Много информации это просто груда мусора



страница1/9
Дата29.04.2018
Размер1.56 Mb.
ТипЛекция
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

БАЗЫ ДАННЫХ

Лекции (дневное отделение)


Содержание


Лекция 1. Введение в базы данных. Автоматизированный банк данных. 3

Лекция 2. Классификация банков данных, баз данных и СУБД 28

Лекция 3. Модели данных 35

Лекция 4. Уровни проектирования баз данных 57

Лекция 7. Этапы проектирования БД 71

Лекция 8. Нормализация 77

Лекция 9. Защита БД 78

Лекция 10. Транзакции и целостность баз данных 90

Лекция 13. Основные платформы баз данных 94

Лекция 14. Тенденции развития современных баз данных 99





Лекция 1. Введение в базы данных. Автоматизированный банк данных.

  1. Введение

  2. Автоматизированный банк данных (БнД)
    1. Компоненты банка данных
      1. Функции СУБД
      2. Компоненты среды СУБД
      3. Преимущества наличия системного каталога
    2. Взаимодействие компонентов банка данных
    3. Преимущества банков данных
    4. Недостатки банков данных
  3. Примеры банков данных

Введение


В настоящий момент информационные технологии повсеместно внедряются во все сферы человеческой деятельности. Одной из самых распространенных современных информационных технологий является использование баз данных (БД).
За последние 30 лет в области теории БД была проведена серия исключительно продуктивных исследований. Полученные результаты вполне можно считать наиболее важным достижением информатики. БД стали основой информационных систем и в корне изменили методы работы многих организаций. В частности, развитие данной технологии в последние годы привело к созданию весьма мощных и интуитивно понятных систем.
Таким образом, появление БД стало самым важным достижением в области программного обеспечения. В силу все более широкого распространения персональных компьютеров важность организации информации в виде БД непрерывно возрастает.
В теории БД можно выделить три составляющие:

  1. теорию построения БД (проектирование);

  2. теорию использования БД (эксплуатация);

  3. теорию функционирования БД (взаимодействие составляющих).

Наиболее полно все три составляющие теории развиты в полном объеме только для реляционных БД.
Любая информация имеет ценность, когда оказывается под рукой в "нужном месте в нужный час". Есть и дополнительное пожелание - информация должна быть структурирована и удобна для восприятия. Еще не придумали более удобной формы структуризации информации, чем представление ее в виде базы данных (БД).
Целью дисциплины "Базы данных" является обучение современным технологиям проектирования, создания и эксплуатации автоматизированных банков данных в экономике.
Задачами дисциплины являются освоение теоретических знаний и практических навыков, позволяющих:


  • ориентироваться в области информационных технологий разработки баз данных;

  • выделять область применения и ставить задачи проектирования баз данных;

  • использовать на практике полученные основные сведения о современных системах управления базами данных (СУБД) в вычислительных системах.

Автоматизированный банк данных (БнД)


Любая система представляет собой совокупность взаимосвязанных объектов (элементов), функционирующих совместно для достижения общей цели.
Информационная система (ИС) представляет собой программный комплекс, функции которого состоят в поддержке надежного хранения информации в памяти компьютера, выполнения специфических для данного приложения преобразований информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру.
Классическими примерами ИС являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах, банк данных метеорологического управления, картотека дорожного движения и т.д. Все эти ИС являются банками данных. Особенностями этих систем являются реальный масштаб времени и изменение БД практически при каждом запросе.
С другой стороны, информационная система – взаимосвязанная совокупность организационных, технических, программных и информационных средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Одним из основных свойств ИС является делимость на подсистемы. Обычно выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Функциональные подсистемы информационно обслуживают определенные виды деятельности, характерные для структурных подразделений ИС. Интеграция функциональных подсистем в единую систему достигается за счет создания и функционирования обеспечивающих подсистем.
Банк данных (БнД) – это система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных. Т. е., с одной стороны, БнД – это автоматизированная система хранения и обработки данных, а, с другой стороны, БнД – это совокупность интерфейсов между пользователями и хранимыми данными.
БнД является современной формой организации хранения и доступа к информации. С функционально-организационной точки зрения БнД является сложной человеко-машинной системой, служащей для надежного, эффективного и продолжительного во времени функционирования.
Компоненты банка данных
БнД включает в себя следующие компоненты:


    1. БД (database), которая является ядром БнД. БД – это совокупность взаимосвязанных именованных данных, описание, хранение и манипуляция которыми проводится по общим правилам.




    1. СУБД (или диспетчер БД) (DBMSDatabase Management System) – это специальный пакет программ, который централизованно обеспечивает контролируемый доступ к данным и управление ими.




    1. Вычислительная система – это весь комплекс технических средств, задействованных в автоматизированном БнД (сервер, телекоммуникации и т. д.).




    1. Словарь данных (data dictionary) (репозиторий), или системный каталог (system catalog) - централизованное хранилище метаинформации. Метаинформацией (или метаданными (meta-data)) называется описание структуры БД (схема БД), модель предметной области, информация о пользователях и их правах, описание формы входных и выходных документов, т. е. «информация об информации», «данные о данных».




    1. Персонал БнД – это специалисты, которые обеспечивают создание, работу и развитие БнД. Особое место среди персонала БнД отводится администрации БнД.
      Администрация БнД (АБД) (Database Administrator (DBA)) – лицо или группа лиц, реализующих управление информационными процессами в БнД, поддержание целостности (непротиворечивости) и защиту данных, координацию деятельности пользователей.


