Понятие базы данных

База данных (database) - поименованная и организованная (структурированная) совокупность взаимосвязанных данных, которые отражают состояние объектов конкретной предметной области и находятся под цен­тральным программным управлением. База данных удерживает такой минимальный излишек информации, который позволяет удовлетворить запросы каждого из многочисленных пользователей. Данные представлены совокупностью файлов (таблиц). В широком смысле база данных есть любая упорядоченная совокупность данных.

Табличная структура состоит из строк, которые соответствуют записям базы данных и столбцов — полей записей. Каждая запись имеет уникальный номер, а каждое поле должно иметь уникальное имя. Одна запись файла соответствует конкретному экземпляру понятия предметной области, например информация о конкретном студенте.

Предметная область (application domain) — часть реальной среды, которая описывается и отражается в базе данных. Это информационная сторона функционирования автоматизированной системы, отражающая множество объектов и связей между ними.

Свойства базы данных¹ (Сформулированы Дж. Мартином).:

1 Многоразовое использование: одни и те же данные могут использоваться многими пользователями.

2 Простота обновления - возможность внесения изменений в базу с минимальными затратами.

3 Быстрый поиск и получение необходимой информации по запросу.

4 Уменьшение избыточности - новые задачи должны получать данные из существующей базы, а не путем их повторного ввода.

5 Защита от несанкционированного доступа к данным.

6 Максимальная независимость от прикладных программ: изменения в структуре базы данных не должны, по возможности, приводить к перезаписи пакета программ.

7 Защита от уничтожения и искажения информации (некомпетентного пользователя, злоумышленных действий, сбоев и конфликтных ситуаций).

Требования к базе данных:

1 Адекватность отражения предметной области:

а) полнота данных;

б) динамичность информационной модели;

в) актуальность информации в данный момент времени.

2 Возможность взаимодействия с пользователями различных категорий и в разных режимах.

3 Обеспечение секретности данных, надежности, целостности, защита от случайного или целенаправленного разрушения базы данных.

4 Обеспечение взаимной независимости программ и данных.

5 Технологичность обработки данных.

6 Совместимость компонентов базы данных.

7 Простота изменения логической и физической структуры базы данныхв целях повышения эффективности обработки информации.

8 Способность к расширению и модификации.

База данных функционирует в социальном пространстве со множеством пользователей, которые могут предъявлять ей противоречивые требования. Необходимо постоянно искать компромисс между противоположными требованиями к системе в социальном пространстве пользователей. База данных, как уже упоминалось, находится под централизованным управлением. Система управления базой данных построена на концепции многоуровневой организации. Для слаженной и эффективной работы выполняется администрирование базы данных. Функции администратора баз данных объединены в следующие группы: администрирование предметной области, баз данных, безопасности данных и приложений. Функции администрирования данных поддерживаются специальными служебными программами-утилитами. Для администрации баз данных предусмотрены соответствующие инструкции.

Пользователь базы данных (user) — это физическое или юридическое лицо, которое пользуется услугами компьютерной системы для получения информации или решения соответствующих задач. Существуют различные категории пользователей: аналитик, системный программист, прикладной программист, администратор системы, оператор компьютера, конечны пользователь. Пользователями базы данных могут быть прикладные про граммы и программные комплексы. Доступ пользователя к базе данных обеспечивается СУБД.

2.3 Историческая справка о базах данных.

Термин «база данных» был введен в 1963 г. в англоязычной литературе (data base), в 70-х гг. этот термин стали писать через дефис (data-base), а потом - одним словом (database). Имя автора этого термина неизвестно.

Историю развития баз данных можно разделить на три периода.

Первый период - 60-е гг. - переходный: появление самого понятия и не скольких первоначальных систем. В 1959 г. Мак-Гри предложил использовать файлы исходных данных. Файл, который введен в компьютер, становился общим, и его могли совместно использовать многие пользователи. Компьютеры обеспечивали доступ к данным. Мак-Гри разработал систему баз данных IMS фирмы IBM.

В 1963 г. Бахман разработал первую промышленную систему баз данных IDS: сетевая организация данных на магнитных дисках и многоцелевое использование наборов данных. В середине 60-х гг. началось широкое применение магнитных дисков, а затем появились новые возможности для обработки информации.

В 1967 г. ассоциацией CODASYL была создана рабочая группа по разработке баз данных, которая в 1969 и 1971 гг. выпустила отчеты о своей работе.

В 1968 г. Олле высказал следующие теоретические положения:

1 В условиях применения СУБД лицо, не имеющее профессиональной подготовки, может получить нужную информацию из базы данных, не зная способа размещения данных и доступа к ним.

2 При поиске информации процедурные и непроцедурные системы взаимосвязаны и между ними нет резкой границы.

3 Следует ориентироваться на обработку данных непроцедурным способом.

4 Структура памяти и структура данных - разные понятия. Пользователь должен знать логическую структуру данных. Важно выделить логиче­скую структуру, при которой система эффективна в высокой степени.

