- история развития СУБД - традиционные файловые системы - системы с базами данных - система управления базами данных - СУБД - представления - компоненты среды СУБД - преимущества и недостатки СУБД

Базы данных лежат в основе практически всех современных информационных и информационно- телекоммуникационных систем, и это коренным образом изменило характер работы многих организаций. Развитие СУБД началось еще в 60-е годы, когда разрабатывался проект полета корабля Apollo на Луну

В середине 60-х годов корпорация IBM совместно с фирмой NAA (North American Aviation, в настоящее время - Rockwell International) разработали первую СУБД - иерархическую систему IMS (Information Management System). Несмотря на то, что IMS является самой первой из всех коммерческих СУБД, она до сих пор остается основной иерархической СУБД, используемой на большинстве крупных мейнфреймов.

Другим заметным достижением середины 60-х годов было появление системы IDS (Integrated Data Store) фирмы General Electric. Развитие этой системы привело к созданию нового типа систем управления базами данных - сетевых СУБД, что оказало существенное влияние на информационные системы того поколения. Сетевая СУБД создавалась для представления более сложных взаимосвязей между данными, чем те, которые можно было моделировать с помощью иерархических структур, и послужили основой для разработки первых стандартов БД.

Для создания стандартов структур хранения данных в 1965 году на конференции CODASYL (Conference on Data Systems Languages) была сформирована рабочая группа List Processing Task Force, переименованная в 1967 году в группу Data Base Task Group (DBTG). В компетенцию группы DBTG входило определение спецификаций среды, которая допускала бы разработку баз данных и управление данными.

Полный вариант отчета этой группы был опубликован в 1971 году и содержал следующие утверждения: cетевая схема - это логическая организация всей базы данных в целом (с точки зрения АДБ), которая включает определение имени базы данных, типа каждой записи и компонентов записей каждого типа подсхема - это часть базы данных, видимая конкретными пользователями или прикладными программами язык управления данными - инструмент для определения характеристик и структуры данных, а также для управления ими

Группа DBTG также предложила стандартизировать три различных языка: o язык определения данных DDL для схемы, который позволит администратору базы данных (АБД) описать ее o язык определения данных (также DDL) для подсхемы, который позволит определять в прикладных программах те части базы данных, доступ к которым будет необходим o язык манипулирования данными DML, предназначенный для управления данными

Несмотря на то, что отчет CODASYL официально не был одобрен Национальным Институтом Стандартизации США (ANSI), большое количество систем было разработано в полном соответствии с этими предложениями группы DBTG. Теперь они называются CODASYL-системами, или DBTG-системами. CODASYL-системы и системы на основе иерархических подходов представляют собой СУБД первого поколения.

Однако как сетевым, так и иерархическим моделям баз данных присущи приведенные ниже недостатки: o даже для выполнения простых запросов с использованием переходов и доступом к определенным записям необходимо создавать достаточно сложные программы o независимость от данных существует лишь в минимальной степени o отсутствуют теоретические основы

В 1970 году Э. Ф. Кодд, работавший в корпорации IBM, опубликовал статью о реляционной модели данных, позволявшей устранить недостатки прежних моделей. Появилось множество экспериментальных реляционных СУБД, а первые коммерческие продукты появились в конце 70-х - начале 80-х годов. Известен проект System R, разработанный в корпорации IBM в конце 70-х годов (Astrahan et al., 1976), задуман с целью доказать практичность реляционной модели, что достигалось посредством реализации предусмотренных ею структур данных и требуемых функциональных возможностей.

На основе этого проекта были получены важнейшие результаты: o был разработан структурированный язык запросов SQL, который с тех пор стал стандартным языком любых реляционных СУБД o в 80-х годах были созданы различные коммерческие реляционные СУБД - например, DB2 или SQL/DS корпорации IBM, Oracle корпорации Oracle, др.

Реляционные СУБД относятся к СУБД второго поколения, существует несколько сотен различных реляционных СУБД для мейнфреймов и персональных ЭВМ. Примеры многопользовательских реляционных СУБД: CA-OpenIngres фирмы Computer Associates, Informix фирмы Informix Software, Inc. Примеры реляционных СУБД для персональных компьютеров: Access фирмы Microsoft, FoxPro, R-Base фирмы Microrim и т.д. Реляционная модель обладает некоторыми недостатками: ограниченными возможностями моделирования. Для решения этой проблемы в 1976 году Чен предложил модель "сущность-связь" (Entity-relationship model - ER-модель), которая в настоящее время стала самой распространенной технологией и основой методологии проектирования баз данных.