  1. Данные – это описание явлений внешнего реального мира с помощью конкретного средства общения (например, с помощью естественного языка или изображений) на конкретном носителе (например, камне или бумаге).


Первой попыткой компьютеризировать ручные картотеки было создание файловых систем. Файловые системы были разработаны в ответ на потребность в получении более эффективных способов доступа к данным. Однако, вместо организации централизованного хранилища всех данных предприятия, был использован децентрализованный подход, при котором сотрудники каждого отдела работали со своими собственными данными. Т. е. файлы с дублирующей информацией создавались для каждой отдельной задачи. Например, приложения, связанные с кадровым учетом, с начислением заработной платы и с планированием учебной нагрузки, могут содержать одни и те же данные о преподавателе: фамилию, должность, ученую степень, ученое звание, подразделение. При этом значительную часть данных приходилось вводить многократно.


Ограничения, присущие файловым системам:


  • Разделение и изоляция данных. Когда данные изолированы в отдельных файлах, доступ к ним весьма затруднителен.




  • Значительная избыточность, дублирование данных. Дублирование данных сопровождается неэкономным расходованием ресурсов, поскольку на ввод избыточных данных требуется затрачивать дополнительные время, деньги и память.




  • Противоречивость содержимого одноименных полей, нарушение целостности данных.



  • Зависимость от данных. Физическая структура и способ хранения записей файлов данных жестко зафиксированы в коде программ приложений. Изменить существующую структуру данных достаточно сложно.




  • Трудности в соблюдении стандартов разного уровня, необходимых для обмена данными между вычислительными центрами. Неполная автоматизация приводила к разнообразным нестыковкам и дополнительным затратам на параллельные технологии.




  • Несовместимость форматов данных.

При централизованном управлении все эти проблемы и проблемы безопасности данных решаются легче.


Все перечисленные выше ограничения файловых систем являются следствием двух факторов:


  1. Определение данных содержится внутри приложений, а не хранится отдельно и независимо от них.




  1. Помимо приложений не предусмотрено никаких других инструментов доступа к данным и их обработки.

Для повышения эффективности работы необходимо использовать новый подход, а именно БД и СУБД.


Под БД понимается некоторая совместно используемая совокупность логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенная для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
На сегодня наиболее общее и полное определение БД дается в Законе «О правовой охране программ и электронно-вычислительных машин и баз данных». Согласно ст.1 этого закона БД – это объективная форма представления и организации совокупности данных, систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ.
В нестрогом смысле слова 1 – совокупность данных и связей между ними, хранящихся в виде одного или более файлов данных с произвольной организацией доступа.
Задача БД состоит в хранении всех представляющих интерес данных в одном или нескольких местах, причем таким способом, который заведомо исключает ненужную избыточность. В хорошо спроектированной БД избыточность данных исключается, и вероятность сохранения противоречивых данных минимизируется. Таким образом, создание БД преследует две основные цели:

  1. понизить избыточность данных;

  2. повысить их надежность.

Таким образом:




  1. БД есть совокупность взаимосвязанных хранящихся вместе с отношениями между ними устойчивых данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их независимое использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений. БД еще называют набором интегрированных записей с самоописанием. Именно наличие самоописания данных в БД обеспечивает в ней независимость между программами и данными (program-data independence).




  1. При этом данные хранятся в таком виде, чтобы они были независимы от программ, использующих эти данные.




  1. Для добавления новых или для модификации существующих данных, а также для поиска данных в БД применяется общий управляемый способ.




  1. Данные, хранящиеся в БД, должны удовлетворять заданным явно или неявно условиям целостности (правильности) и устойчивости данных.




  1. Предполагается автоматизированная поддержка существования такой БД со стороны специальной системы управления БД (СУБД).

Подход, основанный на применении БД, где определение данных отделено от приложений, очень похож на подход, используемый при разработке современного объектно-ориентированного программного обеспечения, когда наряду с внутренним определением объекта существует его внешнее определение. Пользователи объекта видят только его внешнее определение и не заботятся о том, как он определяется и как функционирует. Одно из преимуществ такого подхода абстрагирования данных (data abstraction) заключается в том, что можно изменить внутреннее определение объекта без каких-либо последствий для его пользователей, при условии, что внешнее определение объекта остается неизменным. В подходе с использованием БД, структура данных отделена от приложений и хранится в БД. Добавление новых структур данных или изменение существующих никак не влияет на приложения, при условии, что они не зависят непосредственно от изменяемых компонентов.




  1. БД создаются и функционируют под управлением специальных программных комплексов, называемых системами управления базами данных (СУБД). Основная особенность СУБД - это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры. СУБД может содержать утилиты, приложения, сервисы, библиотеки, средства создания приложений и другие компоненты.


Функции СУБД


      1. Хранение, извлечение и обновление данных. СУБД должна предоставлять пользователям возможность сохранять, извлекать и обновлять данные в БД. Это самая фундаментальная функция СУБД.




      1. Наличие системного каталога. СУБД должна иметь доступный конечным пользователям каталог, в котором хранится описание элементов данных.




      1. Поддержка транзакций. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует выполнение либо всех операций обновления данной транзакции, либо ни одной из них.




      1. Сервисы управления параллельностью. СУБД должна иметь механизм, который гарантирует корректное обновление БД при параллельном выполнении операций обновления многими пользователями.




      1. Сервисы восстановления. СУБД должна предоставлять средства восстановления БД на случай какого-либо ее повреждения или разрушения.




      1. Сервисы контроля доступа к данным. СУБД должна иметь механизм, гарантирующий возможность доступа к БД только санкционированных пользователей.