Второй период - от 70-х гг. до 1981 г. - период развития: аппаратное развитие компьютеров и концепции баз данных, а также успешное внедрение систем. Произошло становление баз данных как науки. Были разработаны теоретические обоснования систем баз данных, которые стали основой построения информационных систем.

В 1970 г. Кодд (фирма IBM) предложил реляционную модель данных -реляционную парадигму¹ (Парадигма - научная теория, которая содержится, в системе понятий, отражающих истинные черты действительности (исходна^цониептуальная схема). Одно из важнейших положений реляционной модели - независимость данных: при управлении базой данных выделяются физический и логический уровни. Отпадает необходимость указывать в программах детали физической организации данных в компьютере; пользователь освобождается от необходимости вникать в тонкости физической организации данных. В 1982 г. появились коммерческие реляционные системы баз данных: SQL/DS, INGRES, ORACLE и др. За успехи в разработке баз данных американская ассоциация ЭВМ в 1973 г. присудила премию Бахману, а в 1981 г. - Кодду.

1) 1980 г. был разработан простой язык запросов, ориентированный на пользователя. Быстро расширялось применение баз данных.

Третий период - начало в 1981 г. - период зрелости: появление коммерческих систем баз данных на основе реляционных моделей. Успешно проводятся работы в сфере аппаратного обеспечения баз данных (расширяются области их применения, развивается технология интегральных схем), возникают новые направления.

Базы данных создаются для дальнейшего интегрированного использова­ния. Их поддержание в компьютерной среде осуществляют программные средства - СУБД (database management system), которые представляют собой совокупность программных и языковых средств общего или специализированного назначения, необходимых для создания баз данных на машин­ных носителях, поддержания их в актуальном состоянии и организации доступа к ним различных пользователей в условиях принятой технологии обработки данных. СУБД - это управляющие программы, которые обеспечивают все манипуляции с базами данных: создание базы, ее ведение, ее использование многими пользователями и др., т. е. реализуют сложный комплекс функций по централизованному управлению базой данных и обслуживают интересы пользователей.

СУБД можно рассматривать как программную оболочку, которая находится между базой данных и пользователем. Она обеспечивает централизованный контроль защиты и целостности данных, доступ к данным, их обработку. Формирование отчетов на основе базы данных и другие операции и процедуры. СУБД является универсальным программным продуктом общего назначения (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Система управления базой данных

Понятия «база данных» и «система управления базой данных» образуют во взаимосвязи понятие «банк данных» (date bank) - хранилище реальной совокупности данных, система специальным образом организованных данных (баз данных), программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования. База данных и банк данных имеют архивы, которые в совокупности образуют фонд данных.

Языковые средства систем управления базами данных. Каждая СУБД функционирует в конкретной языковой среде. Именно с помощью языковых средств и посредством их реализуются заложенные функциональные возможности СУБД и удовлетворяются потребности, запросы как профессионалов (администрирование баз данных, разработка прикладных программ этой СУБД и для этой СУБД, описание представления баз данных и др.), так и конечных пользователей.

В зависимости от уровня профессионализма пользователей языковые средства реализуются следующим образом: для разработчика (системщика) сложных приложений языковая среда представлена в явной синтаксической форме, а для непрофессионалов-программистов - в виде меню, диалога. В последнем случае интерфейсные средства автоматически формируют адекватные синтаксические конструкции языка интерфейса, которые выполняются системой. В современном интерфейсе в СУБД языковые средства применяются в неявном виде (команд в классическом смысле не видно).

Язык СУБД выполняет две группы функций: представление баз данных на уровне системной архитектуры (язык описания данных); осуществление операций манипулирования с данными.

Архитектура СУБД- это описание на соответствующем общем уровне структуры СУБД и базы данных.

Современные СУБД имеют общий функциональный состав, состоящий из трех основных частей:

• диалоговые средства пользователя для работы с базой данных;
• средства для разработки приложений пользователя;

§ дополнительные средства для разработки приложений (программного продукта).

Каждая функциональная часть СУБД включает в себя компоненты, отображенные в общей функциональной схеме интерфейса СУБД (рисунок 4.2)

ODBC (Open Database Connectivity - взаимодействие с открытыми базами данных) - это технология работы с внешними данными (доступ к данным) в системе «клиент - сервер». В этой системе приложения делятся:

• на клиентскую часть (Font-end), размещенную на компьютере пользователя в виде интерактивного графического интерфейса;

• сервер (Back-end), обеспечивающий управление базой данных, разделение информации, администрирование и безопасность. Сервер находится на базовом компьютере (mainframe - мэйн-фрэйм) или специально выделенных компьютерах.

Сущность технологии «клиент - сервер»: приложение клиента (front-end) формирует запрос к серверу базы данных (back-end), который выполняет все команды и их результаты посылает клиенту.