В 1979 году Кодд сделал попытку устранить недостатки собственной основополагающей работы и опубликовал расширенную версию реляционной модели - RM/T (1979), затем еще одну версию - RM/V2 (1990). Попытки создания модели данных, позволяющей более точно описывать реальный мир, нестрого называют семантическим моделированием данных (semantic data modeling).

В ответ на все возрастающую сложность прикладных программ, работающих с базами данных появились два новых типа систем: объектно-ориентированные СУБД, или ОО СУБД, объектно-реляционные СУБД, или ОР СУБД. Попытки реализации подобных моделей представляют собой СУБД третьего поколения. В СССР в середине 70-х годов была разработана информационно-поисковая система, основу которой составляла универсальная объектно-ориентированная иерархическая СУБД, нашедшая широкое применение при решении задач проектирования и управления и предвосхитившая многие более поздние разработки такого рода.

Предшественницами СУБД были файловые системы. Появление СУБД не привело к файловых систем полному исчезновению: для выполнения некоторых специализированных задач подобные файловые системы используются до сих пор. Кроме того, файловые системы могут использоваться также СУБД для решения задач хранения данных и доступа к ним.

Файловые системы - это набор программ, которые выполняют для пользователей некоторые операции (например, создание отчетов), причем каждая программа определяет свои собственные данные и управляет ими. Ограничения, присущие файловым системам: o разделение и изоляция данных. o дублирование данных. o зависимость от данных. o несовместимость форматов файлов. o фиксированные запросы (быстрое увеличение количества прикладных программ).

Система баз данных – это компьютеризированная система, основное назначение которой – хранить информацию, предоставляя пользователям возможность ее извлечения и модификации. База данных – структурированный организованный набор данных, описывающих характеристики каких-либо физических или виртуальных систем. (Поименованная совокупность структурированных данных предметной области).

База данных хранит не только рабочие данные, но и их описания. По этой причине базу данных еще называют набором интегрированных записей с самоописанием. В совокупности, описание данных называется системным каталогом (system catalog), или словарем данных (data dictionary), а сами элементы описания – метаданными (meta-data), т.е. данными о данных.

Преимущество подхода абстрагирования данных (data abstraction) - возможность изменить внутреннее определение объекта без каких-либо последствий для его пользователей, при условии, что внешнее определение объекта остается неизменным. В подходе с использованием баз данных, структура данных отделена от прикладных программ и хранится в базе данных.

В базах данных используется термин "логически связанные данные", когда при анализе информационных потребностей организации следует выделить: o сущность (entity)- отдельный тип объекта, который нужно представить в базе данных o атрибут (attribute)- свойство, которое описывает некоторую характеристику рассматриваемого объекта o связь (relationship) это то, что объединяет несколько сущностей

Пример диаграммы «сущность-связь»

Типы информации в базе данных: o Данные пользователей o Метаданные o Индексы o Метаданные прикладных программ

СУБД - это программное обеспечение, с помощью которого пользователи могут определять, создавать и поддерживать базу данных, а также осуществлять к ней контролируемый доступ. Составляющие СУБД: o Подсистема средств проектирования. o Подсистема обработки. o Ядро СУБД

Возможности СУБД: o позволяет определять базу данных с помощью языка определения данных (DDL – Data Definition Language). o позволяет вставлять, обновлять, удалять и извлекать информацию из базы данных с помощью языка управления данными (DML – Data Manipulation Language).

Возможности СУБД: o СУБД предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью перечисленных ниже средств: - системы обеспечения безопасности - системы поддержки целостности данных - системы управления параллельной работой прикладных программ - системы восстановления - доступного пользователям каталога

Представление виртуальная (логическая) таблица, получающаяся как результат выполнения поименованного запроса. В отличие от обычных таблиц реляционной БД, представление не является самостоятельной частью набора данных, хранящегося в базе. Содержимое представления динамически вычисляется на основании данных, находящихся в реальных таблицах. Изменение данных в реальной таблице БД немедленно отражается в содержимом всех представлений, построенных на основании этой таблицы.

