ТЕМА 2 КЛАССИФИКАЦИЯ БнД
Изучаемые вопросы:
1. Классификация БД
2. Классификация СУБД
Литература: , глава 1, глава 2, глава 3.
БнД являются сложными системами, и их классификация может быть произведена как для всего БнД в целом, так и для каждой его компоненты отдельно. Классификация для каждой компоненты может быть проведена по множеству разных признаков.
1. Классификация БД
1) По форме представления информации различают визуальные и аудио системы , а также системы мультимедиа . Эта классификация показывает, в каком виде информация хранится в БД и выдается пользователям: в виде изображения (символьный текст, рисунки, чертежи, фотографии и т.д.), звука или дается возможность использования разных форм отображения информации.
2) По характеру организации данных БД могут быть разделены на неструктурированные (БД в виде семантических сетей), частично структурированные (например, БД в виде обычного текста или гипертекстовые системы) и структурированные (требуют предварительного проектирования и описания структуры БД, только после этого могут быть заполнены данными). Этот признак относится к информации, представленной в символьном виде.
3) Структурированные БД по типу используемой модели данных делятся на иерархические , сетевые , реляционные, смешанные и мультимодельные . Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектно-реляционных или гибридных , объектно-ориентированных , многомерных БД.
4) По типу хранимой информации БД делятся на документальные и лексикографические . Среди документальных баз различают библиографические , реферативные и полнотекстовые .
К лексикографическим БД относятся различные словари, классификаторы, рубрикаторы и т. д. Они обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД.
В документальных БД единицей хранения является документ (например , текст закона или статьи). Поиск и выдача документов происходит по их содержанию. Простейший метод поиска базируется на использовании дескрипторов – ключевых слов из проблемной области, характеризующих содержание документа. Их совокупность, выделенная из запроса, сопоставляется с дескрипторами документа («поисковым образцом»). В ответ на запрос пользователя выдается либо ссылка на документ, либо сам документ, в котором он может найти интересующую его информацию.
В системах фактографического типа в БД хранится информация об интересующих пользователя объектах предметной области в виде «фактов» (например , биографические данные о сотрудниках, данные о выпуске продукции производителями и т. п.). В ответ на запрос пользователя выдается требуемая ему информация или сообщение о том, что искомая информация отсутствует в БД.
5) По характеру организации хранения данных и обращения к ним различают локальные и распределенные БД.
Локальная БД – это БД, предназначенная для использования одним пользователем. Локальные БД могут создаваться каждым пользователем самостоятельно, а могут извлекаться из общей БД.
Распределенные БД предполагают возможность одновременного обращения нескольких пользователей к одной и той же информации (многопользовательский, параллельный режим доступа). Физически разные части БД могут быть расположены на разных ЭВМ, а логически, с точки зрения пользователя, они должны представлять собой единое целое.
2. Классификация СУБД
1) По языкам общения СУБД делятся на открытые (используют универсальные языки программирования), замкнутые (собственные языки общения с пользователями) и смешанные .
2) По выполняемым функциям СУБД делятся на информационные и операционные . Информационные СУБД позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Операционные СУБД выполняют достаточно сложную обработку, например , автоматически позволяют получать агрегированные показатели, не хранящиеся непосредственно в БД, и т.д.
3) По сфере возможного применения различают универсальные и специализированные , проблемно-ориентированные СУБД (имеют мощные выразительные средства, чтобы моделировать сложные объекты).
4) По «мощности» СУБД делятся на настольные и корпоративные. Характерными чертами настольных СУБД являются сравнительно невысокие требования к техническим средствам, ориентация на конечного пользователя, низкая стоимость.
Корпоративные СУБД обеспечивают работу в распределенной среде, высокую производительность, поддержку коллективной работы при проектировании систем, имеют развитые средства администрирования и более широкие возможности поддержания целостности. Эти системы сложны, дороги, требуют значительных вычислительных ресурсов.
Таблица 2.1 - Наиболее популярные настольные СУБД
| СУБД | Производитель |
| Visual dBase | dBase, Inc |
| Paradox | Corel |
| Microsoft Access | Microsoft |
| Microsoft FoxPro | Microsoft |
| Microsoft Data Engine | Microsoft |
Таблица 2.2 - Серверные СУБД
| СУБД | Производитель |
| Oracle | Oracle Corp. |
| Microsoft SQL Server | Microsoft |
| Informix | Informix |
| Sybase | Sybase |
5) По ориентации на преобладающую категорию пользователей можно выделить СУБД для разработчиков и для конечных пользователей .
Системы, ориентированные на разработчиков , должны:
¾ иметь качественные компиляторы;
¾ позволять создавать «отчуждаемые» программные продукты;
¾ обладать развитыми средствами отладки;
¾ включать средства документирования проекта;
¾ обладать возможностями, позволяющими создавать эффективные сложные системы.
Основными требованиями , предъявляемыми к системам, ориентированным на конечного пользователя , являются:
¾ удобство интерфейса;
¾ высокий уровень языковых средств;
¾ наличие интеллектуальных модулей подсказок;
¾ повышенная защита от непреднамеренных ошибок («защита от дурака») и т. д.
3. Классификация банков данных
1) По условиям предоставления услуг различают бесплатные и платные. Платные делятся на коммерческие и бесприбыльные.
Бесприбыльные БД функционируют на принципе самоокупаемости и не ставят своей целью получения прибыли (научные, библиотечные или социально-значимые БнД).
Основной целью создания коммерческих БнД является получение прибыли от информационной деятельности.
2) По форме собственности БнД делятся на государственные и негосударственные (частные, групповые, личные).
3) По степени доступности различают общедоступные и с ограниченным кругом пользователей.
4) По охвату предметной области БнД могут классифицироваться в разных «разрезах»:
¾ территориальный (всемирный, страна, город и т.д.);
¾ временной (год, месяц, с начала века и т.п.);
¾ ведомственный;
¾ проблемный (тематический) .
5) По характеру взаимодействия с пользователем БнД делятся на активные и пассивные. В пассивных БнД ведущая роль принадлежит пользователю. В активных – система может самостоятельно менять поведение.
6) По характеру преобладающей обработки информации различают OLTP - системы (On - Line Transaction Processing ) – системы оперативной обработки транзакций (реализуют большое число достаточно простых запросов) и OLAP – системы (On - Line Analytical Processing ) – системы аналитической обработки данных (реализуют сложную аналитическую обработку данных) или системы поддержки принятия стратегических решений (СППР) .
До середины 90-х годов ХХ в. Под БД понимали статические БД (OLTP ). К середине 90-х годов в БД класса OLTP скопилось столько хронологической информации, что объем БД резко возрос, а быстродействие начало падать. Например , в работе деканата чаще всего требуются детальные данные о текущем учебном годе. В то же время в БД хранятся ретроспективные данные и за предыдущие годы. Такие данные необходимы значительно реже и чаще всего в агрегированном виде. Наприме6р, выдать фамилии студентов, которые три последних семестра получали только отличные оценки.