      1. Поддержка обмена данными. СУБД должна обладать способностью к интеграции с коммуникационным программным обеспечением.




      1. Службы поддержки целостности данных. СУБД должна обладать инструментами контроля за тем, чтобы данные и их изменения соответствовали заданным правилам.




      1. Службы поддержки независимости от данных. СУБД должна обладать инструментами поддержки независимости программ от физической структуры БД.




      1. Вспомогательные службы. СУБД должна предоставлять некоторый набор различных вспомогательных служб:




  • средства мониторинга, предназначенные для отслеживания характеристик функционирования и использования БД;

  • программы статистического анализа, позволяющие оценить производительность или степень использования БД;

  • инструменты сборки мусора и перераспределения памяти для физического устранения удаленных записей с запоминающих устройств, объединения освобожденного пространства и перераспределения памяти в случае необходимости.

Таким образом, СУБД, с одной стороны, должна помогать пользователю в манипулировании данными, а, с другой стороны, должна защищать данные от пользователя.


Помощь пользователю осуществляется в основном в обеспечении его командами или готовыми программами, выполняющими стандартные функции, такие как поиск или модификация информации. Это уменьшает объем работ, которые должны быть выполнены для создания новых приложений, следовательно, увеличивает производительность традиционно дефицитного ресурса – компьютерных программ.
Хорошие СУБД умеют создавать различное представление информации из БД для разных пользователей. Часть информации, которая не нужна для данного приложения, может быть скрыта от пользователя, а структура остальной части может быть преобразована в вид, требуемый для данного приложения.
Для решения проблемы избыточности данных, предоставляемых пользователям, в СУБД работает механизм представлений (view), который позволяет любому пользователю иметь свой собственный взгляд на БД. Каждое представление является некоторым подмножеством БД.
Дополнительная помощь пользователям осуществляется путем исполнения модулей (или команд), выполняющих определенные действия с базой без написания программ, например, получение отчета (печати информации из БД по запросу).
Хотя управление данными является сложным вопросом, существует только 4 основные операции по обработке данных в БД:


  1. ввод информации в БД;

  2. поиск информации;

  3. удаление ненужной информации;

  4. корректировка (модификация, изменение) содержимого БД.

Кроме этих основных операций, СУБД следит за информацией внутри БД, защищает ее от случайного или неумелого вмешательства и гарантирует, что многочисленные запросы одного пользователя выполняются без помех другим пользователям.


Защита данных, в первую очередь, осуществляется самой СУБД. Любой запрос пользователя на ввод, поиск, модификацию информации должен быть представлен в виде запроса (команды) СУБД. Не существует прямого контакта между пользователем (приложением) и БД. Это позволяет СУБД оценивать каждый запрос и решать, может ли он быть выполнен. Решение принимается на основе критерия авторизации –разрешено ли пользователю выполнять данную операцию и критерия целостности – не повредит ли данный запрос БД. Эта способность представляет собой защитную функцию СУБД, поскольку пользователь не может получить доступ к данным, находящимся вне пределов его прав.
Достоинства применения механизма представлений:


    1. Упрощение работы за счет предоставления пользователям только действительно нужных им данных.




    1. Обеспечение дополнительного уровня безопасности. Представления могут создаваться с целью исключения тех данных, которые не должны видеть некоторые пользователи.




    1. Предоставление механизма настройки внешнего интерфейса БД. Представление обеспечивает полную независимость программ от реальной структуры данных.

По характеру применения СУБД разделяют на персональные и многопользовательские.


Персональная СУБД обеспечивает возможность создания локальных БД, работающих на одном компьютере. К персональным СУБД относятся: Paradox, dBase, FoxPro, Access и др. (Access и Paradox обеспечивают также возможность многопользовательского доступа к данным).
Многопользовательские СУБД позволяют создавать ИС, функционирующие в архитектуре «клиент-сервер». К многопользовательским СУБД относятся: Oracle, Informix, SyBase, Microsoft SQL Server, InterBase, BTrieve, InterBase и др.
Компоненты среды СУБД


рис. 1. Среда СУБД
Состав обеспечивающих подсистем не зависит от выбранной предметной области. В состав обеспечивающих подсистем входят подсистемы организационно-методического, правового, технического, математического, программного, информационного и лингвистического обеспечения.


  1. Организационно-методическое обеспечение – совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации БнД. В состав организационного обеспечения входят различные инструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные для пользователей различных категорий, взаимодействующих с БнД, методики проектирования БД, документация по БнД. Это могут быть, например, инструкции конечным пользователям по работе с БД, документы, определяющие права доступа и регламент работы.




  1. Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование БнД, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации. Например, договор между разработчиком и заказчиком, характеристика статуса создаваемой системы, правовые отношения пользователей в применении технических средств и т.д.




  1. Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для реализации целей и задач БнД, например, средства моделирования процессов управления, методы математического программирования, математической статистики.




  1. Аппаратное обеспечение – комплекс технических средств, предназначенных для работы БнД, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.


Комплекс технических средств составляют:

  1. компьютеры любых моделей;

  2. устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

  3. устройства передачи данных и линий связи;

  4. оргтехника.

Состав и тип технических средств, на которых реализуется БнД, зависит от многих факторов, основными из которых являются:




    • технические характеристики оборудования;

    • используемые технологии обработки данных;

    • масштаб системы;

    • временные ограничения на время реакции системы;

    • сложность обработки;

    • стоимостные характеристики.




  1. Программное обеспечение – совокупность компьютерных программ, описаний и инструкций по их применению на ЭВМ.


