Базы данных (стр. 3 )

Хранимый файл – это набор всех экземпляров хранимых записей одного типа.

В базах данных логическая запись не обязательно совпадает с хранимой записью, то есть может понадобиться внести изменения в структуру хранения данных, в то время как логическая структура остается неизменной.

Контрольные вопросы

1.  Поясните структуру инфологической модели

Назовите типы объектов в отношении.

  1.6 Модели систем баз данных

Почти все базы данных, созданные с конца 70-х годов, основаны на реляционном подходе. Более того, подавляющее большинство научных исследований в области баз данных в течение последних 35 лет проводилось в этом направлении.

Реляционный подход представляет собой основную тенденцию сегодняшнего рынка, и реляционная модель – единственная наиболее существенная разработка в истории развития баз данных.

Дореляционные системы можно разделить на три большие категории:

система инвертированных списков;

иерархические;

сетевые.

Системы инвертированных списков: CA – DATACOM/DB компании Computer Associates International.

Иерархические системы: IMS корпорации IBM.

Сетевые: CA – IDMS/DB компании Computer Associates International Inc.

Первые реляционные продукты начали появляться в конце 1970-х – начало 1980-х годов. А в 1998г. существовало уже более 250 коммерческих реляционных продуктов.

Среди них DB2 корпорации IBM; Rdb/VMS корпорации Digital Equipment; ORACLE корпорации Oracle; INGRES компании Ingress Division of the Ask Group Ins; SYBASE компании SYBASE Ins. и многие другие.

Несколько позже исследования велись в направлении так называемых «постреляционных» систем, некоторые из них основаны на совместимых снизу вверх расширениях оригинального реляционного подхода, другие представляют собой попытки создать что-то отличное.

Перечислим лишь некоторые наиболее поздние из них:

-  дедуктивные СУБД;

-  экспертные СУБД;

-  расширяемые СУБД;

-  объектно-ориентированные СУБД;

-  семантические СУБД;

-  универсальные СУБД.

Постреляционная модель допускает многозначные поля, чем снимается ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц.

По способу установления связей между данными различают реляционную, иерархическую и сетевую модели.

В настоящее время создано большое количество СУБД, имеющих приблизительно одинаковые возможности. Все они позволяют создавать файлы БД, редактировать их, обновляя записи, удаляя ненужные, добавляя новые. Созданные файлы БД можно упорядочивать по значению определенного индексного реквизита, выполнять поиск информации в базе, формировать отчеты заданной формы. Кроме того, очень важной является функция изменения структуры уже созданного файла базы данных.

Увеличение объема и структурной сложности хранения данных, расширение круга пользователей информационных систем привели к широкому распространению наиболее удобных и сравнительно простых для понимания реляционных СУБД. В них тем или иным путем решаются специфические проблемы параллельных процессов, целостности (правильности) и безопасности данных, а также санкционированного доступа.

Достоинством реляционной модели является сравнительная простота инструментальных средств ее поддержки, недостатком – жесткость структуры данных (невозможность, например, задания строк таблицы произвольной длины) и зависимость скорости ее работы от размера базы данных.

Реляционная модель является простейшей и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), который и дал название модели. Для нее имеется развитый математический аппарат – реляционное исчисление и реляционная алгебра, где для баз данных (отношений) определены такие хорошо известные теоретико-множественные операции, как объединение, вычитание, пересечение, соединение и др.

Иерархическая и сетевая модели предполагают наличие связей между данными, имеющими какой-либо общий признак. В иерархической модели такие связи могут быть отражены в виде дерева- графа, где возможны только односторонние связи от старших вершин к младшим. Это облегчает доступ к необходимой информации, но только если все возможные запросы отражены в структуре дерева. Никакие иные запросы удовлетворены быть не могут.

Указанный недостаток снят в сетевой модели, где, по крайней мере, теоретически, возможны связи “всех со всеми”. Поскольку на практике это, естественно, невозможно, приходится прибегать к некоторым ограничениям.