Достоинства представлений: o обеспечивают дополнительный уровень безопасности o предоставляют механизм настройки внешнего интерфейса базы данных. o позволяют сохранять внешний интерфейс базы данных непротиворечивым и неизменным даже при внесении изменений в ее структуру. o представление обеспечивает полную независимость программ от реальной структуры данных

Пять основных компонентов: o аппаратное обеспечение o программное обеспечение o данные o процедуры o пользователи Аппаратное обеспечение Программное обеспечение Данные ПроцедурыПользователи КомпьютерЧеловек Мост

Аппаратное обеспечение Тома вторичной (внешней) памяти (обычно это магнитные диски), используемые для хранения информации, а также соответствующие устройства ввода-вывода и т. д.; Аппаратный процессор (или процессоры) вместе с оперативной (первичной) памятью, предназначенные для поддержки работы программного обеспечения системы баз данных.

Программное обеспечение Охватывает программное обеспечение самой СУБД и прикладных программ, вместе с операционной системой, включая и сетевое программное обеспечение, если СУБД используется в сети.

Данные База данных содержит: рабочие данные и метаданные. Интеграция данных - возможность представить базу данных как объединение нескольких отдельных файлов данных Разделяемость данных - возможность использования несколькими различными пользователями отдельных элементов, хранимых в базе данных.

Процедуры Процедуры - инструкции и правила, которые должны учитываться при проектировании и использовании базы данных. Пользователи Различают четыре группы: o администраторы данных и баз данных o разработчики баз данных o прикладные программисты o конечные пользователи.

Администратор данных (DA – data administration) отвечает за: o управление данными, включая планирование базы данных o разработку и сопровождение стандартов, бизнес-правил и деловых процедур o концептуальное и логическое проектирование базы данных

Администратор базы данных (Database Administrator) отвечает за: o физическую реализацию базы данных, включая физическое o проектирование и воплощение проекта o обеспечение безопасности и целостности данных o сопровождение операционной системы o обеспечение максимальной производительности приложений пользователей

Разработчик логической базы данных Занимается идентификацией данных, связей между данными и устанавливает ограничения, накладываемые на хранимые данные. Должен быть всесторонним и в полном объеме понимать структуры данных организации и ее бизнес-правил. Работа разработчика делится на два этапа: o концептуальное проектирование базы данных o логическое проектирование базы данных

Разработчик физической базы данных. Занимается физической реализацией уже готовой логической модели данных, в том числе: o преобразованием логической модели данных в набор таблиц и ограничений целостности данных o выбором конкретных структур хранения и методов доступа к данным, обеспечивающих необходимый уровень производительности при работе с базой данных o проектированием любых требуемых мер защиты данных

Прикладные программисты Выполняют разработку приложений после создания базы данных, предоставляющую пользователям необходимые им функциональные возможности. Конечные пользователи Пользователи являются клиентами базы данных. Она проектируется, создается и поддерживается для того, чтобы обслуживать их информационные потребности.

Пользователь может получать доступ к базе данных, применяя одно из интерактивных прикладных программ или же интерфейс (встроенная прикладная программа). Некомандные интерфейсы основаны на меню и формах, облегчают работу с базами данных для тех, кто не имеет опыта работы с информационными технологиями. Командный интерфейс (язык запросов) требует некоторого профессионального опыта работы с информационными технологиями.

Преимущества: o контроль за избыточностью данных o непротиворечивость данных o больше полезной информации при том же объеме хранимых данных o совместное использование данных o поддержка целостности данных o повышенная безопасность o применение стандартов.

Преимущества: o повышение эффективности с ростом масштабов системы o возможность нахождения компромисса при противоречивых требованиях o повышение доступности данных и их готовности к работе o улучшение показателей производительности o упрощение сопровождения системы за счет независимости от данных o улучшенное управление параллельностью o развитые службы резервного копирования и восстановления.

Недостатки: o сложность. o размер o стоимость СУБД o дополнительные затраты на аппаратное обеспечение o затраты на преобразование o производительность o более серьезные последствия при выходе системы из строя