Программное обеспечение делится на два комплекса:


  1. общее (ОС, операционные оболочки, компиляторы, интерпретаторы, программные среды для разработки прикладных программ, программная составляющая СУБД и т.д.);




  1. специальное (совокупность прикладных программ, разработанных для конкретных задач, и контрольные примеры для их тестирования).

Программные средства БнД представляют собой сложный комплекс, обеспечивающий взаимодействие всех частей информационной системы при ее функционировании.





рис. 2. Программные средства БнД.



    1. Основу программного обеспечения БнД представляют программные компоненты СУБД. Среди них можно выделить:




    • ядро СУБД, обеспечивающее создание БД, организацию ввода, обработки и хранения данных;




    • средства тестирования и отладки программ;




    • утилиты, обеспечивающие настройку системы, выполнение вспомогательных функций, таких как восстановление и архивирование БД, сбор статистики о функционировании БнД и др.




    • трансляторы или компиляторы для используемых ею языковых средств, обеспечивающих обработку и оптимизацию запросов на выборку и изменение данных;




    • генераторы форм, отчетов, меню, процессор запросов, позволяющие автоматизировать проектирование систем обработки информации.




    1. СУБД работают в среде ОС и взаимодействуют с ОС при обработке обращений к БнД. Поэтому можно считать, что ОС также входит в состав БнД. Однако ОС предоставляет только базовые службы, и СУБД всегда представляет собой надстройку над ними.




    1. Для удовлетворения конкретных потребностей пользователей пишутся соответствующие программы, которые представляют прикладное программное обеспечение БнД.




  1. Информационное обеспечение – совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, а также методология построения БД.

В состав информационного обеспечения включаются два комплекса:




  1. внемашинное информационное обеспечение (классификаторы информации и документы, источники вводимой в БД информации, выходные документы);




  1. внутримашинное информационное обеспечение (макеты/экранные формы для ввода первичных данных в ЭВМ или вывода результатов, структура информационной базы: входных, выходных файлов, БД).

Центральным компонентом информационного обеспечения является база данных, через которую осуществляется обмен данными различных задач.




  1. Лингвистическое обеспечение – совокупность терминов и других языковых средств, используемых в ИС, а также правил формализации естественного языка для повышения эффективности автоматизированной обработки информации и облегчения общения человека с БнД.


Языковые средства, включенные в подсистему лингвистического обеспечения, делятся на две группы:


  1. традиционные языки (естественные, математические, алгоритмические языки, языки моделирования), предназначенные для описания логической структуры данных;




  1. языки, предназначенные для диалога с ЭВМ (информационно-поисковые языки, языки СУБД, языки операционных сред, входные языки ППП).

Языки, предназначенные для диалога с ЭВМ, можно разделить на:




  1. языки описания данных (ЯОД) (DDL – Data Definition Language):

    1. языки описания схем (ЯОС);

    2. языки описания подсхем (ЯОПС) (Подсхема – описание отдельных частей БД с точки зрения конкретных пользователей. Это схема отдельного пользователя БД, если их несколько. Из подсхем может быть составлена схема БД. При наличии одного пользователя подсхема является схемой.);

    3. языки описания хранимых данных (ЯОХД);

    4. языки описания внешних данных (входных, выходных) (ЯОВД);




  1. языки манипулирования данными (ЯМД) (DMLData Manipulation Language):




    1. процедурные (procedural). При пользовании процедурными языками надо указать, какие действия и над какими объектами необходимо выполнить, чтобы получить результат.




    1. декларативные (непроцедурные (non- procedural)). При пользовании декларативными языками надо указать, что надо получить в ответе, а не как этого достичь.

Язык СУБД может быть универсальным языком программирования с включением специфического подъязыка для работы с БД, например, языки универсальных систем программирования DELPHI, Visual Basic, Visual C++ включают язык SQL. Другие СУБД имеют специализированные языки, например, dBASE, FoxPro, Clipper, Paradox, Access.


Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка:


    1. QBE (Querry By Example) – язык запросов по образцу (предложил М.М. Злуфф). QBE обеспечивает визуальное конструирование запросов к БД и обладает свойствами языка манипулирования данными.




    1. SQL (Structured Query Language) (“S – Q – L” или “See – Quel”) – структурированный язык запросов. SQL обеспечивает управление структурой БД и манипулирование данными, т. е. сочетает в себе свойства языков обоих типов – описания и манипулирования данными.

Оба эти языка являются непроцедурными.




  1. Данные – самый важный компонент среды СУБД с точки зрения конечных пользователей. Данные играют роль моста между компьютером и человеком.



  1. Процедуры. К процедурам относятся инструкции и правила, которые должны учитываться при проектировании и использовании БД. Они включают:




    • правила регистрации в СУБД;

    • инструкции по использованию отдельного инструмента СУБД или приложения;

    • правила запуска и останова СУБД;

    • инструкции по созданию резервных копий СУБД;

    • правила обработки сбоев аппаратного и программного обеспечения, восстановления БД после устранения неисправности;

    • инструкции по изменению структуры таблиц, реорганизации БД и др.




  1. Пользователи – клиенты БД. Она проектируется, создается и поддерживается для того, чтобы обслуживать их информационные потребности.


Критерии выбора СУБД
Выбор СУБД представляет собой сложную многопараметрическую задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений БД. 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 обучения персонала. Кроме того, необходимо убедиться, что новая СУБД способна принести предприятию реальные выгоды.
Очевидно, 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.