Таблица 2.3 - Сравнение OLTP и OLAP
| Характеристика | OLTP | OLAP |
| Преобладающие операции | Ввод данных, поиск | Анализ данных |
| Характер запросов | Много простых транзакций | Сложные транзакции |
| Хранимые данные | Оперативные, детализированные | Охватывающие большой период времени, агрегированные |
| Вид деятельности | Оперативная, тактическая, несложная обработка | Аналитическая, стратегическая: прогнозирование, моделирование, анализ и выявление связей, выявление статистических закономерностей |
| Тип данных | Структурированные | Разнотипные |
| Период хранения данных | До года | До нескольких десятков лет |
| Изменчивость данных | Изменяются | Добавляются |
| Упорядочение данных | По любому полю | По хронологии |
| Объем обрабатываемой информации | Небольшой | Очень большой |
| Скорость обработки | Средняя | Очень высокая |
| Часто и небольшими порциями | Редко и очень большими порциями |
Отдельные БД могут объединять все данные, необходимые для решения одной или нескольких прикладных задач, или данные, относящиеся к какой-либо предметной области (например, финансам, студентам, преподавателям и т.п.). Первые обычно называют прикладными БД , а вторые - предметными БД (соотносящимся с предметами организации, а не с ее информационными приложениями).
Предметные БД позволяют обеспечить поддержку любых текущих и будущих приложений, поскольку набор их элементов данных включает в себя наборы элементов данных прикладных БД. Вследствие этого предметные БД создают основу для обработки неформализованных, изменяющихся и неизвестных запросов и приложений (приложений, для которых невозможно заранее определить требования к данным). Такая гибкость и приспособляемость позволяет создавать на основе предметных БД достаточно стабильные информационные системы, т.е. системы, в которых большинство изменений можно осуществить без вынужденного переписывания старых приложений.
Введение
Глава1. Основы баз данных
1.1.Классификация баз данных
1.3Модели описания баз данных
1.4. Основы работы настольных СУБД
1.5.Требования и стандарты, предъявляемые к базам данных
Глава 2. Работа с базой данных Microsoft Access
2.1. Основы работы настольной СУБД Microsoft Access
2.2. Работа с базой данных Microsoft Access
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Потоки информации, циркулирующие в мире, который нас окружает, огромны. Во
времени они имеют тенденцию к увеличению. Поэтому в любой организации, как
большой, так и маленькой, возникает проблема такой организации управления
данными, которая обеспечила бы наиболее эффективную работу. Некоторые
организации используют для этого шкафы с папками, но большинство предпочитают
компьютеризированные способы – базы данных, позволяющие эффективно хранить,
структурировать и систематизировать большие объемы данных. И уже сегодня без баз
данных невозможно представить работу большинства финансовых, промышленных,
торговых и прочих организаций. Не будь баз данных, они бы просто захлебнулись в
информационной лавине.
Существует много веских причин перевода существующей информации на компьютерную основу. Сейчас стоимость хранения информации в файлах ЭВМ дешевле, чем на бумаге. Базы данных позволяют хранить, структурировать информацию и извлекать
оптимальным для пользователя образом. Данная тема актуальна в настоящее время, т.к. использование клиент/серверных технологий позволяют сберечь значительные средства, а главное и время для получения необходимой информации, а также упрощают доступ и ведение, поскольку они основываются на комплексной обработке данных и централизации их хранения. Кроме того ЭВМ позволяет хранить любые форматы данных, текст, чертежи, данные в рукописной форме, фотографии, записи голоса и т.д.
Для использования столь огромных объемов хранимой информации, помимо развития
системных устройств, средств передачи данных, памяти, необходимы средства
обеспечения диалога человек - ЭВМ, которые позволяют пользователю вводить
или принимать решения на основании хранимых данных. Для обеспечения этих функций
созданы специализированные средства – системы управления базами данных (СУБД).
Целью данной работы является раскрыть понятие базы данных и системы управления базами данных, а также рассмотреть на конкретном примере работу настольной СУБД.
1.1.Классификация баз данных
База данных – это информационная модель предметной области, совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. Данные (файлы) хранятся во внешней памяти и используются в качестве входной информации для решения задач.
СУБД - это программа, с помощью которой реализуется централизованное управление данными, хранимыми в базе, доступ к ним, поддержка их в актуальном состоянии.
Системы управления базами данных можно классифицировать по способу установления связей между данными, характеру выполняемых ими функций, сфере применения, числу поддерживаемых моделей данных, характеру используемого языка общения с базой данных и другим параметрам.
Классификация СУБД:
· по выполняемым функциям СУБД подразделяются на операционные и информационные;
· по сфере применения СУБД подразделяются на универсальные и проблемно-ориентированные;
· по используемому языку общения СУБД подразделяются на замкнутые, имеющие собственные самостоятельные языки общения пользователей с базами данных, и открытые, в которых для общения с базой данных используется язык программирования, расширенный операторами языка манипулирования данными;
· по числу поддерживаемых уровней моделей данных СУБД подразделяются на одно-, двух-, трехуровневые системы;
· по способу установления связей между данными различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных;
· по способу организации хранения данных и выполнения функций обработки базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.
Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают две основные архитектуры – файл-сервер или клиент-сервер.
Архитектура файл-сервер. Предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (главный сервер файлов), где хранится совместно используемая централизованная база данных. Все другие машины исполняют роль рабочих станций. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится их обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.
Архитектура клиент-сервер. Эта модель взаимодействия компьютеров в сети для современных СУБД фактически стала стандартом. Каждый из подключенных к сети и составляющих эту архитектуру компьютеров играет свою роль: сервер владеет и распоряжается информационными ресурсами системы, клиент имеет возможность пользоваться ими. Помимо хранения централизованной базы данных сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Запрос на данные, выдаваемый клиентом (рабочей станцией), порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запроса SQL.
Сервер базы данных представляет собой СУБД, параллельно обрабатывающую запросы, поступившие со всех рабочих станций. Как правило, клиент и сервер территориально отделены друг от друга, и в этом случае они образуют систему распределенной обработки данных.
1.2. Функциональные возможности СУБД
Характеристиками СУБД являются:
· производительность;
· обеспечение целостности данных на уровне баз данных;
· обеспечение безопасности данных;
· возможность работы в многопользовательских средах;
· возможность импорта и экспорта данных;
· обеспечение доступа к данным с помощью языка SQL;
· возможность составления запросов;
· наличие инструментальных средств разработки прикладных программ.
Производительность СУБД оценивается:
· временем выполнения запросов;
· скоростью поиска информации;
· временем импортирования баз данных из других форматов;
· скоростью выполнения операций (таких как обновление, вставка, удаление);
· временем генерации отчета и другими показателями.
· Безопасность данных достигается:
· шифрованием прикладных программ;
· шифрованием данных;
· защитой данных паролем;
· ограничением доступа к базе данных (к таблице, к словарю и т.д.).
Обеспечение целостности данных подразумевает наличие средств, позволяющих удостовериться, что информация в базе данных всегда остается корректной и полной. Целостность данных должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (в интерактивном режиме, посредством импорта или с помощью специальной программы). Используемые в настоящее время СУБД обладают средствами обеспечения целостности данных и надежной безопасности.
Система управления базами данных управляет данными во внешней памяти, обеспечивает надежное хранение данных и поддержку соответствующих языков базы данных. Важной функцией СУБД является функция управления буферами оперативной памяти. Обычно СУБД работают с базами данных больших размеров, часто превышающими размеры оперативной памяти ЭВМ. В развитых СУБД поддерживается свой набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной их замены.
