ОРГАНИЗАЦИЯ БАЗ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ Можно утверждать, что появление баз данных стало самым важным достижением в области программного обеспечения. Базы данных. - презентация

1 ОРГАНИЗАЦИЯ БАЗ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ Можно утверждать, что появление баз данных стало самым важным достижением в области программного обеспечения. Базы данных лежат в основе информационных систем, и это коренным образом изменило характер работы многих организаций. Томас Коннолли Каролин Бегг УНИВЕРСИТЕТ ПЕЙСЛИ, ШОТЛАНДИЯ, 2003 (БАЗЫ ДАННЫХ. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика)

2 ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ В БАЗЫ ДАННЫХ 1.1. Историческое развитие систем обработки данных и концепции базы данных Достижения в исследованиях баз данных стали основой фундаментальных разработок коммуникационных систем, транспорта и логистики, финансового менеджмента, систем с базами знаний, методов доступа к научной литературе, а также большого количества гражданских и военных приложений. Они послужили также фундаментом значительного прогресса в ведущих областях науки от информатики до биологии". Зильбершац Достижения в исследованиях баз данных стали основой фундаментальных разработок коммуникационных систем, транспорта и логистики, финансового менеджмента, систем с базами знаний, методов доступа к научной литературе, а также большого количества гражданских и военных приложений. Они послужили также фундаментом значительного прогресса в ведущих областях науки от информатики до биологии". Зильбершац Подход, используемый в традиционных файловых системах: Подход, используемый в традиционных файловых системах: Набор прикладных программ, которые выполняют для пользователей некоторые операции, например создание отчетов. Набор прикладных программ, которые выполняют для пользователей некоторые операции, например создание отчетов. Каждая программа хранит свои собственные данные и управляет ими. Каждая программа хранит свои собственные данные и управляет ими.

3 Записи данных образуют файл данных: файл представляет собой упорядоченную совокупность записей. Ограничения, присущие файловым системам: Ограничения, присущие файловым системам: Разделение и изоляция данных Разделение и изоляция данных Дублирование данных Дублирование данных Зависимость от данных Зависимость от данных Несовместимость файлов Несовместимость файлов

4 Источниками осознания и понимания необходимости централизации управления данными и приложениями послужило: Источниками осознания и понимания необходимости централизации управления данными и приложениями послужило: Во-первых, сложность получения информации для принятия решения. Чтобы выполнить запрос на информацию, необходимо было написать ПП, способную обработать несколько частных файлов, каждый со своим собственным форматом. Актуальность падала, ценность информации не соответствовала затратам на ее получение. Во-первых, сложность получения информации для принятия решения. Чтобы выполнить запрос на информацию, необходимо было написать ПП, способную обработать несколько частных файлов, каждый со своим собственным форматом. Актуальность падала, ценность информации не соответствовала затратам на ее получение. Во-вторых, отсутствие целостности данных сдерживало принятие решений. Отчеты, полученные с помощью ЭВМ, имели много расхождений по той причине, что логически идентичные элементы данных имели разные значения. Это было вызвано дублированием данных в частных файлах и непоследовательным проведением их обновления. Имелось также дублирование усилий по накоплению данных и выдаче отчетов. Вычислительные ресурсы, память и машинное время расходовались нерационально. Во-вторых, отсутствие целостности данных сдерживало принятие решений. Отчеты, полученные с помощью ЭВМ, имели много расхождений по той причине, что логически идентичные элементы данных имели разные значения. Это было вызвано дублированием данных в частных файлах и непоследовательным проведением их обновления. Имелось также дублирование усилий по накоплению данных и выдаче отчетов. Вычислительные ресурсы, память и машинное время расходовались нерационально. В третьих, развитие технологии подошло к такому уровню, когда стало возможным проектировать, накапливать и обрабатывать большие наборы данных в вычислительной среде. В третьих, развитие технологии подошло к такому уровню, когда стало возможным проектировать, накапливать и обрабатывать большие наборы данных в вычислительной среде. В конце концов, осознание значимости такого ресурса, как данные, и необходимость централизованного управления ими. В конце концов, осознание значимости такого ресурса, как данные, и необходимость централизованного управления ими.