Моделирование данных


  • Используемая модель данных. Существует множество моделей данных; самые распространенные – иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-реляционная и объектная. Вопрос об использовании той или иной модели должен решаться на начальном этапе проектирования информационной системы.




  • Триггеры и хранимые процедуры. Триггер – программа БД, вызываемая всякий раз при вставке, изменении или удалении строки таблицы. Триггеры обеспечивают проверку любых изменений на корректность, прежде чем эти изменения будут приняты. Хранимая процедура – программа, которая хранится на сервере и может вызываться клиентом. Поскольку хранимые процедуры выполняются непосредственно на сервере БД, обеспечивается более высокое быстродействие, нежели при выполнении тех же операций средствами клиента БД. В различных программных продуктах для реализации триггеров и хранимых процедур используются различные инструменты.




  • Средства поиска. Некоторые современные системы имеют встроенные дополнительные средства контекстного поиска.




  • Предусмотренные типы данных. Здесь следует учесть два фактически независимых критерия: базовые или основные типы данных, заложенные в систему, и наличие возможности расширения типов. В то время как отклонения базовых наборов типов данных у современных систем от некоего стандартного, обычно, невелики, механизмы расширения типов данных в системах того или иного производителя существенно различаются.




  • Реализация языка запросов. Все современные системы совместимы со стандартным языком доступа к данным SQL, однако многие из них реализуют те или иные расширения данного стандарта.


Особенности архитектуры и функциональные возможности


  • Мобильность. Мобильность – это независимость системы от среды, в которой она работает. Средой в данном случае является как аппаратура, так и программное обеспечение (операционная система).




  • Масштабируемость. При выборе СУБД необходимо учитывать, сможет ли данная система соответствовать росту информационной системы, причем рост может проявляться в увеличении числа пользователей, объема хранимых данных и объеме обрабатываемой информации.




  • Распределенность. Основной причиной применения информационных систем на основе БД является стремление объединить взгляды на всю информацию организации. Самый простой и надежный подход – централизация хранения и обработки данных на одном сервере. К сожалению, это не всегда возможно и приходится применять распределенные БД. Различные системы имеют разные возможности управления распределенными БД.




  • Сетевые возможности. Многие системы позволяют использовать широкий диапазон сетевых протоколов и служб для работы и администрирования.


Контроль работы системы


  • Контроль использования памяти компьютера. Система может иметь возможность управления использованием как оперативной памяти, так и дискового пространства. Во втором случае это может выражаться, например, в сжатии БД, или удалении избыточных файлов.




  • Автонастройка. Многие современные системы включают в себя возможности самоконфигурирования, которые, как правило, опираются на результаты работы сервисов самодиагностики производительности. Данная возможность позволяет выявить слабые места конфигурации системы и автоматически настроить ее на максимальную производительность.


Особенности разработки приложений
Многие производители СУБД выпускают также средства разработки приложений для своих систем. Как правило, эти средства позволяют наилучшим образом реализовать все возможности БД, поэтому при анализе СУБД стоит рассмотреть также и возможности средств разработки приложений.


  • Средства проектирования. Некоторые системы имеют средства автоматического проектирования, как БД, так и прикладных программ. Средства проектирования различных производителей могут существенно различаться.




  • Многоязыковая поддержка. Поддержка большого количества национальных языков расширяет область применения системы и приложений построенных на ее основе.




  • Возможности разработки Web - приложений. При разработке различных приложений зачастую возникает необходимость использовать возможности среды Internet. Средства разработки некоторых производителей имеют большой набор инструментов для построения приложений под Web.




  • Поддерживаемые языки программирования. Широкий спектр используемых языков программирования повышает доступность системы для разработчиков, а также может существенно повлиять на быстродействие и функциональность создаваемых приложений.


Производительность


  • Рейтинг TPC (Transactions per Cent). Для тестирования производительности применяются различные средства, и существует множество тестовых рейтингов. Одним из самых популярных и объективных является TPC-анализ производительности систем. Фактически TPC-анализ рассматривает композицию СУБД и аппаратуры, на которой эта СУБД работает. Показатель TPC – это отношение количества запросов, обрабатываемых за некий промежуток времени к стоимости всей системы.




  • Возможности параллельной архитектуры. Для обеспечения параллельной обработки данных существует, как минимум, два подхода: распараллеливание обработки последовательности запросов на несколько процессоров, либо использование нескольких компьютеров-клиентов, работающих с одной БД, которые объединяют в так называемый параллельный сервер.




  • Возможности оптимизирования запросов. При использовании непроцедурных языков запросов их выполнение может быть неоптимальным. Поэтому необходимо произвести процесс оптимизации запросов, т.е. выбрать такой способ выполнения, когда по начальному представлению запроса путем его синтаксических и семантических преобразований вырабатывается процедурный план выполнения запроса, наиболее оптимальный при существующих в БД управляющих структурах.


Надежность
Понятие надежности системы имеет много смыслов – это и сохранность информации, независящая от любых сбоев, и безотказность работы системы в любых условиях, и обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа.


  • Восстановление после сбоев. При возникновении программных или аппаратных сбоев целостность, да и работоспособность всей системы может быть нарушена. От того, как эффективно спланирован механизм восстановления после сбоев, зависит жизнеспособность системы.




  • Резервное копирование. В результате аппаратного сбоя может быть частично поврежден или выведен из строя носитель информации и тогда восстановление данных невозможно, если не было предусмотрено резервное копирование БД, или ее части. Резервное копирование спасает и в ситуациях, когда происходит логический сбой системы, например при ошибочном удалении таблиц.