Наибольшее распространение в настоящее время получили системы управления базами данных Microsoft Access и Oracle.
Этапами работы в СУБД являются:
· создание структуры базы данных, т.е. определение перечня полей, из которых состоит каждая запись таблицы, типов и размеров полей (числовой, текстовый, логический и т.д.), определение ключевых полей для обеспечения необходимых связей между данными и таблицами;
· ввод и редактирование данных в таблицах баз данных с помощью представляемой по умолчанию стандартной формы в виде таблицы и с помощью экранных форм, специально создаваемых пользователем;
· обработка данных, содержащихся в таблицах, на основе запросов и на основе программы;
· вывод информации из ЭВМ с использованием отчетов и без использования отчетов.
Реализуются названные этапы работы с помощью различных команд.
Централизованная база данных обеспечивает простоту управления, улучшенное использование данных на местах при выполнении дистанционных запросов, более высокую степень одновременности обработки, меньшие затраты на обработку.
Распределенная база данных предполагает хранение и выполнение функций управления данными в нескольких узлах и передачу данных между этими узлами в процессе выполнения запросов. В такой базе данных не только различные ее таблицы могут храниться на разных компьютерах, но и разные фрагменты одной таблицы. При этом для пользователя не имеет значения как организовано хранение данных, он работает с такой базой, как с централизованной.
1.3.Модели описания баз данных
Известны три типа моделей описания баз данных – иерархическая, сетевая и реляционная, основное различие между которыми состоит в характере описания взаимосвязей и взаимодействия между объектами и атрибутами базы данных.
Иерархическая модель предполагает использование для описания базы данных древовидных структур, состоящих из определенного числа уровней. «Дерево» представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Под элементами понимается список, совокупность, набор атрибутов, элементов, описывающих объекты.
ЛЕКЦИЯ
Классификация БД. Фактографические и документальные БД.
БД оперативной и ретроспективной информации.
Хранилища данных. Локальные и распределенные БД. Соотношение основных требований и свойств СУБД: система компромиссов
2.1. Классификация баз данных
Классификация баз и банков данных может быть произведена по разным признакам (и относящихся к разным компонентам и сторонам функционирования БнД), среди которых можно выделить, например, следующие (Слайд 2) .
По форме представляемой информации можно выделить фактографические, документальные, мультимедийные, в той или иной степени соответствующие цифровой, символьной и другим (не цифровой и не символьной) формам представления информации в вычислительной среде. К последним можно отнести картографические, видео, аудио, графические и другие БД.
По типу хранимой (не мультимедийной) информации можно выделить фактографические, документальные, лексикографические БД. Лексикографические базы – это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т.д., которые обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД. Документальные базы подразделяются по уровню представления информации – полнотекстовые (так называемые «первичные» документы) и библиографическо-реферативные («вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровне первичный документ).
По типу используемой модели данных выделяют три классических класса БД: иерархические, сетевые, реляционные. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектноориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют трем упомянутым классическим моделям.
По топологии хранения данных различают локальные и распределенные БД.
По типологии доступа и характеру использования хранимой информации БД могут быть разделены на специализированные и интегрированные.
По функциональному назначению (характеру решаемых с помощью БД задач и, соответственно, характеру использования данных) можно выделить операционные и справочно-информационные. К последним можно отнести ретроспективные БД (электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и т.д.), которые используются для информационной поддержки основной деятельности, и не предполагают внесение изменений в уже существующие записи, например, по результатам этой деятельности. Операционные БД предназначены для управления различными технологическими процессами. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но и изменяются (в том числе добавляются) в том числе в результате этого использования.
По сфере возможного применения можно различать универсальные и специализированные (или проблемно-ориентированные) системы.
По степени доступности можно выделить общедоступные и БД с ограниченным доступом пользователей. В последнем случае говорят об управляемом доступе, индивидуально определяющем не только набор доступных данных, но и характер операций которые доступны пользователю.
Следует отметить, что представленная классификация не является полной и исчерпывающей. Она в большей степени отражает исторически сложившееся состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением баз данных.
Типология баз данных с точки зрения информационных процессов
БД могут соотноситься с различными уровнями информационных процессов: уровень информационных технологий (ИТ), уровень системы (ИС), уровень информационных ресурсов (ИР).(слайд 3)
На уровне информационных технологий БД определяется как взаимосвязанная совокупность файлов ОС, содержащих данные о предметной области решаемой задачи. При этом основное внимание уделяется физической структуре БД .
На уровне информационных систем БД рассматривается как компонент, представляющий собой информационную модель предметной области. Здесь наиболее важной является проблема логической структуры БД.
При рассмотрении БД на уровне информационных ресурсов БД трактуется как элемент мировых ИР. Основной характеристикой здесь является содержание БД , хотя и структуры данных также немаловажны.
2.2. Фактографические и документальные БД
Главное отличие фактографических и документальных БД состоит в структуре единицы хранения информации.
Под единицей хранения информации будем понимать совокупность данных, которая с точки зрения информационной системы представляет собой единое целое. Единица хранения определяет свойства целостности и непротиворечивости данных.
С точки зрения структуры единицы хранения принято различать хорошо структурированные данные и слабо структурированные данные.
Хорошо структурированные данные – это данные, в которых каждую единицу хранения информации можно представить в качестве конечного набора атрибутов. При этом каждый из них будет принимать точно определенное значение.
Слабоструктурированные данные – это данные, в которых каждую единицу хранения также представляют конечным числом атрибутов, но значение атрибута точно не определено, зависит от контекста использования и может иметь в свою очередь сложную структуру.
Фактографические БД – БД, ориентированные на хранение хорошо структурированных данных. Единицей хранения в таких БД служит описание «факта» конечным четко определенным множеством характеристических свойств.
При построении концептуальной модели таких БД предметная область (ПрО) естественно декомпозируется на объекты и связи между ними. Каждое характеристическое свойство объекта имеет атомарное значение, которое не зависит от контекста использования.
Документальные БД – предназначены для хранения слабо структурированных данных. Единицей хранения при этом является документ, заданный конечным (но не фиксированным) набором полей в общем случае произвольной длины.
При построении документальных БД обычно ПрО представляется как совокупность в общем случае не взаимодействующих объектов. Набор характеристических свойств объекта конечен, но не фиксирован. Значение характеристического свойства может быть множественным и может зависеть от контекста использования (слайд 4).
С точки зрения методов и алгоритмов поиска фактографические БД рассматривают как информационное обеспечение поиска данных, а документальные БД – как информационное обеспечение поиска информации.
Отличия этих двух видов поиска представлены на слайде (слайд 5) .
При поиске данных обычно ищут полное совпадение запроса с элементом данных. При поиске данных результаты выводятся простой индукцией, например, если A и B , то C . Поиск информации намного ближе к методам дедукции: отношения описываются только степенью уверенности или неуверенности. В информационном поиске, как правило, стратегия поиска построена по принципу усечения первоначальных результатов поиска, что и приводит к логике «от общего к частному». Из этого следует детерминистское описание модели поиска данных и вероятностная модель информационного поиска.