5 Во второй половине 60-х и в 70-х годах получили распространение информационные системы, имеющие название банки данных. Во второй половине 60-х и в 70-х годах получили распространение информационные системы, имеющие название банки данных. Под банком данных понимается совокупность базы данных (БД), прикладных программ (ПП), пользователей банка данных, СУБД и словарей- справочников. Под банком данных понимается совокупность базы данных (БД), прикладных программ (ПП), пользователей банка данных, СУБД и словарей- справочников. Данные в таких системах формируются в специально организованные базы данных. Таким образом, понятие базы данных было сформулировано только в недавние годы. Данные в таких системах формируются в специально организованные базы данных. Таким образом, понятие базы данных было сформулировано только в недавние годы.

6 Для повышения эффективности работы необходимо использовать новый подход, а именно базу данных (database) и систему управления базами данных, или СУБД (Database Management System DBMS). Для повышения эффективности работы необходимо использовать новый подход, а именно базу данных (database) и систему управления базами данных, или СУБД (Database Management System DBMS). База данных - Совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации. База данных - Совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации. При анализе информационных потребностей организации следует выделить сущности, атрибуты и связи. При анализе информационных потребностей организации следует выделить сущности, атрибуты и связи. Сущностью (entity) называется отдельный тип объекта (человек, место или вещь, понятие или событие), который нужно представить в базе данных. Сущностью (entity) называется отдельный тип объекта (человек, место или вещь, понятие или событие), который нужно представить в базе данных. Атрибутом (attribute) называется свойство, которое описывает некоторую характеристику рассматриваемого объекта; Атрибутом (attribute) называется свойство, которое описывает некоторую характеристику рассматриваемого объекта; связь (relationship) это то, что объединяет несколько сущностей. Иначе говоря, база данных содержит логически связанные данные. связь (relationship) это то, что объединяет несколько сущностей. Иначе говоря, база данных содержит логически связанные данные.

7 1.2. СУБД и ее основные функции Системой управления базами данных (СУБД) называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных для множества приложений, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективном доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий. СУБД предназначена, таким образом, для централизованного управления базой данных как социальным ресурсом в интересах всей совокупности ее пользователей. Доступ к базе данных отдельных пользователей при этом возможен только через посредство СУБД. Системой управления базами данных (СУБД) называют программную систему, предназначенную для создания на ЭВМ общей базы данных для множества приложений, поддержания ее в актуальном состоянии и обеспечения эффективном доступа пользователей к содержащимся в ней данным в рамках предоставленных им полномочий. СУБД предназначена, таким образом, для централизованного управления базой данных как социальным ресурсом в интересах всей совокупности ее пользователей. Доступ к базе данных отдельных пользователей при этом возможен только через посредство СУБД. Позволяет создать базу данных, что обычно осуществляется с помощью языка определения данных (DDL Data Definition Language). Позволяет создать базу данных, что обычно осуществляется с помощью языка определения данных (DDL Data Definition Language). Позволяет вставлять, обновлять, удалять и извлекать информацию из базы данных, что обычно осуществляется с помощью языка манипулирования данными (DML Data Manipulation Language). Наиболее распространенным типом непроцедурного языка является язык структурированных запросов (Structured Query Language SQL), который в настоящее время определяется специальным стандартом и фактически является обязательным языком для любых реляционных СУБД. Позволяет вставлять, обновлять, удалять и извлекать информацию из базы данных, что обычно осуществляется с помощью языка манипулирования данными (DML Data Manipulation Language). Наиболее распространенным типом непроцедурного языка является язык структурированных запросов (Structured Query Language SQL), который в настоящее время определяется специальным стандартом и фактически является обязательным языком для любых реляционных СУБД.