  • Откат изменений. При выполнении транзакции применяется простое правило - либо транзакция выполняется полностью, либо не выполняется вообще. Это означает, что в случае сбоев, все результаты невыполненных до конца транзакций должны быть аннулированы. Механизм отката может иметь различное быстродействие и эффективность.




  • Многоуровневая система защиты. Информационная система организации почти всегда включает в себя секретную информацию, поэтому для предотвращения несанкционированного доступа используется служба идентификации пользователей. Уровень защиты может быть различным.



Требования к рабочей среде


  • Поддерживаемые аппаратные платформы и минимальные требования к оборудованию.




  • Операционные системы, под управлением которых способна работать СУБД.




  1. Третья компонента БнД – вычислительная система – являясь в то же время и одной из обеспечивающих подсистем БнД, была нами уже рассмотрена выше.




  1. Словарь данных (или системный каталог) помогает унифицировать и централизовать описание структур данных, уменьшить избыточность и предупредить противоречивость данных, своевременно и единообразно корректировать описания данных и удалять устаревшие. Он обеспечивает единую терминологию.

Словарь включает в себя сведения:




  • об объектах, свойствах и отношениях для данной предметной области;

  • о данных, хранимых в БД (их наименование, смысл, структура, связи с другими данными);

  • о формате и допустимых значениях данных;

  • об источниках получения данных;

  • о кодах защиты и разграничения доступа к данным.

Основные назначения словаря данных:




  1. Централизованное ведение и управление данными как ресурсом на всех этапах проектирования, реализации и эксплуатации системы.




  1. Обеспечение эффективного взаимодействия между всеми участниками проекта.


Преимущества наличия системного каталога


    1. Информация о данных централизованно собрана и сохранена, что позволит контролировать доступ к этим данным.




    1. Определяется смысл данных, что поможет пользователям понять их предназначение.




    1. В системном каталоге указываются пользователи, которые являются владельцами данных или обладают правом доступа к ним.




    1. Благодаря централизованному хранению избыточность и противоречивость описания отдельных данных легко обнаруживаются.




    1. Вносимые изменения в БД протоколируются.




    1. Последствия любых изменений определяются еще до их внесения, поскольку в системном каталоге зафиксированы все существующие элементы данных, установленные между ними связи, а также все пользователи.




    1. Усиливаются меры обеспечения безопасности.




    1. Появляются новые возможности организации поддержки целостности данных.




  1. В состав персонала БнД входят разные специалисты:




  • администраторы БнД;

  • операторы БД;

  • системные и прикладные программисты;

  • проектировщики структур данных и технологических процессов их обработки;

  • проектировщики информационного обеспечения;

  • системные аналитики;

  • специалисты по техническим средствам, по маркетингу.


Основные функции и задачи, решаемые персоналом при разработке и эксплуатации базы данных:


  1. анализ предметной области (определение потребностей конечных пользователей, построение информационной модели предметной области, выявление ограничений целостности);




  1. проектирование структуры БД (определение состава и структуры файлов БД, описание ее схемы на языке описания данных);




  1. задание ограничений целостности и процедур обработки БД;




  1. первоначальная загрузка и ведение БД (разработка технологии загрузки и ведения (изменения, удаления и добавления записей); проектирование форм ввода данных; создание программных модулей, подготовка исходных данных, ввод и контроль данных);




  1. защита данных от несанкционированного доступа (разграничение пользователей (определение прав доступа к данным, обеспечение парольного входа в систему), выбор или создание, проверка программно-технологических средств защиты данных, фиксация попыток несанкционированного доступа к информации, шифрование информации) и от разрушений (резервирование);




  1. обеспечение восстановления БД (разработка программно-технологических средств восстановления БД, организация ведения системных журналов);




  1. анализ эффективности функционирования БнД и развитие системы (сбор статистики обращений пользователей к БД, время выполнения запросов, анализ причин безуспешных обращений к БД, изменение состава БД, развитие программных и технических средств);




  1. работа с пользователями (сбор информации об изменениях в предметной области, откликов пользователей о работе БнД, определение регламента работы пользователей с БнД, обучение и консультирование пользователей);




  1. сопровождение системного программного обеспечения (приобретение программных средств, их установка, проверка работоспособности, поддержание системных библиотек, развитие программных средств);




  1. организационно-методическая работа (выбор или создание методики проектирования БД, определение целей и направлений развития системы, планирование этапов развития БнД, разработка и выпуск документации, организационно-методических материалов).

Администрация БнД выполняет работы по созданию и обеспечению функционирования БнД на протяжении всех этапов жизненного цикла системы. На администрацию БнД возлагаются следующие функции:


  1. Определение реальных операционных целей.

  2. Оценка, выбор и приобретение технического и программного обеспечения.

  3. Создание словаря, стандартов.

  4. Разработка системного и прикладного обеспечения.

  5. Разработка схемы данных, выбор методов доступа и физической организации данных.

  6. Управление процессом проектирования и разработки.

  7. Разработка и контроль действий по поддержанию целостности БД, включая процедуры ее копирования и восстановления.

  8. Определение и реализация режимов защиты БД от несанкционированного доступа.

  9. Сопровождение программного обеспечения, обучении будущих пользователей.

  10. Определение перспектив расширения БД и развития технологии.

Возрастание сложности и масштабов БнД, высокие требования к квалификации специалистов, высокая цена неправильных или запоздалых решений по администрированию БД делают актуальной задачу использования развитых средств автоматизированного администрирования БнД.


