Новости

Введение в банки данных: определение, преимущества, предпосылки широкого использования. Требования к банкам данных. Компоненты банка данных и пользователи банка данных

Работа добавлена:






Введение в банки данных: определение, преимущества, предпосылки широкого использования. Требования к банкам данных. Компоненты банка данных и пользователи банка данных на http://mirrorref.ru

  1. Введение в банки данных: определение, преимущества, предпосылки широкого использования. Требования к банкам данных. Компоненты банка данных и пользователи банка данных.

Современной формой организации хранения и доступа к информации является Банк данных (БнД). Банк данных — это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных”.

Банк данных является сложной системой, включающей в себя все обеспечивающие подсистемы, необходимые для функционирования любой системы автоматизированной обработки данных.

В этом определении обозначены и основные отличительные особенности банков данных. Прежде всего это то, что базы данных создаются обычно не для решения какой-либо одной задачи для одного пользователя, а для многоцелевого использования.

Другой отличительной особенностью банков данных является наличие специальных языковых и программных средств, облегчающих для пользователей выполнение всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировки и доступа к ним. Такая совокупность языковых и программных средств называется системой управления базой данных(СУБД).

Преимущества БнД.Особенности “банковской” организации данных определяют их основные преимущества перед “небанковской” организацией.

Наличие единого целостного отображения определенной части реального мира позволяет обеспечить непротиворечивость и целостность информации, возможность обращаться к ней не только при решении заранее предопределенных задач, но и с нерегламентированными запросами. Интегрированное хранение сокращает избыточность  хранимых данных, что приводит к сокращению затрат не только на создание и хранение данных, но и на поддержание их в актуальном состоянии. Использование БнД при правильной его организации должно существенно изменить деятельность организации, где он внедряется, привести к сокращению документооборота, форм документов, перераспределению функций между сотрудниками.

 Централизованное управление данными также дает целый ряд преимуществ. Освобождение от этих функций всех пользователей, кроме администраторов БД, не только приводит к сокращению трудоемкости создания системы и снижению требований к остальным участникам функционирования БнД, но и повышает качество разработок, так как вопросами организации данных занимается небольшое число профессионалов в этой области. Большинство систем управления базами данных обеспечивает высокое качество выполнения функций по управлению данными.

Банки данных обеспечивают возможность более полной реализации принципа независимости прикладных программ от данных, чем это возможно при организации локальных файлов.

Предпосылки широкого использования БнД. К числу предпосылок применения относятся следующие:

объекты реального мира находятся в сложной взаимосвязи между собой. информационное отражение должно представлять единое взаимосвязанное целое;

информационные потребности различных пользователей существенно пересекаются, что делает целесообразным использование единых баз данных и обеспечение доступа к ним разных пользователей;

функции создания и ведения информационного фонда и предоставления нужных данных являются универсальными, общими при решении разнообразных задач. Создание специализированных программных средств для управления данными приводит к повышению уровня выполнения функций и сокращению трудоемкости  создания ИС;

современный уровень развития технического и программного обеспечения, а также теории и практики построения информационных систем позволяют создавать эффективные БнД.

Требования к БнД. Особенности “банковской” организации данных позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к БнД:

  1. адекватность отображения предметной области (полнота, целостность и непротиворечивость данных, актуальность информации);
  2. возможность взаимодействия пользователей разных категорий и в разных режимах, обеспечение высокой эффективности доступа для разных приложений;
  3. дружелюбность интерфейсов и малое время на освоение системы, особенно для конечных пользователей;
  4. обеспечение секретности и конфиденциальности для некоторой части данных;  определение групп пользователей и их полномочий;
  5. обеспечение взаимной независимости программ и данных;
  6. обеспечение надежности функционирования БнД; защита данных от случайного и преднамеренного разрушения; возможность быстрого и полного восстановления данных в случае их разрушения.
    1. Компоненты банка данных.

      Состав банка данных. Банк данных является сложной человеко-машинной системой, включающей в свой состав различные взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты (рис.1).

      Информационная компонента. Ядром БнД является база данных.

      База данных —это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся под управлением СУБД.

      Рис.1  Компоненты банка данных

      Описания баз данных часто называютсхемой. Кроме того, в БнД могут присутствовать описания отдельных частей баз данных с точки зрения отдельных пользователей — подсхемы.

      Кроме описания баз данныхв состав метаинформации, хранимой в БнД, может включаться информация о предметной области, необходимая для проектирования системы, о пользователях БнД, о проектных решениях и некоторая другая информация.

      Центральное хранилище метаинформации называетсясловаремданных(словарь-справочник, энциклопедия, репозиторий).