При информационном поиске наличие атрибута не всегда является необходимым и достаточным для отнесения записей к множеству отыскиваемых. Это означает, что каждая из записей (документов) относится к некоторой части информационной потребности пользователя. Это свойство соответствия документов потребности называется релевантностью . Различают формальную и истинную релевантность. Первая имеет обычно численное выражение и рассчитывается поисковой системой, вторая – это оценка пользователя в части соответствия реальной потребности, порожденной проблемной ситуацией в основной деятельности пользователя.
При поиске данных все найденные данные, которые совпали с запросом, выдаются пользователю. При информационном поиске, возможна ситуация, что практически все документы БД в той или иной мере могут считаться релевантными запросу и уже поэтому документы будут упорядочены, например, по степени формальной релевантности, и будут выданы только несколько первых.
Язык запросов для поиска данных, как правило, искусственный, имеющий строгий синтаксис и ограниченный словарь, при поиске информации же предпочтительнее естественный язык, хотя и с некоторыми исключениями, а в настоящее время «естественный язык» сводится к списку ключевых слов. При поиске данных запрос обычно является полной спецификацией того, что нужно найти и в каком виде показать, при информационном поиске – неполной, кроме того, многие действия совершаются информационно-поисковой системой по умолчанию.
2.3. БД оперативной и ретроспективной информации. Хранилища данных
С точки зрения основных особенностей ПрО и решаемых задач можно выделить два основных класса БД – оперативной и ретроспективной информации.
БД оперативной информации являются основой так называемых OLTP -приложений (Оп- Line Transactions Processing ) . Типичными примерами OLTP -приложений являются системы складского учета, системы заказов билетов, банковские системы, выполняющие операции по переводу денег, и т. п. Основная функция подобных систем заключается в одновременном выполнении большого количеств коротких транзакций – завершенных блоков операций манипулирования данными, например: "снять некоторую сумму де нег со счета А и добавить эту сумму на счет В", "продать пассажиру билет на заданный поезд на заданное место на определенную дату". Завершенность транзакции означает, что при возникновении ошибки транзакция должна целиком откатиться и вернуть БД к состоянию, которое было до начала транзакции (не должно быть ситуации, когда деньги сняты со счета А , но не поступили на счет В ).
Основные особенности OLTP -приложений:
1. В единицу времени одновременно выполняется большое число транзакций (к системе может быть подклю чено несколько тысяч пользователей, работающих в одно и то же время).
2. Практически все запросы к базе данных, которые должны выполняться в реальном времени, состоят из команд вставки, обновления, удаления.
3. Запросы на выборку в основном предназначены для предос тавления пользователям возможности выбора из различных справочников, и большая часть этих запросов известна заранее еще на этапе проектирования.
Та ким образом, критическими для OLTP -приложений является скорость и на дежность выполнения коротких операций обновления данных.
БД ретроспективной информации входят в состав документальных ИС, ориентированных на задачи информационного поиска, а также в OLAP -приложения (Оп- Line Analitical Processing , оперативная аналитическая обработка данных). Это обобщенный термин, характеризующий принципы построения систем поддержки принятия решений (DSS , Decision Support System ), а также хранилищ данных (data warehouse ) и систем интеллектуального анализа данных (data mining ). Такие системы предназначены для установления зависимостей меж ду данными (например, можно попытаться определить, как связан объем продаж товаров с характеристиками потенциальных покупателей) или для проведения анализа, отвечающего на вопросы "что если...".
БД ретроспективной информации характеризуются следующими особенностями:
1. Добавление в БД новых данных происходит относительно редко крупными блоками.
2. Данные из БД обычно никогда не удаляются.
3. Запросы к данным являются нерегламентированными и, как правило, достаточно сложными. Очень часто новый запрос формулируется аналитиком для уточнения результата, полученного при выполнении предыдущего за проса.
4. Скорость выполнения запросов важна, но не критична.
Для OLAP -приложений характерно, что перед загрузкой данные проходят различные процедуры "очистки", свя занные с тем, что в одну базу могут поступать данные из многих ис точников, имеющих различные форматы представления для одних и тех же данных, данные могут быть некорректны, ошибочны и т.п..
Хранилища данных
О громное количество информации, накопленной в оператив ных базах данных, позволяет, например, поставить задачу применения систем под держки принятия решений . Однако с истемы оперативной обработки чаще всего проектируются без учета какой- либо поддержки подобных требований, поэтому преобразование обыч ных систем OLTP в системы поддержки принятия решений оказывается чрезвы чайно сложной задачей. Как правило, типичная организация имеет множество различных систем операционной обработки с перекрывающимися, а иногда и противоречивыми определениями, например с разными типами, выбранными для представления одних и тех же данных. Основной задачей явля ется преобразование накопленных архивов данных в источник новых знаний, причем таким образом, чтобы пользователю было предоставлено единое интегрированное и консолидированное представление о данных организации. Концепция хранилища данных была задумана как технология, способная удовлетворить требования систем поддержки принятия решений и базирующаяся на информа ции, поступающей из нескольких различных источников оперативных данных.
Концепция хранилища данных первоначально была предложена как решение, обеспечивающее доступ к данным, накопленным в нереляционных системах. Предполагалось, что такое хранилище информации позволит организациям использовать свои архивы данных для эффективного решения деловых задач. Однако из-за чрезвычайной сложности и невысокой производительности подобных систем, созданных на начальных этапах, первые попытки создания хранилищ информации в целом оказались неудачными. С тех пор к концепции хранилищ информации возвращались вновь и вновь, но только в последние годы технология хранилищ данных стала рассматриваться как цен ное и жизнеспособное решение.
Хранилище данных - предметно-ориентированный, интегрированный, привязанный ко времени и неизменяемый набор данных, предназначенный для под держки принятия решений.
В приведенном определении указанные характеристики данных рассматриваются следующим образом.(слайд 6)
Предметная ориентированность. Хранилище данных организовано вокруг основных предметов (или субъектов) организации (например, клиенты, то вары и сбыт), а не вокруг прикладных областей деятельности (выставление счета клиенту, контроль запасов и продажа товаров). Это свойство отража ет необходимость хранения данных, предназначенных для поддержки принятия решений, а не обычных оперативно-прикладных данных.
Интегрированность . Смысл этой характеристики состоит в том, что опера тивно-прикладные данные обычно поступают из разных источников, которые часто имеют несогласованное представление одних и тех же данных, например, используют разный формат. Для предоставления пользователю единого обобщенного представления данных необходимо создать интегрированный источник, обеспечивающий согласованность хранимой информации.
Привязка ко времени . Данные в хранилище точны и действительны только в том случае, если они привязаны к некоторому моменту или промежутку времени: хранимая инфор мация фактически представляет собой набор снимков состояния данных.
Неизменяемость . Это означает, что данные не обновляются в оперативном режиме, а лишь регулярно пополняются за счет информации из оператив ных систем обработки. При этом новые данные никогда не заменяют, а лишь дополняют прежние. Таким образом, база данных хранилища посто янно пополняется новыми данными, последовательно интегрируемыми с уже накопленной информацией.
К онечной целью создания хранилища данных является интеграция корпоративных данных в едином репозитории, обращаясь к которому пользователи могут выполнять запросы, подготавливать отчеты и проводить анализ данных. Подводя итог, можно сказать, что техно логия хранилищ данных – это технология управления данными и их анализа.
Сравнение систем OLTP и хранилищ данных
СУБД, созданная для поддержки оперативной обработки транзакций (OLTP ), обычно рассматривается как непригодная для организации хранилищ данных, поскольку к этим двум типам систем предъявляются совершенно разные требо вания. Например, системы OLTP проектируются с целью обеспечения макси мально интенсивной обработки фиксированных транзакций, тогда как хранили ща данных – прежде всего для обработки единичных произвольных запросов . На слайде (слайд 7) для сравнения приведены основные характеристики типичных систем OLTP и хранилищ данных.
Проблемы разработки и сопровождения хранилищ данных
Перечислим потенциальные проблемы, связанные с разработкой и сопровождением хранилищ данных (слайд 8) .
· Недооценка ресурсов, необходимых для загрузки данных : многие разработчики склонны недооценивать время, необходимое для извле чения, очистки и загрузки данных в хранилище.
· Скрытые проблемы источников данных : проблемы, связанные с источниками данных, поставляющими ин формацию в хранилище, могут быть обнаружены только спустя несколько лет после начала их эксплуатации.
· Отсутствие требуемых данных в имеющихся архивах : в хранилищах данных часто возникает потребность получить све дения, которые не учитывались в оперативных системах, служащих источника ми данных. В таком случае организация должна решить, стоит ей модифициро вать существующие системы OLTP или же создать новую систему по сбору не достающих данных
· Повышение требований конечных пользователей
· Унификация данных : создание крупномасштабного хранилища данных может быть связано с решением серьезной задачи унификации данных, но унификация способна умень шить ценность собранной информации
· Высокие требования к ресурсам : может потребоваться огромный объем дискового пространства.
· Владение данными : создание хранилища данных может потребовать изменения статуса конечных пользователей в отношении прав владения данными
· Сложное сопровождение : любая реорганизация деловых процессов или источников данных может отразиться на работе хранилища данных
· Долговременный характер проектов
· Сложности интеграции
Локальные и распределенные БД
В общем случае режимы работы с БД можно классифицировать по следующим признакам:
- многозадачность- однопользовательский или многопользовательский;
- правило обслуживания запросов – последовательное или параллельное;
- схема размещение данных – централизованная или распределенная БД.
Следует отметить, что общая тенденция развития технологий обработки данных вполне соответствует этапам развития средств вычислительной техники и информационных технологий, и в первую очередь – сетевых.В этом смысле следует выделить два класса: системы распределенной обработки данных и системы распределенных баз данных.
Системы распределенной обработки данных в основном отражают структуру и свойства многопользовательских операционных систем с базой данных, размещенной на большом центральном компьютере (мэйнфрейме). Еще до недавнего времени это был единственно возможный вариант вычислительной среды для реализации больших баз данных. Клиентские места в этом случае реализовались либо в виде терминалов или мини-ЭВМ, обеспечивающих в основном ввод-вывод данных и не имеющих собственных вычислительных ресурсов для функционально-ориентированной обработки получаемых данных.
Развитие сетевых технологий в сочетании с широким распространением персональных ЭВМ и внедрением стандартов открытых систем привело к появлению систем баз данных размещенных в сети разнотипных компьютеров. Такие системы распределенных баз данных обеспечивают обработку распределенных запросов, когда при обработке одного запроса используются ресурсы базы, размещенные на различных ЭВМ сети. Система распределенных баз данных состоит из узлов, каждый из которых является СУБД, а узлы взаимодействуют между собой так, что база данных любого узла будет доступна пользователю, так как если бы она была локальной. Архитектура распределенной БД приведена на слайде (слайд 9) .
Соотношение основных требований и свойств СУБД: система компромиссов(слайд 10)
В общем случае можно сказать, что основные задачи обработки данных, решаемые на основе концепций баз данных, сводятся к следующим вопросам:
1). Каким образом сложные нелинейные структуры данных представить в виде линейных – наиболее соответствующих принципу последовательного представления (хранения) в машинной памяти.
2). Каким образом организовать данные, чтобы была возможность эффективного внесения, удаления и редактирования данных.
3). Как организовать данные, чтобы использование пространства памяти (плотность данных) было достаточно рациональным, а скорость доступа к записям данных высокой.
4). Каким образом организовать данные, чтобы поиск был эффективным и позволял отыскивать записи по нескольким ключам.
Создание базы данных - это по существу попытка найти компромисс сразу по нескольким направлениям и сочетаниям нескольких взаимообратных факторов (с точки зрения их влияния на показатель общей эффективности системы), в том числе, следующих(слайд 11) :
1) Эффективность – простота;
2) Скорость выборки – стоимость (сложность) аппаратных средств;
3) Скорость выборки – сложность процедур доступа;
4) Плотность данных – время доступа и сложность процедур;
5) Независимость данных – производительность;
6) Гибкость средств поиска – избыточность данных или
7) Гибкость поиска – скорость поиска;
8) Сложность процедур доступа – простота обслуживания.
СБД являются сложными системами, и их классификация может быть произведена как для всей СБД, так и для каждого компонента отдельно (рис. 9). Центральным компонентом СБД является БД и большинство классификационных признаков относится к ней.
По форме представления информации различают визуальные, а также системы аудио и мультимедиа. Эта классификация показывает, в каком виде информация хранится в БД и выдается пользователям.
По характеру организации данных БД могут быть разделены на неструктурированные, частично структурированные и структурированные.
К неструктурированным могут быть отнесены БД, организованные в виде семантических сетей.
Частично структурированными можно считать БД в виде обычного текста или гипертекстовые системы.
Структурированные БД требуют предварительного проектирования и описания структуры.
Структурированные БД по типу используемой модели делятся на
· иерархические,
· сетевые,
· реляционные,
· смешанные и
· мульти модельные.
Эта классификация распространяется и на СУБД.
В структурированных БД различают несколько уровней информационных единиц (ИЕ) , входящих одна в другую.
Большинство систем поддерживает:
· поле – наименьшая семантическая единица информации;
· совокупность полей (или более сложных ИЕ) образует запис ь ;
· множество однотипных записей представляет файл базы данных .
Многие СУБД в явном виде поддерживают и уровень базы данных как совокупности взаимосвязанных файлов БД.
По типу хранимой информации БД делятся на
· фактографические,
· документальные и
· лексикографические.
В фактографических БД хранится информация фактического характера – числовые или текстовые характеристики объектов, представленные в формализованном виде. В ответ на запрос выдается информация об интересующем объекте.
В документальных БД единицей хранения является документ и пользователю выдается ссылка на документ или сам документ. Документальные БД организуются без хранения и с хранением документа на машинных носителях. К первому типу относятся библиографические, реферативные и БД-указатели , отсылающие к источнику информации. Системы, хранящие полный текст документа, называются полнотекстовыми . Их разновидностью являются БД форм документов, в которых документ ищется для использования его в качестве шаблона.
К лексикографическим БД относятся различные словари (классификаторы, многоязычные словари, словари основ слов и т. п.).
По характеру организации хранения данных и обращения к ним различают
· локальные (персональные),
· общие (интегрированные,
· централизованные) и
· распределенные БД (рис. 10).
Рис. 10. Классификация БД по характеру хранения и обращения к данным
Персональная БД предназначена для локального использования одним пользователем. Локальные БД могут создаваться каждым пользователем самостоятельно, а могут извлекаться из общей БД.