Средства администрирования включены в состав всех СУБД. Появился целый класс специализированного программного обеспечения: средства DBA (DataBase Administration – администрирование БД).
Основные функции средств DBA:


  1. мониторинг работы БД, реакция на нештатные ситуации;

  2. слежение за использованием ресурсов, выдача статистики;

  3. обнаружение и исправление возникающих неполадок;

  4. наблюдение за объектами БД, анализ, сопоставление характеристик;

  5. планирование необходимых вычислительных мощностей;

  6. оптимизация хранения данных, оптимизация работы сервера;

  7. анализ свободного дискового пространства;

  8. наблюдение за параметрами, влияющими на производительность БнД;

  9. сопровождение БД;

  10. перенос таблицы на новое дисковое пространство, в другую СУБД, на другой компьютер, перенос содержимого БД в другую СУБД.


Взаимодействие компонентов банка данных




рис. 3. Схема взаимодействия компонентов БнД


  1. [1] - Создание БД начинается с проектирования БД и ее описания на ЯОД. На этапе проектирования структуры БД могут использоваться как методики «ручного» проектирования, так и CASE-средства, автоматически генерирующие описания БД.




  1. [2, 3] - Полученные описания должны быть введены в БнД и запомнены в соответствии с требованиями конкретной СУБД.




  1. [4] - После того, как описание БД сохранено, в БД могут вводиться данные. При этом СУБД использует метаинформацию, зафиксированную в словаре данных. Но прежде необходимо создать средства, позволяющие пользователю осуществлять ввод, удаление и редактирование данных. Основным средством для работы с данными являются экранные формы, которые в том или ином виде отображают данные из реляционных таблиц и содержат управляющие элементы для навигации по записям, удаления и добавления данных.




  1. [5] - Заполненная БД может использоваться для извлечения из нее нужной пользователям информации. При формулировании запросов используется информация, содержащаяся в схемах и подсхемах.




  1. [6] – В результате выполнения запроса выходные данные в том или ином виде выдаются пользователю. Основным средством вывода данных являются отчеты. Отчет представляет собой выборочную информацию из БД, представленную в виде текстового документа. Отчет также может содержать дополнительные элементы оформления, не хранящиеся в БД.




  1. [7] – Кроме собственно затребованных данных при выполнении операций с БнД часто выдается та или иная диагностическая информация.




  1. [8, 9] – Для обеспечения надежности функционирования БнД необходимо выполнять соответствующие процедуры, в частности осуществлять журнализацию выполняемых действий с БД, регулярно архивировать данные.


Преимущества банков данных
Основные требования, предъявляемые к БнД, выявили ряд преимуществ, способствующих широкому распространению этих систем. Рассмотрим эти преимущества:


  1. Адекватность отображения предметной области:

    1. Минимальное дублирование информации (интегрированность данных). Наличие функции контроля за избыточностью данных.

    2. Полнота, целостность и непротиворечивость данных.

    3. Актуальность информации, т. е. ее соответствие состоянию отображаемой реальной системы на данный момент времени.

    4. Независимость данных от процесса обработки.

    5. Хранение взаимосвязанных данных, что наиболее полно отражает сложную взаимосвязь объектов реальной предметной области.

    6. Содержание большего объема полезной информации при том же объеме хранимых данных.




  1. Возможность взаимодействия пользователей разных категорий, высокая эффективность доступа к данным.




  1. Оперативность обработки запросов, поиск информации по произвольной совокупности признаков.




  1. Дружелюбность интерфейсов, малое время на обучение.




  1. Применение стандартов.




  1. Повышение эффективности с ростом масштабов системы.




  1. Возможность нахождения компромисса при противоречивых требованиях.




  1. Надежность хранения и защита данных:

    1. Защита данных от случайного и преднамеренного разрушения.

    2. Обеспечение секретности и разграничение доступа к данным для разных пользователей.

    3. Возможность быстрого и полного восстановления данных в случае их разрушения.




  1. Упрощение сопровождения системы за счет независимости от данных.




  1. Улучшенное управление параллельностью.


Недостатки банков данных
Недостатки БнД вытекают из их достоинств.


  1. Создание интегрированной системы сложнее, чем создание множества локальных систем.

  2. Высокие требования к квалификации разработчиков БнД.

  3. Для управления данными требуется специализированное программное обеспечение, которое может быть сравнительно дорогим, предъявляющим повышенные требования к техническим средствам.

  4. Более серьезные последствия при выходе системы из строя.

Имеется широкий круг СУБД разных классов и технологий их использования. Правильный выбор системы позволяет свести отрицательные последствия к минимуму.


Примеры банков данных




  1. Банки научных и технических данных

Первые банки данных были созданы именно в области науки. В 1963 г. В США была образована справочная служба по национальным стандартам, в составе которой имелись БнД по физике высоких давлений, рентгеновской кристаллографии и др. Созданы международные информационные системы по ядерной энергии и по сельскому хозяйству.


Сформирован БнД Европейской организации космических исследований по электронным компонентам приборного оборудования и их производителям, информационные банки реферативной научно-технической информации. ВИНИТИ обрабатывает около 40 тыс. наименований периодических изданий, а также книги из 131 страны на 66 языках. В банке данных ВНТИЦ хранится свыше 600 тыс. отчетов и диссертаций.


  1. Производство

На фирме «Дженерал Моторс» совместно с IBM был создан БнД для автоматизации проектирования. БнД позволил полностью автоматизировать процесс проектирования автомашины, включая кузов, двигатель, внутреннюю отделку, ходовую часть; выдавать технологические карты и программы для станков с ЧПУ на заводы-изготовители; моделировать испытания автомашины в различных режимах, включая аварии.




