Основные термины, понятия и определения

Введение в СУБД

Приведем основные первоначальные определения и понятия, которые будут рассмотрены подробнее в следующих пунктах пособия.

База данных (БД) ‑ совокупность взаимосвязанных данных на внешних носителях (магнитных дисках).

Система управления базой данных (СУБД) ‑ комплекс программных сред­­ств, предназначенный для автоматизированного создания, ведения и использования БД.

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:

язык описания данных (ЯОД) – высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных;

язык манипулирования данными (ЯМД) - совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.

Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка:

QBE (Query By Example) – язык запросов по образцу, который обладает свойствами языка манипулирования данными и реализуется визуальным средствами (мастерами и конструкторами СУБД);

SQL (Structured Query Language) – структурированный язык запросов и 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:

управление данными во внешней памяти;

управление буферами оперативной памяти;

управление транзакциями;

ведение журнала изменений в БД;

обеспечение целостности и безопасности БД.

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 записать в базу 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 и отказы оборудования, ошибки в программном обеспечении, включая приложение) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.

Транзакции присущи три основных свойства:

атомарность (выполняются все входящие в транзакцию операции или ни одна);

сериализуемость (отсутствует взаимное влияние выполняемых в одно и то же время транзакций);

долговечность (даже крах системы не приводит к утрате результатов зафиксированной транзакции).

Примером транзакции является операция перевода денег с одного счета на другой в банковской системе. Здесь необходим, по крайней мере, двухшаговый 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 выполнении 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 изменений – это часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю к 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 и 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.

Обеспечение безопасности достигается в СУБД шифрованием прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных и к отдельным ее элементам (таблицам, формам, отчетам и т. д.).

Модель представления данных – логическая структура хранимых в базе данных. Основным моделям представления данных (моделям данных) относятся следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная.

Банк данных (БнД) ‑ совокупность БД, СУБД и комплекса техни­чес­ких средств (компьютеры, внешние устройства, устройства связи и др.).

Хранилище (склад) данных (ХД) ‑ извлеченные данные из оперативных и архив­ных БД, преобразованные в формат, приемлемый для сложных нерег­ла­мен­ти­рованных запросов и многомерного анализа.

Предметная область базы данных (ПО) ‑ организация, подразде­лен­ие, для которого создается БД.

Приложение – комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию обработки информации для прикладной задачи. Приложения могут создаваться в среде или вне среды СУБД – с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД, к примеру, Delphi или C++ Builder. Приложения, разработанные в среде СУБД, часто называют приложениями СУБД, а приложения, разработанные вне СУБД, – внешними приложениями.

Для работы с базой данных зачастую достаточно средств СУБД и не нужно использовать приложения, создание которых требует программирования. Приложения разрабатывают главным образом в случаях, когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователям или интерфейс СУБД не устраивает пользователей.

Объект(сущность) - предмет, человек или событие, о ко­то­ром соби­рает­ся и хранится информация.

Экземпляр объекта(запись) - единичное значение объекта.

Пример. Объект “СОТРУДНИК”, экземпляр ‑ данные об Иванове И.

Атрибут ‑ отдельная характеристика (свойство) объекта.

Домен ‑ область значений одного или нескольких атрибутов.

Таблица - совокупность записей с фик­сированным числом полей.

Таблица содержит все экземпляры объекта. Объект, экземпляр объ­ек­та и атрибут со­ответствуют понятиям: таблица, строка и колонка таблицы соот­вет­ствен­но.

Реко­мен­ду­ет­ся назы­вать атри­бут и сущность существительными в единственном числе, а таблицу ‑ именем объекта во мно­­жест­вен­­ном числе (например, объекту “СОТ­РУД­НИК” со­от­вет­­ствует таб­­лица “СОТРУД­НИ­КИ”).

Ключ - атрибут или группа атрибутов (называемых ключевым и), од­ноз­нач­но определяю­щая экземпляр объекта (за­пись или строку таблицы).

Пример. Атрибуты “Код завода”, “Код изделия”, “Да­та выпуска из­делия” образуют составной ключ объекта “ВЫПУСК ИЗДЕЛИЯ”.

Словарь - централизованное хранилище сведений об объ­ектах, данных, взаи­мо­связях, источниках, значениях, форматах представлениях. Словари бывают встроенные (интегрированные) или внешние (автоном­ные).

Встроенный словарь явля­ется частью самой СУБД. Достоинства: высокая степень защиты и контроля данных. Недостаток: ориентация на конкретную СУБД.

Автономный словарь создается отдельно от СУБД специаль­ными па­ке­тами. Достоинства: переносимость в другие СУБД. Недостаток: сла­бый контроль.

Определим основные категории пользователей.

Конечные пользователи - основная категория пользователей, в интересах которых и создается банк данных. Это могут быть случайные или регулярные пользователи. В качестве случайных пользователей могут рассматриваться, например, возможные клиенты вашей фирмы, просматривающие каталог вашей продукции или услуг с обобщенным или подробным описанием того и другого. Регулярными пользователями могут быть сотрудники, работающие со специально разработанными для них программами, которые обеспечивают автоматизацию их деятельности. Главный принцип состоит в том, что от конечных пользователей не должно требоваться каких-либо специальных знаний в области вычислительной техники и языковых средств.

Администраторы банка данных (АБД) - лицо или группа лиц, от­вет­ствен­ная за проектирование и эф­фективное использование БД. Обычно такие подразделения называются информационно-техническими

Основные функции АБД:

1. Участие в разработке проекта по созданию БД.

2. Обеспечение целостности БД (копирование, восстановление).

3. Обучение пользователей работе с БД (вход в БД, ввод паролей, работа в нормальной и экстремальной ситуациях и др.).

4. Отслеживание трафика загрузки БД, сбоев, характеристик (время доступа, общее время обработки запросов и т.д.).

5. Реорганизация БД с целью улучшения характеристик базы.

6. Реализация многопользовательского режима работы с БД (пароль­ная защита от несанкционированного доступа, шифрование данных, разде­ле­ние доступа и др.).

7. Защита от несанкционированного доступа, если нет специального подразделения по информационной безопасности.

В составе группы АБД могут быть: системные аналитики; проектировщики структур данных и внешнего по отношению к банку данных информационного обеспечения; проектировщики технологических процессов обработки данных; системные и прикладные программисты; специалисты по техническому обслуживанию; операторы.

Разработчики и администраторы приложений - группа пользователей, которая функционирует во время проектирования, создания и реорганизации банка данных. Администраторы приложений координируют работу разработчиков при разработке конкретного приложения или группы приложений, объединенных в функциональную подсистему.

При разработке несложных информационных систем с использованием настольных СУБД администратор банка данных, администратор приложений и разработчик часто существовали в одном лице.

Дата добавления: 2014-12-10