Базы данных. Системы управления базами данных

и структурные элементы СУБД
Модель данных
Основные функции СУБД
Функциональные возможности СУБД
Подходы к

проектированию БД

Содержание лекции:

получении, обработке, хранении, управлении, анализе и визуализации данных. Совместно эти

задачи называются управлением данными.

Для хранения и обработки данных можно использовать либо электронные таблицы, либо системы управления базами данных. Использование систем управления базами данных требует более высокого уровня подготовки для создания таблицы и описания обработки ее данных.

История появления и развития БД

Вторая область — это использование средств вычислительной техники в автоматических

или автоматизированных информационных системах.

В истории вычислительной техники можно проследить развитие двух основных областей ее использования.

История появления и развития БД

сложную структуру (банковские системы, автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования

авиационных и железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.)
Современные информационные системы характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.

История появления и развития БД Информационные системы

подход был реализован в рамках новых программных систем, названных впоследствии

Системами Управления Базами Данных (СУБД), а сами хранилища информации, которые разработаны под управлением данных систем, назывались базами или банками данных (БД и БнД).

Основные требования, предъявляемые к банкам данных: многократное использование данных, простота, легкость использования, гибкость использования, быстрая обработка запросов на данные, язык взаимодействия.
Основой информационной системы является база данных.
Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах реального мира.

История появления и развития БД Информационные системы

область знаний. Возраст ее составляет немногим более 45 лет.

В 1968

году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД система IMS фирмы IBM.
В 1975 году появился первый стандарт ассоциации по языкам систем обработки данных — Conference of Data System Languages (CODASYL), который определил ряд фундаментальных понятий в теории систем баз данных, которые и до сих пор являются основополагающими для сетевой модели данных.

большой вклад был сделан американским математиком Э.Ф.Коддом, который является создателем

реляционной модели данных.

В 1981 году Э.Ф.Кодд получил за создание реляционной модели и реляционной алгебры престижную премию Тьюринга Американской ассоциации по вычислительной технике.

Эдгар Кодд

ЭВМ повлияло также и на развитие технологии баз данных.
Можно

выделить четыре этапа в развитии данного направления в обработке данных.

больших ЭВМ типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и мини-ЭВМ типа PDP11

(фирмы Digital Equipment Corporation — DEC), разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard).

История появления и развития БД

Характеристика БД первого этапа:
Базы данных хранились во внешней памяти центральной ЭВМ.
Программы доступа к БД писались на различных языках.
Доступ к БД поддерживался от многих пользователей-задач (распределенный доступ).

Появились первые программы - системы управления базами данных, которые позволяли

хранить значительные объемы информации, они имели удобный интерфейс для заполнения данных, встроенные средства для генерации различных отчетов. Появились настольные СУБД. Эти программы позволяли автоматизировать многие учетные функции, которые раньше велись вручную.

Характеристика БД второго этапа:

Все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом.
В настольных СУБД поддерживались низкоуровневые языки манипулирования данными на уровне отдельных строк таблиц.
Сравнительно скромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД.

Появившиеся распределенные базы данных, сохраняют все преимущества настольных СУБД и

в тоже время позволяют организовать параллельную обработку информации и поддержку целостности БД

Характеристика БД третьего этапа
Практически все современные СУБД обеспечивают поддержку полной реляционной модели.
Большинство современных СУБД рассчитаны на многоплатформенную архитектуру.
Необходимость поддержки многопользовательской работы с базой данных и возможность децентрализованного хранения данных потребовали развития средств администрирования БД с реализацией общей концепции средств защиты данных.

доступа к данным — интранет. Основное отличие этого подхода от

технологии клиент-сервер состоит в том, что отпадает необходимость использования специализированного клиентского программного обеспечения.

Для работы с удаленной базой данных используется стандартное программное приложение - браузер Интернета и для конечного пользователя процесс обращения к данным происходит аналогично работе с ресурсами в сети Интернет.

Четвертый этап – сетевой доступ к системе управления базами данных

относят СУБД на основе сетевой модели данных (их иногда называют

CODASYL-системы) и системы на основе иерархических подходов.

CODASYL (англ. COnference on DAta SYstems Language — Конференция по языкам систем обработки данных) — организация (название произносится «кодасил»), принимавшая активное участие в эволюции информационных технологий в 60-80-е годы XX века.

СУБД второго поколения – реляционные.

СУБД третьего поколения – объектно-реляционные и объектно-ориентированные.

состояние объектов и их отношения в рассматриваемой предметной области.

Под предметной

областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению.

Структурирование - введение соглашений о способах представления данных.

Пользователями базы данных могут быть различные прикладные программы, а также специалисты предметной области, выступающие в роли потребителей или источников данных, называемые конечными пользователями.

Пользователей (СУБД) можно разделить на две основные категории: конечные пользователи; администраторы баз данных.