      Роль словарной системы особенно возрастает при использовании средств автоматизированного проектирования информационных систем. Для большинства из них репозиторий является ядром всей системы.

      К банкам данных не относятся немашинные документы, служащие источниками информации, вводимой в БД, файлы входной и выходной информации, архивные файлы, выходные документы. Однако многие СУБД включают в свой состав языковые средства для описания этих компонентов. В этом случае сами описания, используемые в процессе функционирования БнД, будут входить в его состав.

      Пользователи банков данных.

      Категории пользователей. С банком данных в процессе его создания и функционирования взаимодействуют пользователи разных категорий.

      Основной категорией пользователей являются так называемые конечные пользователи,т.е. те пользователи, для нужд которых и создается банк данных. В зависимости от особенностей создаваемого  банка данных круг его конечных пользователей может существенно различаться. Это могут быть случайные пользователи, обращающиеся к базе данных время от времени, а могут быть и регулярные пользователи. Конечные пользователи могут отличаться друг от друга и степенью владения вычислительной техникой. От конечных пользователей не должно требоваться каких-то специальных  знаний в области вычислительной техники и языковых средств.

      Администраторы банкатоже являются специфическими пользователями БнД.  Обычно они обращаются к БнД не за информацией о предметной области, а к метаинформации, а также используют ресурсы БнД для выполнения своих функций.

      В зависимости от сложности и объема банка данных, от особенностей используемой СУБД служба администрации банка данных может различаться как по составу и квалификации специалистов, так и по количеству работающих в этой службе.

      Основными функциями администраторов базы данных являются:

      1. анализ предметной области;
      2. проектирование структуры базы данных;
      3. задание ограничений целостности при описании структуры базы данных и процедур обработки БД;
      4. первоначальная загрузка и ведение базы данных;
      5. защита данных;
      6. обеспечение восстановления БД: разработка программно-технических средств восстановления БД, организация ведения системных журналов;
      7. анализ обращений пользователей к базе данных: сбор статистики обращений пользователей к БД, анализ причин безуспешных обращений к БД;
      8. анализ эффективности функционирования БнД и развитие системы;
      9. работа с пользователями;
      10. подготовка и поддержание системных программных средств;
      11. Выбор или создание методики проектирования БД.

      №2 Классификация баз данных

      Банки данных являются сложными системами, и их классификация может быть произведена  по разным признакам. Одни из признаков классификации и соответственно классификационные группировки относятся к банку данных в целом, другие — к отдельным его компонентам, третьи могут быть отнесены как к отдельному компоненту, так и к нескольким компонентам или банку в целом.

      Центральной компонентой банка данных является база данных, и большинство классификационных признаков относится именно к ней.

      Поформе представления информации различаютвидео-иаудиосистемы,а такжесистемы мультимедиа. Эта классификация в основном показывает, в каком виде информация из баз данных выдается пользователям: в виде изображения, звука или дается возможность использования разных форм отображения информации. Пока наибольшее практическое использование находят базы данных, содержащие обычные символьные данные. Эти базы даных, в свою очередь, могут быть разделены нанеструктурированные, частично структурированныеи структурированные. К неструктурированным БД могут быть отнесены базы, организованные в виде семантических сетей.  Частично структурированными можно считать базы данных в виде обычного текста или гипертекстовые системы.

      Структурированные БД, в свою очередь,по типу используемой модели  делятся наиерархические, сетевые, реляционные, смешанныеи мультимодельные. Наибольшее коммерческое использование в настоящее время имеют реляционные системы. Классификация по типу модели распространяется не только на базы данных, но и на СУБД и даже на банк данных в целом.

      Потипу хранимой информации БД делятсянадокументальные, фактографическиеи лексикографические. Среди документальных баз различаютбиблиографические, реферативныеи полнотекстовые. К лексикографическим базам данных относятся различные словари (классификаторы, многоязычные словари, словари основ слов и т.п.).

      Похарактеру организации хранения данных иобращения к ним различаютлокальные(персональные),общие (интегрированные) ираспределенные базы данных.

      Базы данных могут классифицироваться по охвату предметной области. Причем эта классификация, в свою очередь, может производиться по разным признакам: по территориальному (всемирный, страна, город или какой-либо регион), временному (год, месяц, с начала века и т.п.), ведомственному, проблемному.

      Классификация СУБД.

      По языкам общения СУБД делятсянаоткрытые, замкнутые и смешанные.Открытые системы — это системы, в которых для обращения к базам данных используются универсальные языки программирования (используются редко). Замкнутые системы имеют собственные языки общения с пользователями БнД.