Интегрированные и распределенные БД предполагают возможность одновременного обращения к информации нескольких пользователей (многопользовательский режим доступа). Части распределенных БД физически расположены на разных ЭВМ, но логически представляют собой единое целое.
Распределяться по узлам сети могут и другие компоненты СБД. Сама БД при этом может быть нераспределенной. Поэтому различают:
· распределенные БД;
· распределенные СБД (в которых распределен хотя бы один компонент).
В некоторых источниках упоминают экстенсиональные и интенсиональные БД. Первые строятся с помощью явного хранения данных в БД, вторые – с помощью правил, определяющих их содержание.
Также БД классифицируются по объему . Особое место здесь занимают так называемые очень большие БД . Для больших БД по-иному ставятся вопросы обеспечения эффективности хранения информации и обеспечения ее обработки.
Классификация СУБД
По языкам общения СУБД делятся на
· открытые,
· замкнутые и
· смешанные.
В открытых системах для обращения к БД используются универсальные языки. Замкнутые системы имеют собственные языки общения с пользователями СБД.
По выполняемым функциям СУБД делятся на
· информационные и
· операционные.
Информационные позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Для более сложной обработки необходимы специальные программы. Операционные выполняют сложную обработку и могут менять алгоритмы обработки.
По сфере возможного применения различают
· универсальные и
· специализированные (проблемно ориентированные СУБД).
Набор типов данных в разных СУБД различен. Ряд СУБД позволяет разработчику добавлять новые типы данных и новые операции. Такие системы называются расширяемыми системами баз данных . Дальнейшим развитием являются системы объектно-ориентированных баз данных, обладающие мощными возможностями моделирования сложных объектов.
По мощности СУБД делятся на
· настольные (Dbase, FoxBase/FoxPro, Clipper, Paradox, Access, Approach) и
· корпоративные (Oracle, DB2, Sybase, Informix, Ingres, Progress).
Для первых характерны невысокие требования к техническим средствам, ориентация на конечного пользователя и низкая стоимость.
Вторые обеспечивают работу в распределенной среде, высокую производительность, имеют развитые средства администрирования, широкие возможности поддержания целостности. Они сложны, дороги и требуют значительных ресурсов.
Среди СУБД, занимающих промежуточное положение между настольными и промышленными системами, можно назвать Interbase, Microsoft SQL Server. В последние годы наметилась тенденция к стиранию границ между настольными и профессиональными системами.
По ориентации на преобладающую категорию пользователей можно выделить СУБД
1. Понятие базы данных База данных (БД) – это совокупность массивов и файлов данных, организованная по определённым правилам, предусматривающим стандартные принципы описания, хранения и обработки данных независимо от их вида. База данных (БД) – совокупность организованной информации, относящейся к определённой предметной области, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти компьютера и постоянного применения.
По типу используемой модели данных выделяют три классических класса БД :
иерархические,
сетевые,
реляционные. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектно-ориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют трем упомянутым классическим моделям.
По топологии хранения данных различают локальные и распределенные БД. По типологии доступа и характеру использования хранимой информации БД могут быть разделены на специализированные и интегрированные.
Типология баз данных с точки зрения информационных процессов
С другой стороны, БД могут соотноситься с различными уровнями информационных процессов:
уровень информационных технологий (ИТ),
уровень системы (ИС),
уровень информационных ресурсов (ИР).
На уровне информационных технологий БД определяется как взаимосвязанная совокупность файлов ОС, содержащих данные о предметной области решаемой задачи. При этом основное внимание уделяется физической структуре БД.
На уровне информационных систем БД рассматривается как компонента, представляющая собой информационную модель предметной области. Здесь наиболее важной является проблема логической структуры БД.
При рассмотрении на уровне информационных ресурсов БД трактуется как элемент мировых ИР. Основной характеристикой здесь является содержание БД , хотя и структуры данных также немаловажны.
Классификация по модели данных
Иерархическая
Сетевая
Реляционная
Объектная и объектно-ориентированная
Объектно-реляционная
Функциональная .
Классификация по среде постоянного хранения
Во вторичной памяти, или традиционная (англ. conventional database ): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) - как правило жёсткий диск . В оперативную память СУБД помещает лишь кеш и данные для текущей обработки.
В оперативной памяти (англ. in-memory database, memory-resident database, main memory database ): все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти .
В третичной памяти (англ. tertiary database ): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило на основе магнитных лент или оптических дисков . Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кеш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.
Классификация по содержимому
Мультимедийная.
Географическая
Историческая
Классификация по степени распределённости
Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database ): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД
Однородная (англ. homogeneous distributed database ): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.
Фрагментированная, или секционированная (англ. partitioned database ): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование ), вертикальное или горизонтальное.
Тиражированная (англ. replicated database ): методом распределения данных является тиражирование (репликация ).
Централизованная, или сосредоточенная (англ. centralized database ): БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.
Распределённая (англ. distributed database ): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.
Другие виды БД
Пространственная (англ. spatial database ): БД, в которой поддерживаются пространственные свойства сущностей предметной области. Такие БД широко используются в геоинформационных системах .
Временная , или темпоральная (англ. temporal database ): БД, в которой поддерживается какой-либо аспект времени , не считая времени, определяемого пользователем.
Пространственно-временная (англ. spatial-temporal database ) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.
Циклическая (англ. round-robin database ): БД, объём хранимых данных которой не меняется со временем, поскольку в процессе сохранения данных одни и те же записи используются циклически.
СУБД имеет программные, технические и организационные составляющие.
Программные средства включают систему управления, обеспечивающую ввод-вывод, обработку и хранение информации, создание, модификацию и тестирование базы данных. Внутренними языками программирования СУБД являются языки четвертого поколения (C, C++, Pascal, Object Pascal). С помощью языков БД создаются приложения, базы данных и интерфейс пользователя, включающий экранные формы, меню, отчеты.
2. Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных (СУБД) - совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.
Классификации субд По модели данных
Реляционные
Объектно-ориентированные
Объектно-реляционные
Иерархические
По степени распределённости
Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).
По способу доступа к бд
Файл-серверные
В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.
На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей.
Клиент-серверные
Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.
Встраиваемые
Встраиваемая СУБД - СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы.
Выбор системы управления баз данных (СУБД) представляет собой сложную многопараметрическую задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений баз данных. Выбранный программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям предприятия, при этом следует учитывать финансовые затраты на приобретение необходимого оборудования, самой системы, разработку необходимого программного обеспечения на ее основе, а также обучение персонала. Кроме того, необходимо убедиться, что новая СУБД способна принести предприятию реальные выгоды.