Основные понятия

языковых средств, необходимых для создания для создания, ведения и совместного

использования БД многими пользователями, поддержания БД в актуальном состоянии.

СУБД - это программная система, предназначенная для создания на ЭВМ общей БД, используемой для решения множества задач.

Основные понятия

программных средств, для хранения, поиска, защиты и использования данных) имеется

множество классификационных признаков:

Классификация СУБД

По степени универсальности (сфере применения) :
СУБД общего назначения (СУБД ОН) и специализированные СУБД (СпСУБД).
По используемой модели данных
иерархические, сетевые, реляционные; объектно-ориентированные СУБД.
По методам организации хранения и обработки данных :
централизованные (локальные, файл – серверные, клиент-серверные) и распределённые СУБД.
По сфере применения
справочные системы и системы обработки данных.
Классификация по масштабу систем:
персональные; уровня группы, отдела, предприятия; корпоративные; географически распределенные.

(СУБД ОН) ;
- специализированные системы (СпСУБД).
Специализированные СУБД создаются в редких

случаях при невозможности или нецелесообразности использования СУБД общего назначения.

Классификация СУБД

СУБД общего назначения не ориентированы на какую-либо предметную область или на информационные потребности какой-либо группы пользователей.
Каждая система такого рода реализуется как программный продукт, способный функционировать на некоторой модели ЭВМ в определенной операционной системе и поставляется многим пользователям как коммерческое изделие.
Такие СУБД обладают средствами настройки на работу с конкретной базой данных. Им присущи развитые функциональные возможности, функциональная избыточность.

возможен распределенный доступ к данным)
Распределенные
(состоит из нескольких, возможно пересекающихся или

даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети )

Классификация СУБД

(сетевым) доступом
Архитектура файл-сервер
Передача файлов БД для обработки
Рабочие станции
хранение
обработка
Архитектура клиент-сервер
хранение

и обработка

Транспортировка данных

Рабочие станции

Классификация СУБД

из машин сети в качестве центральной (сервер файлов).
На ней

хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети являются рабочими станциями.
Файлы БД в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где и производится обработка.
При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность системы падает.

Классификация СУБД

БД с сетевым доступом
(Файл-сервер)

(сервер базы данных) должна обеспечивать выполнение основного объёма обработки данных.

Запрос на данные клиента, порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлечённые данные (но не файлы) транспортируются по сети от сервера к клиенту.

Классификация СУБД

БД с сетевым доступом
Клиент - сервер

структуры таблиц и заполнения их данными получается та или иная

база данных.
В связи с этим в составе СУБД различают систему программно-технических, организационных и "человеческих" составляющих.
Программные средства включают систему управления, обеспечивающую ввод-вывод, обработку и хранение информации, создание, модификацию и тестирование БД, трансляторы.

и общими.
Интегрирование – возможность представлять базу данных как объединение нескольких

отдельных файлов данных полностью или частично не перекрывающихся.
Общие – возможность использования отдельных областей данных в БД несколькими различными пользователями, причем даже в одно и тоже время (одновременный доступ).

вместе с подсоединенными устройствами ввода-вывода, контроллерами устройств, каналами ввода-вывода и

т.д.
Процессор или процессоры вместе с основной памятью, которая используется для поддержки работы программного обеспечения системы

Основные компоненты СУБД и их состав

СУБД (database management system(DBMS)).
СУБД предоставляет пользователю возможность рассматривать БД

как объект более высокого уровня по сравнению с аппаратным обеспечением, а также поддерживает выражаемые в терминах высокого уровня пользовательские запросы(SQL).
Кроме СУБД, в программном обеспечении – утилиты, средства разработки приложений, средства проектирования, генераторы отчетов и другие.

Основные компоненты СУБД и их состав

и сталкиваются с решением различных задач:
- конечные пользователи;
- разработчики баз

данных;
- разработчики приложений;
- администраторы баз данных.

Основные компоненты СУБД и их состав

базовых языков могут использоваться C, C++, Pascal, Object Pascal.
Исторически

для системы управления базой данных сложились три языка:
1. Язык описания данных (ЯОД), называемый также языком описания схем, - для построения структуры ("шапки") таблиц БД;
2. Язык манипулирования данными (ЯМД) - для заполнения БД данными и операций обновления (запись, удаление, модификация);
3. Язык запросов - язык поиска наборов величин в файле в соответствии с заданной совокупностью критериев поиска и выдачи затребованных данных без изменения содержимого файлов и БД (язык преобразования критериев в систему команд).
В настоящее время функции всех трех языков выполняет язык SQL, относящийся к классу языков, базирующихся на исчислении кортежей (кортеж - единица информации), языки СУБД FoxPro, Visual Basic for Application (СУБД Access) и т.д.

Основные компоненты СУБД и их состав

неделимой единице информации – реквизиту. Для описания поля используются следующие

характеристики:
Имя, например, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения;
Тип, например, символьный, числовой, календарный;
Длина, например, 15 байт, определяется максимально возможным количеством символов;
Точность для числовых данных, например два десятичных знака для отображения дробной части числа.

