Тема 1. Введение в СУБД

Во всех областях человеческой деятельности используется такое понятие как информация, так как любая взаимосвязь и координация работ возможны только благодаря информации. Человек создал естественные информационные системы, поскольку существовала насущная потребность снабжать производство информацией, необходимой при контроле и принятии решений, научился собирать эту информацию, обрабатывать и передавать её по назначению. Тем более, что в условиях рыночной экономики информация выступает как один из важнейших товаров.

Под информацией понимают любые сведения о каком-либо событии, сущности, процессе, являющиеся объектом таких операций, как: восприятие, передача, преобразование, хранение и использование.

Проблеме создания различных средств и методов обработки информации всегда уделялось большое внимание. Но качественный скачок в обработке информации произошел в конце 40-х годов в результате изобретения электронных вычислительных машин (ЭВМ) – компьютеров. Сейчас в некоторых развитых странах в сфере компьютерной обработки информации занято около половины трудоспособного населения, а вложенные сюда средства дают самую высокую прибыль. Компьютерная обработка информации лежит в основе новых информационных технологий (НИТ), массовое и эффективное применение которых определяет прогресс любого общества во всех областях деятельности человека.

Специальные программные системы, ориентированные на выполнение определенного типа обработки информации относятся к прикладным программам. С их помощью реализуются информационные технологии, базирующиеся на компьютерной обработке информации (компьютерные технологии).

В 60-е годы появился новый подход к организации процессов переработки информации, который основывается на понятии систем баз данных (СБД). Базой данных (БД) называют специальным образом организованные данные, хранимые в вычислительной системе (ВС). База данных создается для определенной предметной области (банк, биржа, магазин, склад, библиотека и т.д.). Сегодня базы данных можно встретить практически везде. Их используют в медицине, на транспорте, в правоохранительных органах, в городских справочных службах, на производстве и в учебных заведениях. Базы данных могут содержать в себе различную информацию, получить которую можно в считанные секунды, нажав для этого всего лишь несколько клавиш на клавиатуре компьютера.

Для создания и использования БД служат системы управления базами данных (СУБД), которые занимают особую позицию в мире программного обеспечения и нашей повседневной жизни. Системы управления базами данных обеспечивают реализацию новых концепций в организации информационных служб через создание информационных систем на основе технологии баз данных. В настоящее время широко применяются муниципальные, банковские, биржевые информационные системы, информационные системы оптовой и розничной торговли, торговых домов, служб управления трудом и занятостью, базы данных рынка товаров и услуг, справочной и аналитико-прогнозной котировочной информации и др. Как правило, работа этих систем осуществляется в локальных вычислительных сетях различной архитектуры или их объединениях, получивших название корпоративных сетей, дальнейшая интеграция которых возможна с помощью глобальной сети Интернет.

Грамотная организация информационно-вычислительной системы, в том числе и с использованием Интернет, позволяет не только экономить труд и время специалистов, но вместе с тем увеличивать творческую долю труда работников различных категорий, использующих данную систему в своей работе. Другими словами, использование такой системы, в первую очередь, увеличивает качество труда, а в некоторых случаях позволяет добиться прямого экономического эффекта. Технология систем баз данных позволяет с наименьшими затратами и наибольшей эффективностью организовать информационную систему для решения пользовательских задач и является одной из перспективных технологий обработки данных.

Данные – это информация, зафиксированная в определённой форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи. Данные соответствуют зарегистрированным фактам об объектах или явлениях реального мира.

В традиционной технологии обработки данных каждая программа работает со своими файлами данных, что приводит к дублированию данных. Попытки избежать дублирования данных за счет использования одних и тех же файлов данных в различных программах приводят к зависимости программ друг от друга. Дело в том, что в системах традиционной обработки данных форматы хранимых данных и структура файла данных определяются программой его создающей, и должны учитываться в программах, использующих этот файл. Изменения в структуре файла данных приводят к изменениям в использующих его программах.

Чтобы избежать дублирования данных и зависимости между данными и программами необходимо иметь файлы данных, создание и изменение структуры которых не определяется программой какого-либо конкретного пользователя. Совокупность таких файлов стали называть базой данных. Программные системы, которые были созданы для разработки и управления базами данных получили название систем управления базами данных.

База данных (БД) — это специальным образом организованные массивы данных, хранящиеся в вычислительной системе и независимые от использующих их программ (именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области). Под предметной областью (ПО) понимается часть реального мира, интересующая пользователя, – это область применения конкретной БД. Различают БД, применяемые в сфере управления предприятиями и организациями, транспортом, в медицине, научных исследованиях и т.д.

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и про­граммных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного ис­пользования БД многими пользователями.