Наиболее простой подход при выборе СУБД основан на оценке того, в какой мере существующие системы удовлетворяют основным требованиям создаваемого проекта информационной системы. Более сложным и дорогостоящим вариантом является создание испытательного проекта на основе нескольких СУБД и последующий выбор наиболее подходящего из кандидатов. Но и в этом случае необходимо ограничивать круг возможных систем, опираясь на некие критерии отбора. Вообще говоря, перечень требований к СУБД, используемых при анализе той или иной информационной системы, может изменяться в зависимости от поставленных целей. Тем не менее можно выделить несколько групп критериев:
Моделирование данных
Особенности архитектуры и функциональные возможности
Контроль работы системы
Особенности разработки приложений
Производительность
Надежность
Требования к рабочей среде
Смешанные критерии
3. Архитектура базы данных
|
Информация об определенной предметной области представлена в базе данных моделями нескольких уровней. По числу уровней в архитектуре различают одноуровневые, двухуровневые, трехуровневые системы. На различных уровнях архитектуры СУБД поддерживается разный уровень абстракции данных. В настоящее время наиболее распространенной является предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Standards Institute) трехуровневая система организации БД. При проектировании баз данных выделяют три уровня: концептуальный, внутренний и внешний. 1. Уровень внешних моделей - самый верхний уровень, где каждая модель имеет свое «видение» данных. Этот уровень определяет точку зрения на БД отдельных приложений. Каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы именно этому приложению. Например, система распределения работ использует сведения о квалификации сотрудника, но ее не интересуют сведения об окладе, домашнем адресе и телефоне сотрудника, и наоборот, именно эти сведения используются в подсистеме отдела кадров. 2. Концептуальный уровень - центральное управляющее звено. Здесь база данных представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной базой данных. Фактически, концептуальный уровень отражает обобщенную логическую модель предметной области, для которой создавалась база данных. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов предметной области. Концептуальная модель является моделью логического уровня и не зависит от особенностей используемой СУБД. Выделение концептуального уровня позволило разработать аппарат централизованного управления базой данных. 3. Физический уровень - собственно данные, расположенные в файлах или в страничных структурах, расположенных на внешних носителях информации. Физическое представление БД относится к внутреннему уровню. Он описывает способы организации данных на внешних носителях информации (в виде файловых или страничных структур) и предназначен для достижения оптимальной производительности и эффективности использования ресурсов вычислительной системы. Описание физической структуры БД называется схемой хранения, а соответствующий этап проектирования БД – физическим проектированием. Проектирование базы данных состоит из двух основных фаз: логического и физического моделирования. Во время фазы логического моделирования разработчик собирает требования к разрабатываемой БД, составляет описание предметной области и разрабатывает модель, не зависящую от конкретной СУБД. Во время фазы физического моделирования разработчик создает модель, оптимизированную для СУБД и конкретных приложений пользователей. В настоящее время внутренний уровень практически полностью обеспечивается СУБД. Основной акцент при проектировании БД переносится на создание модели концептуального уровня. Такая архитектура позволяет обеспечивать логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных, и реорганизации механизма доступа к физическим данным. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с базой данных. |
Клиент-серверная информационная система состоит в простейшем случае из 2 основных компонентов:
1. Сервера баз данных, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, отслеживающего целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и, самое главное, выполняющего запросы клиента;
2. Клиента, предоставляющего другим клиентам интерфейс пользователя, выполняющий логику приложения, проверяющей допустимость данных, посылающий запросы к серверу и получающий ответы на него;
Кроме этого не следует забывать о сети и коммуникационном программном обеспечении, осуществляющего взаимодействия между клиентом и сервером посредствам сетевых протоколов.
Клиент - это приложение пользователя. Его также называют приложением - клиентом.
Клиент и сервер взаимодействуют следующим образом:
1. Клиент формирует и посылает запросы (SQL-запросы) на чтение или изменения данных на сервер, на котором размещена БД. Эти запросы написаны на языке SQL.
2. Удалённый сервер сети направляет запрос программе SQL Server (серверу баз данных).
Достоинства архитектуры «клиент-сервер».
Для работы с данными используется реляционный способ доступа. Это снижает нагрузки на сеть, поскольку теперь в сети циркулирует только нужная информация.
Например, при необходимости выбора пяти записей из таблицы, содержащий миллион, клиентское приложение посылает серверу запрос, который сервером компилируется, оптимизируется и выполняется, после чего результат запроса (те самые 5 записей, а вовсе не вся таблица) передаётся обратно на рабочую станцию. При этом не редко в первом приближении можно не задумываться, а если вообще индекс, способный облегчить поиск нужной записи, если он есть, он будет использован сервером, если нет- запрос всё равно будет выполнен, хотя, скорее всего, в большее количество времени.
Приложение не управляет напрямую базой, управлением занимается только сервер. Это приводит к повышение степени защиты информации.
Уменьшение сложности клиентских приложений за счёт отсутствия в нём кода, связанного с контролем БД и разграничения доступа к ней.
Жизненный цикл базы данных.
Процесс проектирования, реализации и поддержания системы базы данных называется жизненным циклом базы данных (ЖЦБД). Процедура создания системы называется жизненным циклом системы (ЖЦС).
ЖЦБД состоит из следующих этапов:
1. Предварительное планирование – планирование БД, выполняемое в процессе разработки стратегического плана БД. В процессе планирования собирается следующая информация:
какие прикладные программы используются, и какие функции они выполняют;
какие файлы связаны с каждым из этих приложений;
какие новые приложения и файлы находятся в процессе работы.
Данная информация помогает определить, как используется информация приложений, определить будущие требования к системе БД.
Информация этого этапа документируется в виде обобщенной модели данных.
2. Проверка осуществимости. Здесь определяется технологическая, операционная и экономическая осуществимость плана создания БД, т. е.:
технологическая осуществимость – есть ли технология для реализации запланированной БД?
операционная осуществимость – есть ли средства и эксперты, необходимые для успешного осуществления плана создания БД?
экономическая целесообразность – можно ли определить выводы? Окупится ли запланированная система? Можно ли оценить издержки и выгоду?
3. Определение требований включает выбор целей БД, выяснение информационных требований к системе и требований к оборудованию и программному обеспечению. Таким образом, на данном этапе сбора данных и определения требований создаётся общая информационная модель, выражающаяся в следующих задачах:
Определяются цели системы путём анализа информационных потребностей. Здесь также обязательно указывается, какую именно БД следует создавать (распределённую, целостную) и какие коммуникационные средства необходимы. Выходной документ – комментарий, описывающий цели системы.
Определение пользовательских требований: документация в виде обобщённой информации (комментарии, отчёты, опросы, анкеты и т. д.); фиксация функций системы и определение прикладных систем, которые будут выполнять эти требования. Данные представляются в виде соответствующих документов.
Определение общих требований к оборудованию и программному обеспечению, связанных с поддержанием желаемого уровня быстродействия. (Выяснение количества пользователей системы, числа входных сообщений в день, количество распечаток). Данная информация используется для выбора типов компьютеров и СУБД, объёма дисков, количества принтеров. Данные этого этапа излагаются в отчёте, содержащем примерные конфигурации оборудования и программного обеспечения.
Разработка плана поэтапного создания системы, включающий выбор исходных приложений.
4. Концептуальное проектирование – создание концептуальной схемы БД. Спецификации разрабатываются в той степени, которая необходима для перехода к реализации.
Основным выходным документом является единая инфологическая модель (или схема БД на концептуальном уровне). При разработке данной модели используются информация и функции, которые должна выполнить система, определённые на этапе сбора и определения требований к системе. На данном этапе желательно также определить: 1) правила для данных; 2) правила для процессов; 3) правила для интерфейса.
5. Реализация – процесс превращения концептуальной модели в функциональную БД. Он включает в себя следующие этапы.
1) Выбор и приобретение необходимой СУБД.