8 Предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью перечисленных ниже средств: Предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью перечисленных ниже средств: системы обеспечения защиты, предотвращающей несанкционированный доступ к базе данных со стороны пользователей; системы обеспечения защиты, предотвращающей несанкционированный доступ к базе данных со стороны пользователей; Предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью перечисленных ниже средств: Предоставляет контролируемый доступ к базе данных с помощью перечисленных ниже средств: системы обеспечения защиты, предотвращающей несанкционированный доступ к базе данных со стороны пользователей; системы обеспечения защиты, предотвращающей несанкционированный доступ к базе данных со стороны пользователей; системы поддержки целостности данных, обеспечивающей непротиворечивое состояние хранимых данных; системы поддержки целостности данных, обеспечивающей непротиворечивое состояние хранимых данных; системы управления параллельной работой приложений, контролирующей процессы их совместного доступа к базе данных; системы управления параллельной работой приложений, контролирующей процессы их совместного доступа к базе данных; системы восстановления, позволяющей восстановить базу данных до предыдущего непротиворечивого состояния, нарушенного в результате сбоя аппаратного или программного обеспечения; системы восстановления, позволяющей восстановить базу данных до предыдущего непротиворечивого состояния, нарушенного в результате сбоя аппаратного или программного обеспечения; доступного пользователям каталога, содержащего описание хранимой в базе данных информации. доступного пользователям каталога, содержащего описание хранимой в базе данных информации.

9 Рассматривается также тенденция в организации АБИ, ориентированных на использование баз знаний. Эта тенденция реализуется в новой концепции организации банков информации в виде банков знаний. Рассматривается также тенденция в организации АБИ, ориентированных на использование баз знаний. Эта тенденция реализуется в новой концепции организации банков информации в виде банков знаний. Под банком знаний будем понимать имеющий в своем составе интеллектуальный интерфейс, обеспечивающий непосредственное взаимодействие конечных пользователей с вычислительной системой. Под банком знаний будем понимать имеющий в своем составе интеллектуальный интерфейс, обеспечивающий непосредственное взаимодействие конечных пользователей с вычислительной системой.

10 Выделяют следующие виды банков знаний: Выделяют следующие виды банков знаний: интеллектуальные информационные системы, позволяющие на основе интеллектуализации повысить эффективность использования банков документов и банков данных; Представляют собой развитие традиционных банков документов и банков данных на основе использования интеллектуального интерфейса; интеллектуальные информационные системы, позволяющие на основе интеллектуализации повысить эффективность использования банков документов и банков данных; Представляют собой развитие традиционных банков документов и банков данных на основе использования интеллектуального интерфейса; интеллектуальные пакеты прикладных программ, позволяющие конечному пользователю решать задачи по их словесным описаниям и исходным данным без программирования процесса решения задач; накапливают значения в виде моделей, алгоритмов и процедур. Использование механизмов адаптации моделей к новым знаниям позволяет на основе хранения информации в сжатом виде оперативно получать решения задач пользователя. интеллектуальные пакеты прикладных программ, позволяющие конечному пользователю решать задачи по их словесным описаниям и исходным данным без программирования процесса решения задач; накапливают значения в виде моделей, алгоритмов и процедур. Использование механизмов адаптации моделей к новым знаниям позволяет на основе хранения информации в сжатом виде оперативно получать решения задач пользователя. экспертные системы, имитирующие поведение экспертов при принятии решений в отдельных узкоспециализированных областях знаний. экспертные системы, имитирующие поведение экспертов при принятии решений в отдельных узкоспециализированных областях знаний.

11 Одним из наиболее важных видов АБИ являются экспертные системы, к появлению которых в последнее время также привели успехи в области искусственного интеллекта. Одним из наиболее важных видов АБИ являются экспертные системы, к появлению которых в последнее время также привели успехи в области искусственного интеллекта. Такие экспертные системы используются в качестве автоматизированных "консультантов" специалиста, обратившегося за помощью к экспертной системе. Такие экспертные системы используются в качестве автоматизированных "консультантов" специалиста, обратившегося за помощью к экспертной системе.