– совокупность логически связанных полей. Экземпляр записи – отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей.

– совокупность экземпляров записей одной структуры.

Поле

Запись

Таблица (файл)

данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между

ними.
Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки.

Модель данных

который в процессе познания (созерцания, анализа и синтеза) замещает объект-оригинал.
Модель

 — это упрощенное представление реального устройства, процесса, явления.

Процесс построения и исследования моделей называется моделированием, облегчает изучение имеющихся в реальном устройстве (процессе, явлении) свойств и закономерностей.

интерпретация данных, связанная с этапом проектирования БД, которая трактуется как

сведения, имеющие определенную структуру.
Модель данных – это логическое определение объектов, связанное с этапом проектирования БД.

формализованного
описания предметной
области
Логическое (или дата-
логическое) моделиро-
вание осуществляет-
ся после этапа

выбора
СУБД. Этот тип модели
полностью зависит от
типа модели, поддержи-
ваемой выбранной
системой.

Физическое моделиро-
вание заключается в
выборе эффективного
размещения БД на
внешних носителях для
обеспечения наиболее
эффективной работы.

в виде таблицы. Свойства таблиц.
Атрибут – определенная часть информации о

некотором объекте. Атрибут обычно хранится в виде столбца или поля таблицы.
Связь – способ, которым связана информация в одной таблице с информацией в другой таблице. Типы связей
Объединение – процесс объединения таблиц или запросов на основе совпадающих значений определенных атрибутов.

Основные термины реляционной базы данных:

в столбцах таблицы однородные, т.е. все элементы в столбце имеют

одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
- каждый столбец имеет уникальное имя;
- одинаковые строки в таблице отсутствуют;
- порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Свойства реляционных таблиц

связи нескольких типов:
Один к одному (1:1)

Один ко многим (1:М)

Многие ко

многим (М:М)

Реляционная база данных

любая запись в первой таблице может быть связана с несколькими записями во второй, но в то же время любая запись второй таблицы связана только с одной записью первой

любая запись в первой таблице связана только с одной записью во второй таблице и наоборот (создается между ключевыми полями таблиц)

многие записи одной таблицы соответствуют многим записям из другой таблицы

ключом (ключевым полем).
Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей,

то такая таблица БД имеет составной ключ.
Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (связь 1:1).

Понятие ключевого поля

управление данными во внешней памяти
Эта функция включает обеспечение необходимых структур

внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей.

2. Управление буферами оперативной памяти
СУБД обычно работают с БД значительного размера. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти.

3. Управление транзакциями
Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое.

данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что

СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.
Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью, в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД.
5. Поддержка языков БД
В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных.
Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык запросов SQL (Structured Query Language).

Основные функции СУБД

данными:
Добавлять в таблицу одну или несколько записей;
Удалять из таблицы одну

или несколько записей;
Обновлять значения некоторых полей в одной или нескольких записях;
Находить одну или несколько записей, удовлетворяющих заданному условию.
И еще одна функция СУБД - это управление данными.
Под управлением данными обычно понимают защиту данных от несанкционированного доступа, поддержку многопользовательского режима работы с данными и обеспечение целостности и согласованности данных.

данных из других форматов;
• скоростью выполнения таких операций как обновления, вставка,

удаление данных;
• максимальным числом параллельных обращений к данным в многопользовательском режиме;
• временем генерации отчёта.

На производительность СУБД оказывают влияния 2 фактора:
• правильное проектирование;
• технология построения БД.

Функциональные возможности СУБД

позволяющих удостовериться, что информация в базе данных всегда остается корректной

и полной.
Эти средства не дают выполнять такие изменения, после которых данные могут оказаться несогласованными.

Например, когда две таблицы связаны отношением «один-ко-многим», нельзя внести запись в таблицу на стороне «многие», если в таблице на стороне «один» отсутствует соответствующая запись.

программ;
шифрование данных;
защиту паролем;
ограничение уровня доступа.
Практически все СУБД предназначены для работы

в многопользовательских средах, что предполагает выполнение программным продуктом следующих функций:

блокировку базы данных, файла, записи, поля;
идентификацию станции, установившей блокировку;
обновление информации после модификации;
контроль за временем и повторение обращения
работу с сетевыми системами.

баз данных, характеристики которых определяются приложениями средств автоматизации проектирования и

интеллектуализации БД.

в распределенных БД при интеграции спроектированных локальных баз данных, которые

могут быть выполнены с использованием различных моделей данных.
Нисходящее проектирование более характерно для разработки централизованных БД.

Подходы к проектированию БД

данных
Этап 4. Определение структуры данных
Этап 5. Разработка макета приложения и

пользовательского интерфейса
Этап 6. Создание приложения
Этап 7. Тестирование и усовершенствование

Основные этапы разработки БД