Базы данных и СУБД

В настоящее время любой специалист, независимо от сферы деятельности, в той или иной мере занимается сбором и накоплением данных, их корректировкой и сортировкой, отбором, группировкой и представлением заинтересованным лицам. Для эффективного выполнения всех этих процедур информацию целесообразно хранить в организованном и структурированном виде, т.е. в виде баз данных.

База данных (БД) – это структурированный организованный набор данных, описывающий характеристики какой-либо физической или виртуальной системы.

Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:

- адекватность описываемому объекту/системе – на уровне концептуальной и логической модели;

- удобство использования для ведения учёта и анализа данных – на уровне физической модели.

Для создания и манипулирования базой данных используется специализированная программа, называемая системой управления базой данных (СУБД).

Основные функции СУБД:

- управление данными во внешней памяти (на дисках);

- управление данными в оперативной памяти;

- журнализация изменений и восстановление базы данных после сбоев;

- поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Характеристиками СУБД являются:

- производительность;

- обеспечение целостности данных на уровне базы данных;

- обеспечение безопасности данных;

- возможность работы в многопользовательском режиме;

- возможность экспорта и импорта данных;

- обеспечение доступа к данным с помощью SQL;

- возможность составления запросов;

- наличие инструментальных средств разработки прикладных программ.

Производительность СУБД оценивается:

- временем выполнения запросов;

- скоростью поиска информации;

- временем импортирования базы данных из других форматов;

- скоростью обновления операций (обновление, вставка, удаление);

- временем генерации отчета.

По архитектуре организации хранения данных СУБД подразделяются на локальные (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере) и распределенные (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к базе данных СУБД разделяются на файл-серверные и клиент-серверные. Архитектура «файл-сервер» не имеет сетевого разделения компонентов диалога и использует компьютер для функции отображения, что облегчает построение графического интерфейса. «Файл-сервер» только извлекает данные из файлов, так что дополнительные пользователи добавляют лишь незначительную нагрузку на центральный процессор и каждый новый клиент добавляет вычислительную мощность сети. Минусом этой архитектуры является высокая загрузка сети при передаче данных.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими. Клиент-серверная СУБД позволяет обмениваться клиенту и серверу минимально необходимыми объёмами информации. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на сервер. Клиент может выполнять функции предварительной обработки перед передачей информации серверу, но в основном его функции заключаются в организации доступа пользователя к серверу.

В большинстве случаев клиент-серверная СУБД менее требовательна к пропускной способности компьютерной сети, чем файл-серверная СУБД, особенно при выполнении операции поиска в базе данных по заданным пользователем параметрам, т.к. для поиска нет необходимости получать на клиент весь массив данных: клиент передаёт параметры запроса серверу, а сервер производит поиск по полученному запросу в локальной базе данных. Результат выполнения запроса, который обычно на несколько порядков меньше по объёму, чем весь массив данных, возвращается клиенту, который обеспечивает отображение результата пользователю.

Существуют следующие виды концептуальных и логических моделей баз данных: картотека, сетевая модель, иерархическая модель, реляционная модель, многомерная модель, объектная модель.

Картотека. Картотекой называется систематизированное хранилище информации, как правило, в форме карточек с некоторыми данными.

Встретиться с картотекой до сих пор можно, к примеру, в библиотеке: в виде картотеки зачастую представляется библиотечный каталог. Картотеками повсеместно пользовались до появления электронных баз данных, в настоящее время картотеки почти полностью вытеснены последними.

Иерархическая модель. Иерархическая модель базы данных состоит из объектов с указателями от родительских объектов к потомкам, соединяя вместе связанную информацию. Например, если иерархическая база данных содержит информацию о покупателях и заказах, то будет существовать родительский объект «покупатель» и дочерний объект «заказ».

Типичным (наиболее известным и распространенным) примером иерархической СУБД является Information Management System (IMS) фирмы IBM, первая версия которой появилась в 1968 году. Известны также Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation, Mark IV Multi-Access Retrieval System компании Control Data Corporation и некоторые другие.

Сетевая модель. Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию. К основным понятиям сетевой модели базы данных относятся уровень, элемент (узел), связь.

Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом. Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения.

Реляционная модель. Реляционная база данных основана на реляционной модели, представляющей собой строгую формальную теорию.

Принципы реляционной модели были сформулированы в 1969-1970 годах доктором Эдгаром Коддом из компании IBM. Эта модель характеризуется простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая из этих таблиц обладает следующими свойствами:

- каждый элемент таблицы – один элемент данных;

- все столбцы в таблице однородны, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.);

- каждый столбец имеет уникальное имя;

- одинаковые строки в таблице отсутствуют;

- порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Многомерная модель. Многомерная модель рассматривает данные либо как факты с соответствующими численными параметрами, либо как текстовые измерения, которые характеризуют эти факты.

Многомерный подход возник практически одновременно и параллельно с реляционным, но только с середины 1990-х годов интерес к многомерным СУБД (МСУБД) начал приобретать всеобщий характер в связи с массовым появлением информационных систем, ориентированных на аналитическую обработку данных.

Объектная модель. В объектно-ориентированной БД данные оформлены в виде моделей объектов, включающих прикладные программы, которые управляются внешними событиями. Объектно-ориентированный подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель, т.к. обеспечивают естественное представление данных (в реляционной модели все отношения принадлежат одному уровню, в то время как объектную модель можно рассматривать послойно, на разных уровнях абстракции), и, кроме того, имеется возможность определения новых типов данных и операций с ними.

В то же время объектной модели присущ и ряд недостатков: отсутствуют мощные непроцедурные средства извлечения объектов из базы, а вместо декларативных средств ограничений целостности приходится писать процедурный код. Последнее является основной причиной того, что СУБД, использующие объектную модель, пока уступают по распространенности реляционным СУБД. Примеры объектных СУБД: IBM Lotus Notes/Domino, Jasmine, ObjectStore.

Наиболее доступной и популярной СУБД является MS Access. Access предназначена для создания и обслуживания реляционных баз данных (вся информация в них организуется в виде таблицы или нескольких взаимосвязанных таблиц). Access предоставляет пользователям широкие возможности по обработке данных и их совместному использованию. Можно вводить в базу новые данные, сортировать и отбирать их по каким-либо признакам, определять итоговые значения, удалять и копировать данные, выводить их на экран или на принтер.

Программа полностью интегрирована с другими компонентами пакета MS Office, что обеспечивает свободный обмен данными с Word, Excel, PowerPoint. Программа позволяет защищать базы данных от несанкционированного доступа, предоставляя разным пользователям разные права по их просмотру и корректировке.