Курс «Организация баз данных» (стр. 2 )

Для Sybase SQL Anywhere средством для создания и выполнения запросов является программа Sybase ISQL, а средством создания GUI – Sybase Power Designer. Пример работы ISQL приведен на рис. 5. Конечно, вовсе не обязательно использовать именно эти программные продукты. В настоящее время любой современный язык программирования имеет средства для доступа к базам данных.

3. Обеспечение логической и физической независимости данных.

Важнейшим свойством СУБД является возможность поддерживать два независимых взгляда на базу данных – взгляд пользователя, воплощаемый в «логическом» представлении данных и «взгляд» системы – «физическое» представление данных в памяти ЭВМ. Обеспечение логической независимости данных предоставляет возможность изменения (в определенных пределах) «логического» представления базы данных без необходимости изменения физических структур хранения данных. Таким образом, изменение «логического» представления данных в прикладных программах не приводит к изменению структур хранения данных. Обеспечение физической независимости данных представляет возможность изменять (в определенных пределах) способы организации базы данных в памяти ЭВМ не вызывая необходимости изменения «логического» представления данных. Таким образом, изменение способов организации базы данных не приводит к изменению прикладных программ.

4. Защита логической целостности базы данных.

Основной целью реализации этой функции является повышение достоверности данных в базе данных. Достоверность данных может быть нарушена при вводе в БД недостоверных данных, или при неправомерных действиях процедур обработки данных, получающих и заносящих в БД неправильные данные. Для повышения достоверности данных в системе объявляются так называемые ограничения целостности, которые в определенных случаях отлавливают неверные данные. Так, во всех современных СУБД проверяется соответствие вводимых данных их типу, описанному при создании структуры. Система не позволит ввести символ в поле числового типа, не позволит ввести недопустимую дату и т. п. В развитых системах ограничения целостности описывает программист, исходя из содержательного смысла задачи, и их проверка осуществляется при каждом обновлении данных.

5. Защита физической целостности.

При работе ЭВМ возможны сбои в работе (например, изза отключения электропитания), повреждение машинных носителей данных. При этом могут быть нарушены связи между данными, что приводит к невозможности дальнейшей работы. Развитые СУБД имеют средства восстановления базы данных. В таких системах в определенный момент БД копируется на резервные носители. Все обращения к БД записываются программно в журнал изменений. Если база данных разрушена, запускается процедура восстановления, в процессе которой в резервную копию из журнала изменений вносятся все произведенные изменения.

6. Управление полномочиями пользователей на доступ к базе данных.

Разные пользователи могут иметь разные полномочия по работе с данными (некоторые данные должны быть недоступны; определенным пользователям не разрешается обновлять данные и т. п.). В СУБД предусматриваются механизмы разграничения полномочий доступа, основанные либо на принципах паролей, либо на описании полномочий.

7. Синхронизация работы нескольких пользователей.

Достаточно часто может иметь место ситуация, когда несколько пользователей одновременно выполняют операцию обновления одних и тех же данных. Такие коллизии могли привести к нарушению логической целостности данных, поэтому система должна предусматривать меры, не допускающие обновление данных другим пользователям, пока работающий с этими данными пользователь полностью не закончит с ними работать.

8. Управление ресурсами среды хранения.

БД располагается во внешней памяти ЭВМ. При работе в БД заносятся новые данные (занимается память), удаляются данные (освобождается память). СУБД выделяет ресурсы памяти для новых данных, перераспределяет освободившуюся память, организует ведение очереди запросов к внешней памяти и т. п.

9. Поддержка деятельности системного персонала.

При эксплуатации базы данных может возникать необходимость изменения параметров СУБД, выбора новых методов доступа, изменения (в определенных пределах) структуры хранимых данных, а также выполнения ряда других общесистемных действий. СУБД предоставляет возможность выполнения этих и других действий для поддержки деятельности БД обслуживающему БД системному персоналу, называемому администратором БД.

1.  Безпосереднє керування даними в зовнішній пам'яті.

Ця функція включає забезпечення необхідних структур зовнішньої пам'яті для зберігання даних, прискорення доступу до даних у деяких випадках (звичайно для цього використовуються індекси). У деяких реалізаціях СУБД активно використовуються існуючих файлових систем, в інших робота виробляється аж до рівня пристроїв зовнішньої пам'яті.

2.  Керування буферами зовнішньої пам'яті.

Якщо при звертання до будь-якого елемента даних буде вироблятися обмін із зовнішньою пам'яттю, то вся система буде працювати зі швидкістю пристрою зовнішньої пам'яті.

3.  Керування транзакціями.

