Эволюция систем управления базами данных

На эволюцию СУБД существенное влияние оказывает бурное развитие микроэлек­тронных технологий и связанное с этим развитие персональных компьютеров. Тем­пы развития персональных компьютеров за последние 10-15 лет существенно пре­вышают темпы развития «больших» ЭВМ. Область применения персональных компьютеров за последние несколько лет существенно расширилась. Можно вы­делить следующие основные причины этой тенденции:

– цена персональных компьютеров значительно ниже, чем больших ЭВМ;

– по функциональным возможностям персональные компьютеры превосходят большие ЭВМ;

– существенно уменьшился разрыв между производительностью персональных компьютеров и больших ЭВМ. Кроме того, для многих задач работы с данными производительность компьютера не является решающим фактором;

– архитектура систем на основе персональных компьютеров обладает большей гибкостью и мобильностью, а сфера их использования значительно шире обла­сти применения больших ЭВМ.

Общая тенденция движения от отдельных mainframe-систем к открытым распре­деленным системам оказала огромное влияние на развитие архитектур СУБД и поставила перед их разработчиками ряд сложных проблем. Главная проблема со­стояла в технологической сложности перехода от централизованного управления данными на одном компьютере и СУБД, использовавшей собственные модели, форматы представления данных и языки доступа к данным, к распределенной об­работке данных в неоднородной вычислительной среде, состоящей из соединен­ных в сеть компьютеров различных моделей и производителей. Постепенный переход от вычислительных систем на основе больших ЭВМ и централизованного управления данными к распределенным системам на основе пер­сональных компьютеров, а также внедрение персональных компьютеров практи­чески во все сферы деятельности привели и к изменению подходов к организации систем управления базами данных. В истории развития и совершенствования сис­тем управления базами данных можно условно выделить три основных этапа. Крат­ко рассмотрим каждый из них.

СУБД первого поколения

Первый этап был связан с созданием первого поколения СУБД, опиравшихся на иерархическую и сетевую модели данных (на основе спецификаций CODASYL). В этот период времени на рынке вычислительной техники доминировали боль­шие вычислительные машины (mainframe), такие как система IBM 360/370, кото­рые в совокупности с СУБД первого поколения составили аппаратно-программ­ную платформу больших информационных систем. СУБД первого поколения были в подавляющем большинстве закрытыми системами: отсутствовал стандарт внеш­них интерфейсов и не обеспечивалась переносимость прикладных программ.

Ранние СУБД, с сегодняшней точки зрения, имели массу недостатков, из которых наиболее существенными были следующие:

– сложность использования;

– необходимость знать физическую организацию базы данных;

– сильная зависимость прикладных систем от физической организации базы дан­ных;

– перегрузка логики прикладных систем деталями организации доступа к базе данных;

– отсутствие средств автоматизации проектирования баз данных;

– очень высокая стоимость.

Среди достоинств СУБД первого поколения можно отметить:

– наличие развитых средств управления данными во внешней памяти на низком уровне;

– возможность построения эффективных прикладных систем вручную;

– возможность экономии памяти за счет совместного использования объектов (в сетевых системах).

Несмотря на все свои недостатки, СУБД первого поколения оказались весьма дол­говечными: разработанное на их основе программное обеспечение используется по сей день, и большие ЭВМ по-прежнему хранят огромные массивы актуальной информации. Главной причиной этого является, вероятно, экономический фак­тор – в свое время в аппаратное и программное обеспечение больших ЭВМ были вложены огромные средства: в результате многие продолжают их использовать, несмотря на морально устаревшую архитектуру. В то же время перенос данных и программ с больших ЭВМ на компьютеры нового поколения сам по себе представ­ляет сложную техническую проблему и требует значительных затрат.

Реляционные СУБД

Началом второго этапа в эволюции СУБД можно считать публикации в начале 70-х годов ряда статей Э. Кодда, в которых выдвигались по сути революцион­ные идеи, существенно изменившие устоявшиеся представления о базах дан­ных.

Будучи математиком по образованию, Кодд предложил использовать для обра­ботки данных аппарат теории множеств (объединение, пересечение, разность, де­картово произведение). Он показал, что любое представление данных сводится к совокупности двумерных таблиц особого вида, известного в математике как отношение (по-английски – relation, отсюда и название –реляционные базы дан­ных).

Одна из главных идей Кодда заключалась в том, что связь между данными должна устанавливаться в соответствии с их внутренними логическими взаимоотношениями.

В СУБД первого поколения для связи записей из разных файлов использовались фи­зические указатели или адреса на диске. Это означало, что в том случае? когда в раз­ных файлах хранится логически связанная информация, а физическая связь между этими файлами отсутствует, то для получения выборки (извлечения информации) из такой базы данных необходимо использовать низкоуровневые средства работы с файлами. В случае же реляционной базы данных сама СУБД поддерживает извлече­ние информации из базы данных на основе логических связей, и при работе с базой данных нет необходимости напрямую программировать работу с файлами. Естествен­но, это существенно упрощает работу с базами данных.

Второй важный принцип, предложенный Коддом, заключается в том, что в реля­ционных системах одной командой могут обрабатываться целые файлы данных, в то время как в ранних СУБД одной командой обрабатывалась только одна за­пись. Реализация этого принципа существенно повысила эффективность програм­мирования баз данных.

Реализация реляционных принципов в СУБД сделала возможным разработку про­стых языков запросов, доступных для изучения пользователями, не являющими­ся специалистами в области программирования. Таким образом, благодаря сни­жению требований к квалификации существенно расширился круг пользователей баз данных.

На начальном этапе развития реляционных баз данных было разработано несколько языков запросов, среди которых наиболее известны такие, как QBE – Query by Example (запрос по образцу), Quel – Query Language (язык запросов) и SQL – Structured Query Language (структурированный язык запросов). Среди этих языков на сегодняшний день наибольшее распространение имеет SQL, который в 1986 г. был принят в качестве стандарта ANSI языков реляционных баз данных. Последнее обновление этого стан­дарта было принято в 1992 г., и язык запросов, соответствующий этому стандарту, обычно обозначается как SQL-92.

Сейчас реляционные базы данных получили очень широкое распространение и фактически их можно рассматривать как стандарт СУБД для современных инфор­мационных систем.