12 СУБД для персональных ЭВМ В области "персональных" БД сосредоточен значительный потенциал разработчиков программного обеспечения. Помимо крупных фирм (Ashton-Tate Согр., Microrim Inc., Borland International Inc, Nantucket Inc, Fox Software Inc.), которые вошли в "клуб" производителей СУБД только в 80-е годы, сюда устремились и фирмы, обладающие многолетним опытом разработки таких средств для "больших" вычислительных систем и мини-ЭВМ. В области "персональных" БД сосредоточен значительный потенциал разработчиков программного обеспечения. Помимо крупных фирм (Ashton-Tate Согр., Microrim Inc., Borland International Inc, Nantucket Inc, Fox Software Inc.), которые вошли в "клуб" производителей СУБД только в 80-е годы, сюда устремились и фирмы, обладающие многолетним опытом разработки таких средств для "больших" вычислительных систем и мини-ЭВМ. Фирма Oracle Согр. перенесла в среду ПЭВМ и продолжает развитие своей широко известной системы Oracle. Фирма Oracle Согр. перенесла в среду ПЭВМ и продолжает развитие своей широко известной системы Oracle. Фирма IBM Согр. предоставила свою СУБД DВ2. Разработанная в Калифорнийском университете для ЭВМ PDР-11 система Ingres перенесена фирмой Relational Тесhnоlоgу 1 пс. в среду ПЭВМ. Фирма IBM Согр. предоставила свою СУБД DВ2. Разработанная в Калифорнийском университете для ЭВМ PDР-11 система Ingres перенесена фирмой Relational Тесhnоlоgу 1 пс. в среду ПЭВМ. Новые программные средства, ориентированные на ПЭВМ, создаются такими крупнейшими разработчиками программного обеспечения систем БД, как Cullinet РС Softvare (дочерняя компания Cullenet – создателя СУБД IDMS и ее окружения) и Softvare АG – автор системы Adabas. Новые программные средства, ориентированные на ПЭВМ, создаются такими крупнейшими разработчиками программного обеспечения систем БД, как Cullinet РС Softvare (дочерняя компания Cullenet – создателя СУБД IDMS и ее окружения) и Softvare АG – автор системы Adabas. Значительным функциональным разнообразием отличаются и поставляемые СУБД: от простейших файловых систем с плоским файлом и с элементарными средствами манипулирования данными до развитых функционально для работы с распределенными базами данных.Изображение чисел в позиционной системе счисления. Значительным функциональным разнообразием отличаются и поставляемые СУБД: от простейших файловых систем с плоским файлом и с элементарными средствами манипулирования данными до развитых функционально для работы с распределенными базами данных.Изображение чисел в позиционной системе счисления.

13 Требования к СУБД персональных ЭВМ Современные СУБД разработаны с целью устранения недостатков файловых систем. Вот следующие принципы, соблюдаемые при разработке СУБД: Современные СУБД разработаны с целью устранения недостатков файловых систем. Вот следующие принципы, соблюдаемые при разработке СУБД: Независимость данных. Независимость данных. Универсальность. СУБД должна обладать мощными средствами поддержки концептуальной модели данных для отображения пользовательских логических представлений Универсальность. СУБД должна обладать мощными средствами поддержки концептуальной модели данных для отображения пользовательских логических представлений Совместимость. СУБД должна сохранять работоспособность при развитии программного и аппаратного обеспечения Совместимость. СУБД должна сохранять работоспособность при развитии программного и аппаратного обеспечения Неизбыточность данных. В отличие от файловых систем база данных должна представлять собой единую совокупность интегрированных данных Неизбыточность данных. В отличие от файловых систем база данных должна представлять собой единую совокупность интегрированных данных Защита данных. СУБД должна обеспечивать защиту от несанкционированного доступа. Защита данных. СУБД должна обеспечивать защиту от несанкционированного доступа. Целостность данных. СУБД должна предотвращать нарушения базы данных пользователями Целостность данных. СУБД должна предотвращать нарушения базы данных пользователями Управление одновременной работой. СУБД должна предохранять базу данных от рассогласований в режиме коллективного пользования. Управление одновременной работой. СУБД должна предохранять базу данных от рассогласований в режиме коллективного пользования. К этим принципам необходимо добавить следующее: К этим принципам необходимо добавить следующее: СУБД должна быть универсальной, т. е. она должна поддерживать разные модели данных на единой логической и физической основе. Это позволяет обеспечить требования и предпочтения различных пользователей. СУБД должна быть универсальной, т. е. она должна поддерживать разные модели данных на единой логической и физической основе. Это позволяет обеспечить требования и предпочтения различных пользователей. СУБД должна поддерживать как централизованные, так и распределенные базы данных. СУБД должна поддерживать как централизованные, так и распределенные базы данных.