Система баз данных (СБД) – это система специальным образом организованных дан­ных – баз данных, программных, технических, языковых, организационно-мето­дических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накоп­ления и коллективного многоцелевого использования данных.

История развития СУБД насчитывает более 40 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.

В дальнейшее развитие теории баз данных большой вклад был сделан амери­leograp 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.

Первый этап развития СУБД связан с организацией баз данных на больших ма­шинах типа IBM 360/370, ЕС-ЭВМ и мини-ЭВМ типа PDP11 (фирмы Digital Equipment Corporation — DEC), разных моделях HP (фирмы Hewlett Packard).

Базы данных хранились во внешней памяти центральной ЭВМ, пользователя­ми этих баз данных были задачи, запускаемые в основном в пакетном режиме.

Все СУБД базируются на мощных мультипрограммных операционных сис­темах (MVS, SVM, RTE, OSRV, RSX, UNIX), поэтому в основном поддер­живается работа с централизованной базой данных в режиме распределенно­го доступа.

Функции управления распределением ресурсов в основном осуществляются операционной системой (ОС). Поддерживаются языки низкого уровня манипулирования данными, ориен­тированные на навигационные методы доступа к данным. Значительная роль отводится администрированию данных.

С появлением персональных компьютеров связан следующий этап развития баз данных. Особенности этого этапа следующие.

Все СУБД были рассчитаны на создание БД в основном с монопольным доступом.

Большинство СУБД имели развитый и удобный пользовательский интерфейс. В большинстве существовал интерактивный режим работы с БД, как в рам­ках описания БД, так и в рамках проектирования запросов. Кроме того, боль­шинство СУБД предлагали развитый и удобный инструментарий для разра­ботки готовых приложений без программирования. Во всех настольных СУБД поддерживался только внешний уровень пред­ставления реляционной модели, то есть только внешний табличный вид струк­тур данных.

При наличии высокоуровневых языков манипулирования данными типа ре­ляционной алгебры и SQL в настольных СУБД поддерживались низкоуров­невые языки манипулирования данными на уровне отдельных строк таблиц.

Наличие монопольного режима работы фактически привело к вырождению функций администрирования БД и в связи с этим – к отсутствию инстру­ментальных средств администрирования БД.

И, наконец, последняя и в настоящий момент весьма положительная особен­ность – это сравнительно скромные требования к аппаратному обеспечению со стороны настольных СУБД.

Следующий этап развития баз данных – это распределенные базы данных и клиент-серверная архитектура.

Практически все современные СУБД имеют средства подключе­ния клиентских приложений, разработанных с использованием настольных СУБД, и средства экспорта данных из форматов настольных СУБД.

Прикладные программы (ПП) пользователей обращаются к СУБД на логическом уровне без учета того, как данные хранятся в БД. СУБД по запросу пользователя определяет необходимые физические файлы, посредством обращения к описанию отображения данных, и порядок доступа к ним. После чтения данных информация приводится к необходимому прикладной программе виду.

От других способов организации данных СБД отличает ряд существенных преимуществ, таких как:

- значительное сокращение избыточности информации;

- независимость данных от программ и программ от данных;

- качественное управление данными;

- обеспечение контроля на целостность и непротиворечивость данных;

- уменьшение затрат на хранение и обработку данных.

Технология баз данных имеет не только достоинства. Каждое обращение к БД осуществляется при помощи описания отображения данных, что определяет достоинства и недостатки этой технологии:

- увеличение доли служебной информации в общем объеме хранимых данных;

- повышенные требования к техническим и программным средствам системы, так как часть ресурсов расходуется на нужды самой системы;

- потеря эффективности отдельных приложений;

- последствия сбоев труднее исправлять по сравнению с традиционной технологией обработки данных.

Организация хранения и обработки данных – важнейший вопрос, стоящий перед разработчиками информационных систем. При разработке и эксплуатации систем, основанных на технологии баз данных, необходимо учитывать ряд требований, которым они должны удовлетворять:

- адекватность отображения предметной области;

- организация взаимодействия с системой пользователей разного уровня и в различных режимах;

- обеспечение секретности, надёжности и достоверности данных;

- независимость данных от программ их использующих и программ от данных;

-обеспечение приемлемых характеристик функционирования (время реализации запроса, требуемый объём памяти, сервис, стоимость системы и т.д.).

Основная литература: 1[3:7], 2[4:5], 4[3:5].

Дополнительная литература: 9[13:28], 10[35:44].

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятия информации.

2. Дайте определение понятия данных.

3. Дайте определение базы данных.

4. Дайте определение СУБД.

5. Дайте определение СБД.