотрим примеры:

Пример 1. БД "Студенты КГУ" Объект - студент. Его атрибуты:Ф.И.О., домашний адрес, номер зачетной.книжки т.д.

Пример 2: БД "Расписание рейсов" содержит атрибуты: номер рейса, пункт отправления, время отправления и т.д.

Каждая БД может реализоваться в виде одного или нескольких файлов. Hапример, БД "Студенты" может содержать таблицы "Студенты", содержащую данные о студентах, "Группа", содержащую сведения о группе, к которой приписан студент, "Экзамены"-сведения о текущих экзаменах и зачетах, которые нужно сдавать студенту данного курса и т.д. В реляционной модели данных каждый такой файл называется таблицей или отношением. В данном курсе лекций мы ограничимся рассмотрением только реляционных моделей, однако, такое ограничение не сужает круг рассматриваемых понятий, т.к. поскольку, и сетевую, и иерархическую модель можно реализовывать в реляционной модели.

Пример 3: Дана сетевая модель, предметная область которой имеет следующую диаграмму. Путем введения дублирования отдельных полей приведем ее структуру к древовидному, а затем к реляционному виду.

Сетевая структура Иерархическая структура Реляционная структура

Здесь мы разорвали некоторые связи, но добавили дублирующие элементы в полученную структуру.

Каждая цепочка реализуется как двумерная таблица, строками которой являются кортежи. Значит, база данных, соответствующая последнему рисунку, состоит из 4-х таблиц, имеющих по три столбца. Таблица реализуется в памяти компьютера в виде линейного файла:

Иванов С.П.

10/04/70

Гончарова,33

*

Петров И.И

12/07/82

Нариманова,5

Из сказанного вытекает, что реляционная БД - это набор двумерных таблиц, реализованных в постоянной памяти компьютера в виде отдельных линейных файлов. Банк данных - это совокупность БД, связанных между собой. Например, банк данных "Учебное заведение" может содержать БД "Студенты", "Сотрудники", Библиотека" и т.д.

Дата добавления: 2014-01-11