Использование иерархической и сетевой моделей ускоряет доступ к информации в базе данных. Но так как каждый элемент данных должен содержать ссылки на некоторые другие элементы, требуются значительные ресурсы как дисковой, так и оперативной памяти ПЭВМ. Недостаток оперативной памяти, конечно, снижает скорость обработки данных. Кроме того, для таких моделей характерна сложность реализации СУБД.

В настоящее время реляционные системы лучше всего соответствуют техническим возможностям персональных компьютеров и вполне удовлетворяют большинство пользователей. Скоростные характеристики этих СУБД поддерживаются специальными средствами ускоренного доступа к информации и индексированием баз данных.

  Контрольные вопросы

1.  Назовите основные преимущества реляционной модели

2.  Перечислите проблемы, которые решаются реляционной моделью.

  1.7 Архитектура системы базы данных

В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самой жизнеспособной оказалась, предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Standards Institute), трехуровневая система организации БД. Она включает: внутренний, концептуальный и внешний уровни.

Внешний уровень моделей – наиболее близкий к пользователям, т. е. он связан со способами представления данных для отдельных пользователей. Этот уровень определяет точку зрения на БД отдельных приложений. Каждое приложение видит и обрабатывает только те данные, которые необходимы именно этому приложению

Концептуальный уровень – промежуточный между первым и третьим, центральное управляющее звено. Здесь база данных представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной базой. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области, для которой создавалась база данных. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.

Предметная область – это часть реальной системы, представляющая интерес для данного исследования.

Концептуальная модель – это представление всей информации базы данных в несколько более абстрактной форме; представление данных таковыми, какие «они есть на самом деле».

Внутренний уровень – наиболее близкий к физическому хранению, т. е. связанный со способами сохранения информации на физических устройствах хранения.

Восприятие данных на каждом из уровней описывается с помощью схемы. Отображения описывают соответствие между данными внешней схемы и концептуальной схемы, а также концептуальной и внутренней.

Трехуровневая архитектура позволяет обеспечить логическую (между 1 уровнем и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же базой данных. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной базой данных. Это именно то, чего не хватало при использовании файловых систем.

  Контрольные вопросы

1.  Назовите уровень, отражающий обобщенную модель предметной области

2.  Чем обеспечивается логическая независимость при работе с данными?

   

  1.8 Проектирование баз данных

Задача проектирования базы данных сводится к решению вопроса о наиболее эффективной структуре данных. При этом приследуются следующие цели:

-  обеспечение быстрого доступа к данным в таблицах;

-  исключение ненужного повторения данных, которое может являться причиной ошибок при вводе и нерационального использования дискового пространства компьютера;

-  обеспечение целостности данных таким образом, чтобы при изменении одних объектов автоматически происходило соответствующее изменение связанных с ним объектов.

Задача проектирования баз данных заключается в том, чтобы решить, какие базовые отношения и с какими атрибутами следует использовать. То есть нужно ответить на вопрос: как в некоторой базе данных для заданного набора данных выбрать подходящую логическую структуру?

Фактически также необходимо выяснить, какие домены следует использовать для атрибутов и какая функциональная зависимость между ними существует.

Домен – общая совокупность значений, из которой берется реальное значение атрибутов.

Функциональная зависимость является связью типа многие-к-одному между множествами атрибутов данного отношения.

Пусть R–это отношение, а X и Y – произвольные подмножества множества атрибутов отношения R. Тогда У функционально зависимо от Х тогда и только тогда, когда каждое значение множества Х отношения R связано в точности с одним значением множества У отношения R.

Концепция функциональной зависимости определяется с разделением функциональных зависимостей на выполняемые в некоторых частных случаях и выполняемые всегда.

Практически утверждение, что функциональная зависимость выполняется «всегда» является ограничением целостности, поскольку при этом накладываются определенные ограничения на все допустимые значения.

Особенность проектирования базы данных состоит в том, что речь идет о логическом, а не о физическом макете. Это вовсе не значит, что физический макет не имеет большого значения, а наоборот. Однако:

-  физический макет может рассматриваться как отдельная сопутствующая часть;

-  физический макет является специфическим для каждой СУБД. Логический макет, наоборот, совершенно независим от СУБД.