2) Преобразование концептуальной (инфологической) модели БД в логическую и физическую модель данных:
на основе инфологической модели данных строится схема данных для конкретной СУБД, при необходимости реализуется денормализация БД с целью ускорения обработки запросов во всех критичных по времени приложениях;
определяются, какие прикладные процессы необходимо реализовать в схеме данных как хранимые процедуры;
реализовать ограничения, предназначенные для обеспечения целостности данных и реализации правил для данных;
спроектировать и сгенерировать триггеры для реализации всех централизованно определённых правил для данных и правил целостности данных, которые не могут быть заданы как ограничения;
разработать стратегию индексирования и кластеризации; выполнить оценку размеров всех таблиц, кластеров и индексов;
определить уровни доступа пользователей, разработать и внедрить правила обеспечения безопасности и аудита. Создать роли и синонимы для обеспечения многопользовательского доступа с согласованными уровнями полномочий доступа.
разработать сетевую топологию БД и механизм бесшовного доступа к удалённым данным (реплицированная или распределённая БД).
3) Построение словаря данных, который определяет хранение определений структуры данных БД. Словарь данных также содержит информацию о полномочиях доступа, правилах защиты данных и контроля данных.
4) Заполнение базы данных.
5) Создание прикладных программ, контроль управления.
6) Обучение пользователей.
6. Оценка и усовершенствование схемы БД. Включает опрос пользователей с целью выяснения функциональных неучтенных потребностей. При необходимости вносятся изменения, добавление новых программ и элементов данных по мере изменения и расширения потребностей.
Таким образом, ЖЦБД включает в себя:
Изучение предметной области и представление соответствующей документации (1-3).
Построение инфологической модели (4).
Реализация (5).
Оценка работы и поддержка БД (6).
Этапы проектирования баз данных
При разработке БД можно выделить следующие этапы работы.
I этап. Постановка задачи.
На этом этапе формируется задание по созданию БД. В нем подробно описывается состав базы, назначение и цели ее создания, а также перечисляется, какие виды работ предполагается осуществлять в этой базе данных (отбор, дополнение, изменение данных, печать или вывод отчета и т. д).
II этап. Анализ объекта.
На этом этапе рассматривается, из каких объектов может состоять БД, каковы свойства этих объектов. После разбиения БД на отдельные объекты необходимо рассмотреть свойства каждого из этих объектов, или, другими словами, установить, какими параметрами описывается каждый объект. Все эти сведения можно располагать в виде отдельных записей и таблиц. Далее необходимо рассмотреть тип данных каждой отдельной единицы записи. Сведения о типах данных также следует занести в составляемую таблицу.
III этап. Синтез модели.
На этом этапе по проведенному выше анализу необходимо выбрать определенную модель БД. Далее рассматриваются достоинства и недостатки каждой модели и сопоставляются с требованиями и задачами создаваемой БД. После такого анализа выбирают ту модель, которая сможет максимально обеспечить реализацию поставленной задачи. После выбора модели необходимо нарисовать ее схему с указанием связей между таблицами или узлами.
IV этап. Выбор способов представления информации и программного инструментария.
После создания модели необходимо, в зависимости от выбранного программного продукта, определить форму представления информации.
В большинстве СУБД данные можно хранить в двух видах:
с использованием форм;
без использования форм.
Форма – это созданный пользователем графический интерфейс для ввода данных в базу.
V этап. Синтез компьютерной модели объекта.
В процессе создания компьютерной модели можно выделить некоторые стадии, типичные для любой СУБД.
Стадия 1. Запуск СУБД, создание нового файла базы данных или открытие созданной ранее базы.
Стадия 2. Создание исходной таблицы или таблиц.
Создавая исходную таблицу, необходимо указать имя и тип каждого поля. Имена полей не должны повторяться внутри одной таблицы. В процессе работы с БД можно дополнять таблицу новыми полями. Созданную таблицу необходимо сохранить, дав ей имя, уникальное в пределах создаваемой базы.
1. Информация в таблице не должна дублироваться. Не должно быть повторений и между таблицами. Когда определенная информация хранится только в одной таблице, то и изменять ее придется только в одном месте. Это делает работу более эффективной, а также исключает возможность несовпадения информации в разных таблицах. Например, в одной таблице должны содержаться адреса и телефоны клиентов.
2. Каждая таблица должна содержать информацию только на одну тему. Сведения на каждую тему обрабатываются намного легче, если они содержатся в независимых друг от друга таблицах. Например, адреса и заказы клиентов лучше хранить в разных таблицах, с тем, чтобы при удалении заказа информация о клиенте осталась в базе данных.
3. Каждая таблица должна содержать необходимые поля. Каждое поле в таблице должно содержать отдельные сведения по теме таблицы. Например, в таблице с данными о клиенте могут содержаться поля с названием компании, адресом, городом, страной и номером телефона. При разработке полей для каждой таблицы необходимо помнить, что каждое поле должно быть связано с темой таблицы. Не рекомендуется включать в таблицу данные, которые являются результатом выражения. В таблице должна присутствовать вся необходимая информация. Информацию следует разбивать на наименьшие логические единицы (Например, поля "Имя" и "Фамилия", а не общее поле "Имя").
4. База данных должна иметь первичный ключ. Это необходимо для того, чтобы СУБД могла связать данные из разных таблиц, например, данные о клиенте и его заказы.
Стадия 3. Создание экранных форм.
Первоначально необходимо указать таблицу, на базе которой будет создаваться форма. Ее можно создавать при помощи мастера форм, указав, какой вид она должна иметь, или самостоятельно. При создании формы можно указывать не все поля, которые содержит таблица, а только некоторые из них. Имя формы может совпадать с именем таблицы, на базе которой она создана. На основе одной таблицы можно создать несколько форм, которые могут отличаться видом или количеством используемых из данной таблицы полей. После создания форму необходимо сохранить. Созданную форму можно редактировать, изменяя местоположение, размеры и формат полей.
Стадия 4. Заполнение БД.
Процесс заполнения БД может проводиться в двух видах: в виде таблицы и в виде формы. Числовые и текстовые поля можно заполнять в виде таблицы, а поля типа МЕМО и OLE – в виде формы.
VI этап. Работа с созданной базой данных.
Работа с БД включает в себя следующие действия:
поиск необходимых сведений;
сортировка данных;
отбор данных;
вывод на печать;
изменение и дополнение данных.
|
Понимание и правильный подход к ЖЦБД очень важен и требует детального рассмотрения, так как в его основе лежит подход, ориентированный на данные. Элементы данных более стабильны, чем выполняемые функции системы. Создание правильной структуры данных требует сложного анализа классов единиц данных и отношений между ними. Если построить логичную схему базы данных, то в дальнейшем можно создать любое количество функциональных систем, использующих эту схему. Функционально-ориентированный подход можно применять лишь для создания временных систем, которые рассчитаны на недолгое время функционирования. Концептуальное (инфологическое) проектирование Концептуальное (инфологическое) проектирование - построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБДимодель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности. Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам. Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя: описание информационных объектов, или понятий предметной области и связей между ними. описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними. Логическое (даталогическое) проектирование Логическое (даталогическое) проектирование - создание схемы базы данныхна основе конкретноймодели данных, например,реляционной модели данных. Для реляционной модели данных даталогическая модель - набор схемотношений, обычно с указаниемпервичных ключей, а также «связей» между отношениями, представляющих собойвнешние ключи. Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован. На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД. |