Транзакція - це послідовність операцій над БД, розглянута СУБД як єдине ціле. З керуванням транзакціями в багатокористувальницької СУБД зв'язані важливі поняття сериализации транзакцій і сериального плану виконання суміші транзакцій - плану, що приводить до сериализации транзакцій. Якщо вдається домогтися дійсно сериального виконання суміші транзакцій, то для кожного користувача, з ініціативи якого утворена транзакція, присутність інших транзакцій буде непомітно(якщо не вважати деякого вповільнення роботи з порівняння з однокористувальницьким режимом). У централизованых СУБД найбільше расптостранены алгоритми сериализации транзакцій, засновані на синхранизационных захопленнях об'єктів БД.

4.  Журнализация.

Під надійністю зберігання понимаеться те, що СУБД повинна могти відновити останній погоджений стан БД після будь-якого апаратного або програмного збоїти. Два можливих види збоїти: так звані м'які збої, які можна трактувати як раптову зупинку роботи комп'ютера(наприклад, аварійне вимикання харчування), і тверді збої, характеризуемые втратою інформації на носіях зовнішньої пам'яті. Для відновлення БД потрібно мати деяку додаткову інформацію, потрібна надмірність хранеия даних. Найбільше распространненный метод підтримки такий йзбыточности - ведення журналу змін БД. Журнал - особлива частина БД, недоступна користувачам СУБД і підтримувана з особливою старанністю. Стратегія «» запису, щопопереджає, у журнал: запис про зміну будь-якого об'єкта БД повинна потрапити в зовнішню пам'ять журналу раніше, ніж змінений об'єкт потрапить у зовнішню пам'ять основній частині БД. Метою процесу відновлення після м'якого збою є стан зовнішньої пам'яті основної частини БД, що виникло б при фіксації в зовнішній пам'яті змін всіх транзакцій, що завершилися.

5.  Підтримка мов БД.

У ранніх СУБД підтримувалося трохи спеціалізованих за своїми функціями язиків. Виділялися два язики: язик визначення схеми БД (SDL - Schema Definition Language) і язик маніпулювання даними(DML - Data Manipulation Language). У сучасних СУБД звичайно поддержывается єдиний інтегрований язик SQL (Structured Query Language), що сполучить засобу SDL і DML. Оператори язика SQL дозволяють визначати так звані подання БД - збережені в БД запити. Для користувача подання є такою ж таблицею, як будь-яка базова таблиця. Авторизаци доступу до об'єктів БД виробляється на основі спеціального наьора операторів SQL. Повноваження користувачів описуються в спеціальних таблицях-каталогах, контроль повноважень підтримується на язиковому рівні.

6.  Определение данных. СУБД должна допускать определения данных (внешние схемы, концептуальную и внутреннюю схемы, соответствующие отображения). Для этого СУБД включает в себя языковый процессор для различных языков определений данных.

7.  Обработка данных. СУБД должна обрабатывать запросы пользователя на выборку, а также модификацию данных. Для этого СУБД включает в себя компоненты процессора языка обработки данных.

8.  Безопасность и целостность данных. СУБД должна контролировать запросы и пресекать попытки нарушения правил безопасности и целостности.

9.  Восстановление данных и дублирование. СУБД должна обеспечить восстановление данных после сбоев.

10.  Словарь данных. СУБД должна обеспечить функцию словаря данных. Сам словарь можно считать системной базой данных, которая содержит данные о данных пользовательской БД, т. е. содержит определения других объектов системы. Словарь интегрирован в определяемую им БД и, поэтому, содержит описание самого себя.

11.  Производительность. СУБД должна выполнять свои функции с максимальной производительностью.

Найбільш розповсюджені СКБД: dBase, FoxPro, Microsoft Access для Windows з інтегрованого пакета Microsoft Office, Oraclе, My SQL Server, InterBase, MySQL.

3.  Моделі даних. Поняття про елементи бази даних

Особливості використання БД:

-  дані в БД створюються і зберігаються як єдине ціле для рішення всіх задач предметної області, тобто відпадає необхідність дублювання даних (економія пам'яті комп'ютера);

-  кожна прикладна програма вибирає з БД дані для рішення тільки своєї задачі;

-  незалежність прикладних програм від даних (зміни в даних не викликають необхідність зміни програми і навпаки).

Прийнято виділяти наступні моделі даних:

1.  Ієрархічна модель даних

2.  Мережна модель даних

3.  Реляційна модель даних

4.  Объектно-ориентированные

5.  Гибридные (объектно-реляционные)

В Ієрархічній БД всі елементи розташовані у послідовності від найвищого до най низького. Ієрархічна БД складається з упорядкованого набору дерев. Дерево складається з одного кореневого стовпця й упорядкованого набору декількох поддеревев. Тип дерева в цілому являє собою ієрархічно організований набір типів записів. Наприклад, структуру БД телефонної довідкової 09 можна представити у вигляді: Місто → Вулиця → Будинок → Квартира → ПІБ → Номер телефону.

Тут Місто є предком вулиці й т. і. В ієрархічних БД визначений повний порядок обходу – зверху долілиць, ліворуч праворуч. Тут не один нащадок не може існувати без свого батька. Завдяки цьому автоматично підтримується цілісність посилань між предками й нащадками.