      Почислу уровней в архитектуре различают одноуровневые, двухуровневые, трехуровневые системы. В принципе возможно выделение и большего числа уровней. Подархитектурным уровнем СУБД понимают функциональный компонент, механизмы которого служат для поддержки некоторого уровня абстракции данных (логический и физический уровень, а также “взгляд” пользователя — внешний уровень).

      Повыполняемым функциям СУБД делятся наинформационные иоперационные. Информационные СУБД позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Операционные СУБД выполняют достаточно сложную обработку, например, автоматически позволяют получать показатели, не хранящиеся непосредственно в базе данных, могут изменять алгоритмы обработки и т.д.

      Посфере возможного применения различаютуниверсальныеи специализированные, обычно проблемно-ориен-тированные СУБД.

      СУБД поддерживают разные типы данных.Набор типов данных, допустимых в разных СУБД, различен. В настоящее время наблюдается тенденция к расширению числа используемых типов данных. Кроме того, ряд СУБД позволяет разработчику добавлять новые типы данных и новые операции над этими данными. Такие системы называютсярасширяемыми системами баз данных (РСБД).

      Новым направлением в развитии программного обеспечения банков данныхявляютсягенераторы системы базы данных. Они позволяют разработчику строить собственную СУБД нового типа без полного переписывания программного кода из заготовок.

      Типовая организация современной СУБД. Организация типичной СУБД и состав ее компонентов соответствует рассмотренному набору функций. Логически в современной реляционной СУБД можно выделить  ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит.

      Ядро СУБД отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Функции этих компонентов взаимосвязаны.

      Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, недоступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержки выполнения таких программ) и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.

      Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу. Основной проблемой реляционных СУБД является то, что языки этих систем (а это, как правило, SQL) являются непроцедурными, т.е. в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурой, а лишь описывает в некоторой форме условия совершения желаемого действия.

      В отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.

      №3Этапы проектирования баз данных.

      В базе данных отражается информация об определенной предметной области.Предметной областью (ПО) называется часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования (использования). В автоматизированных информационных системах отражение предметной области представлено моделями данных нескольких уровней. Число уровней моделей будет зависеть от особенностей СУБД.Даталогическая модель базы данных (ДЛМ) является моделью логического уровня и представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения. Эта модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в той конкретной СУБД. Этап создания ДЛМ называетсядаталогическим проектированием. Описание логической структуры базы данных на языке СУБД называетсясхемой.

      Физическая модель БД. Для привязки ДЛМ к среде хранения используется модель данных физического уровня (физическая модель). Эта модель определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения. Модель физического уровня также строится с учетом возможностей, предоставляемых СУБД. Описание физической структуры базы данных называетсясхемой хранения. Соответствующий этап проектирования БД называетсяфизическим проектированием.

      СУБД обладают разными возможностями по физической организации данных, в связи с чем сложность и трудоемкость физического проектирования, набор выполняемых шагов различаются для конкретных систем. К числу работ, выполняемых на этапе физического проектирования, относятся:  выбор типа носителя, способа организации данных, методов доступа, определение размеров физического блока, управление размещением данных на внешнем носителе, управление свободной памятью, определение целесообразности сжатия данных и используемых методов сжатия, оценка физической модели данных.

      К физическому проектированию относятся и проблемы, связанные с буферизацией (определение числа и размеров буферов, используемых при передаче данных из внешней памяти во внутреннюю, закрепление файлов за буферами).

      Внешняя модель. В некоторых СУБД, помимо описания общей логической структуры базы данных, имеется возможность описать логическую структуру БД с точки зрения конкретного пользователя. Такая модель называетсявнешней, а ее описание называется подсхемой. Если СУБД   “поддерживает” схему, схему хранения и подсхему, то она является СУБД с трехуровневой архитектурой.

      Внешняя модель не всегда является точным подмножеством схемы. Некоторые СУБД допускают различия в типах данных, определенных в схеме и подсхеме, и обеспечивают их преобразование, допускается различный логический порядок следования элементов в схеме и подсхеме, введение в подсхему виртуальных полей и т.д.

      Инфологическая модель предметной области. Чтобы спроектировать структуру базы данных, необходима исходная информация о предметной области. Информация, требуемая для проектирования БД, мало зависит от особенностей СУБД. Для проектирования информационной системы с “небанковской” организацией обычно требуется та же информация.

      В базе данных отображается какая-то часть реального мира. Поэтому, прежде чем начинать проектирование базы данных, необходимо как следует разобраться, как функционирует предметная область, для отображения которой создается БД.

      Предметная область должна быть предварительно описана. Для этого в принципе может использоваться и естественный язык, но его применение имеет много недостатков, основным