Архитектура баз данных

Введение в базы данных. Базы данных, системы управления базами данных, банки данных. Организация баз данных: иерархическая, сетевая, реляционная и объектная.

База данных – это некоторый набор перманентных (постоянных) данных, используемых прикладными системами какого-либо предприятия [Ошибка! Источник ссылки не найден.].

База данных – это средство для рационального и эффективного хранения информации [Ошибка! Источник ссылки не найден.].

База данных – это самодокументированное собрание интегрированных записей [Ошибка! Источник ссылки не найден.]. База данных является самодокументированной, так как она содержит в дополнение к исходным данным пользователя, описание собственной структуры.

В целом, база данных обеспечивает хранение информации, а также удобный и быстрый доступ к данным. БД представляет собой совокупность данных различного характера, организованных по определенным правилам.

СУБД является совокупностью языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД. Концептуально работу СУБД можно описать следующим образом (рис.3.1) [Ошибка! Источник ссылки не найден.]:

· пользователь формирует запрос на доступ к данным, применяя определенный язык манипулирования данными (обычно это SQL);

· СУБД получает этот запрос и анализирует его;

· СУБД выполняет необходимые операции в хранимой базе данных;

· СУБД возвращает приложению данные, удовлетворяющие поставленному запросу.

В целом назначением СУБД является предоставление пользовательского интерфейса с системой баз данных. Пользовательский интерфейс может быть определен как существующий в системе ограничительный уровень, ниже которого для пользователя все остается невидимым.

По характеру использования СУБД разделяют на:

· персональные;

· многопользовательские.

Персональная СУБД обеспечивает возможность создания локальных БД, работающих на одном компьютере. К персональным СУБД относятся Рагаdох, dBase, FохРго, Ассеss (ранних версий) и др.

Рисунок 3.1 – Концепция работы СУБД

Многопользовательские СУБД позволяют создавать информационные системы, функционирующие в архитектуре «клиент-сервер». К многопользовательским СУБД относятся Огас1е, Informiх, SyBase, Мiсгоsoft SQL Server, InterBasе и другие.

В состав языковых средств современных СУБД входят:

· язык описания данных, предназначенный для описания логической структуры данных (DDL Data Definition Language);

· язык манипулирования данными, обеспечивающий выполнение основных операций над данными – ввод, модификацию и выборку (DML Data Manipulation Language);

· язык структурированных запросов (SQL Structured Query Language), обеспечивающий управление структурой БД и манипулирование данными, а также являющийся стандартным средством доступа к удаленным БД;

· язык запросов по образцу (QВЕ – Query Ву Ехаmp1е), обеспечивающий визуальное конструирование запросов к БД.

Обычно на СУБД возлагается выполнение следующих функций:

· описание данных;

· манипулирование данными (хранение, извлечение и обновление);

· поддержка транзакций

· выполнение запросов;

· формирование отчетов;

· сервис (поддержание целостности, справочные функции, восстановление базы).

Прикладные программы, или приложения, служат для обработки данных, содержащихся в БД. Пользователь осуществляет управление БД и работу с ее данными именно с помощью приложений, которые также называют приложениями БД.

Термин "Банк данных" в литературе трактуется по-разному. В нашем рассмотрении под банком данных (БнД) будет подразумеваться информационная система, в которой база данных выступает как информационное ядро. В этой трактовке БнД можно определить как систему языковых, алгоритмических, программных, организационных и технических средств, обеспечивающих централизованное создание и поддержку совокупности коллективно используемых данных, а также сами данные, существующие в форме одной или нескольких баз данных.

Архитектура баз данных

В зависимости от организации данных различают следующие основные модели представления данных в БД:

· иерархическую;

· сетевую;

· объектно-ориентированную;

· реляционную.

В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерархической) структуры (рис.3.2).

Рисунок 3.2 – Иерархическая модель БД

Подобная организация данных удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией, однако при оперировании данными со сложными логическими связями иерархическая модель оказывается слишком громоздкой.

В сетевой модели данные организуются в виде произвольного графа (рис.3.3). Недостатком сетевой модели является жесткость структуры и высокая сложность организации.

Рисунок 3.3 – Сетевая модель БД

Кроме того, значительным недостатком иерархической и сетевой моделей является также то, что структура данных задается на этапе проектирования БД не может быть изменена при организации доступа к данным.

В объектно-ориентированной модели отдельные записи базы данных представляются в виде объектов. Между записями базы данных и функциями их обработки устанавливаются взаимосвязи с помощью механизмов, подобных соответствующим средствам в объектно-ориентированных языках программирования. Объектно-ориентированные модели сочетают особенности сетевой реляционной моделей и используются для создания крупных БД со сложными структурами данных.

Реляционная модель получила свое название от английского термина relation (отношение) и была предложена в 70-х годах сотрудником фирмы IВМ Эдгаром Коддом (E.F.Codd). Реляционная БД представляет собой совокупность таблиц, связанных отношениями (рис.3.4). Достоинствами реляционной модели данных является простота, гибкость структуры, удобство реализации на компьютере, наличие теоретического описания. Большинство современных БД для персональных компьютеров являются реляционными.

Рисунок 3.4 – Реляционная модель БД