  1. Здравоохранение

БнД для больницы содержит следующие данные: данные о больных, истории болезни, данные о больнице. Его могут использовать различные службы больницы: административная, аптекарская, лечебная.




  1. Геология

В БнД французской нефтяной компании сосредоточены статистические данные со всего мира о разведке и добыче нефти после 1945 г.: разрешенные площади поиска, количество разведочных скважин, количество эксплутационных скважин, добыча и запасы нефти и газа, средняя глубина скважин.




  1. Строительство

БнД по строительству предоставляет в распоряжение строительных фирм:



    • картотеку на десятки тысяч применяемых продуктов с указанием основных характеристик и поставщиков;

    • правила по строительству;

    • технические и технологические инструкции;

    • программы расчетов по сопротивлению материалов;

    • программы сетевого планирования и управления строительством.



  1. Инфраструктура

Очень многие города создают БнД как элемент своей информационной системы, предназначенной для развития города:



    • картографические, топографические и геологические (структура, реки, непригодные для строительства участки);

    • об использовании земли (по типам использования, под жилыми зданиями, под предприятиями, стоимость земли);

    • о населении (по половому признаку, по возрасту, по сроку проживания, наличию земельной собственности, виду занятий);

    • о жилищном фонде (количество, коэффициент заполнения, структура, возраст);

    • о транспортной ситуации;

    • об окружающей среде (дренаж, ирригация, уровни загрязнения, качество воды, объем стоячих вод);

    • о проведении досуга и отдыха.




  1. Экономические и статистические данные

Картотека неоплаченных счетов. БнД с информацией о фирмах. Данные о ценных бумагах организаций, котирующихся на международных биржах: курс акций, доход, дивиденды, коэффициент рентабельности.


Статистические данные по демографии, экономике, сельскому хозяйству, энергетике, социальным вопросам.


  1. Образование

БД об училищах, лицеях, технических вузах и университетах, по каждому из которых приводится более чем 500 характеристик. БД о выдаваемых дипломах и возможностях трудоустройства с ними.




  1. Спорт

БД содержат информацию:



    • об истории олимпийских игр, начиная с 1896 г. (список спортсменов, занявших первые 6 мест, по всем видам);

    • об участниках, тренерах, официальных лицах, присутствовавших на олимпийских играх;

    • о правилах всех видов соревнований.




  1. Юриспруденция и правоохранительные органы


Справочные правовые системы – это не просто набор текстов нормативных документов. Каждая СПС имеет информационно-поисковый аппарат, позволяющий очень быстро находить нужный материал в массиве из десятков тысяч документов.
Во всех справочных системах поиск происходит по стандартному набору исходных реквизитов документа. Обычно это законодательная тематика, принявший орган, дата (или временной период) принятия, официальный номер документа. Также во многих системах возможен поиск по названию, по полному тексту (по любому слову из текста), по набору слов, по ключевым словам. Т. е., алгоритм поиска такой же, как и в обычной «бумажной» картотеке.
Чтобы найти требуемый документ, пользователь сначала должен открыть «карточку реквизитов» («карточку запроса»). Приведенные реквизиты являются полями этой карточки. Заполнив одно или несколько полей, можно получить все искомые нормативные акты, которые отвечают заданным реквизитам.
На российском рынке представлен целый ряд справочно-правовых систем, начиная от простейших, стоимостью от $20 и заканчивая мощными программами, стоимость которых переваливает отметку $1000.
Ежегодно проводится конкурс БД правовой информации, который позволяет сравнивать достоинства и недостатки представленных программ, определить направления дальнейшего развития информатизации в правовой сфере.
Несмотря на заметные различия в организации пользовательского интерфейса, в возможностях и скорости поиска, в объеме и качестве накопленной информации все системы имеют сходную функциональную структуру. Типичная система правовой информации включает в себя:


  • средства поиска документов по контексту и рубрикатору;

  • средства поиска документа по реквизитам;

  • механизм навигации в БД по гипертекстовым ссылкам;

  • модули работы со списками и текстами документов;

  • подсистему обновления БД.

Наиболее популярные правовые БД: «ЮСИС» (Юридическая Справочно-Информационная Система), информационно-поисковая система «Кодекс», справочно-правовая система «Гарант», справочно-правовая система «КонсультантПлюс» и др.




  1. Административные информационные системы

К этому классу относятся системы, непосредственно используемые в процессе управления. Особого внимания заслуживает отечественный опыт создания автоматизированного БнД, в котором поддерживается динамическая модель Ленинградского транспортного узла (морской, речной, железнодорожный, автомобильный транспорт). Модель обрабатывает данные:




  • о наличии и местонахождении вагонов, судов, автомобилей;

  • о количестве и видах грузов;

  • об адресах направления грузов.

Система на основе заложенной в нее информации готовит комплексный план работы транспортных средств на сутки.




Каталог: upload -> iblock -> 549
iblock -> Часы-смартфон
iblock -> Руководство пользователя для телефона Apple iPhone 6
iblock -> Руководство по эксплуатации Методика калибровки Технические характеристики. Минимальный радиус кривизны поверхностей контролируемых изделий, 6мм
iblock -> Технические требования
iblock -> Технологические карты
iblock -> Оптимизация процесса восстановления измененных и уничтоженных маркировочных обозначений на блоках двигателей транспортных средств
iblock -> Инструкция по эксплуатации Температурный gsm извещатель Grinson T7 Благодарим Вас за выбор температурного gsm извещателя Grinson T7
549 -> Гост 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница