Базы данных. Назначение. Модели

База данных – это информационная модель, позволяющая упорядоченно хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств.
Программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных, называется система управления базами данных (СУБД). СУБД используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации.

СУБД организует хранение информации таким образом, чтобы ее было удобно:

· просматривать,

· пополнять,

· изменять,

· искать нужные сведения,

· делать любые выборки,

· осуществлять сортировку в любом порядке.

Классификация баз данных:

1. По характеру хранимой информации:

— Фактографические (картотеки),

— Документальные (архивы).

2. По способу хранения данных:

— Централизованные (хранятся на одном компьютере),

— Распределенные (используются в локальных и глобальных компьютерных сетях).

3. По структуре организации данных:

— Табличные (реляционные),

— Иерархические.

Информация в базах данных структурирована на отдельные записи, которыми называют группу связанных между собой элементов данных. Характер связи между записями определяет два основных типа организации баз данных: иерархический и реляционный.

В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным «спуском» со ступени на ступень. Иерархическая база данных по своей структуре соответствует структуре иерархической файловой системы.

Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу.

Столбцы таблицы называются полями: каждое поле характеризуется своим именем и топом данных. Поле БД – это столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства.

В реляционной БД используются четыре основных типов полей:

· Числовой,

· Символьный (слова, тексты, коды и т.д.),

· Дата (календарные даты в форме «день/месяц/год»),

· Логический (принимает два значения: «да» - «нет» или «истина» - «ложь»).

Строки таблицы являются записями об объекте. Запись БД – это строка таблицы, содержащая набор значения определенного свойства, размещенный в полях базы данных.

Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определенным критериям и т. п.

Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.

Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями. СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним.

Популярные СУБД - FoxPro, Access for Windows, Paradox. Для менее сложных применений вместо СУБД используются информационно-поисковые системы (ИПС), которые выполняют следующие функции:

· хранение большого объема информации;

· быстрый поиск требуемой информации;

· добавление, удаление и изменение хранимой информации;

· вывод ее в удобном для человека виде.

Назначение БД.

Почему используются системы с базами данных? Какие преимущества получает пользователь при работе с ними?

Отметим некоторые преимущества системы с базой данных по сравнению с традиционным «бумажным» методом ведения учета: компактность, скорость, низкие трудозатраты, актуальность.

Наиболее ценное свойство базы данных – централизованное управление данными, оно предоставляет следующие преимущества:

1. Возможность совместного доступа к данным. Возможность доступа к данным нескольких существующих приложений баз данных, а также возможность разработки новых приложений для работы с этими данными.

2. Сокращение избыточности данных. Дублирование данных, во-первых, дорого, в том смысле, что данные занимают больше памяти, чем это необходимо, а во-вторых, при этом требуется более одной операции при обновлении. Вследствие этого различные копии данных могут находиться на различных стадиях обновления, и база данных может содержать противоречивую информацию. В принципе дублирование можно ликвидировать совсем и при этом гарантировать полную непротиворечивость данных, однако иногда веские практические и технические причины (например, обеспечение требуемой производительности при работе с распределенными базами данных) требуют наличия нескольких копий хранимых данных. Такая избыточность должна строго контролироваться СУБД и должна быть предусмотрена возможность «распространения обновлений»: если обновление вносится в одну из дублированных записей, то оно должно быть автоматически распространено на все остальные записи.

3. Возможность поддержки транзакций. Транзакция – логическая единица работы, обычно включающая несколько операций базы данных. Классический пример – передача суммы денег со счета A на счет B. Очевидно, что в данном случае необходимы два изменения: изъятие денег со счета A и внесение их на счет B. Если пользователь укажет, что оба изменения входят в одну и ту же транзакцию, то система сможет реально гарантировать, что либо оба эти изменения будут выполнены, либо не будет выполнено ни одно из них, даже если до завершения процесса изменений в системе произойдет сбой. Это свойство атомарности (неделимости) транзакций.

4. Обеспечение целостности данных. Данная задача заключается в гарантированной поддержке корректности данных в базе. Противоречивость между двумя записями, представляющими один «факт», является примером утраты целостности данных. Нарушение целостности может возникнуть при наличии избыточности в хранимых данных, но даже при отсутствии избыточности база данных может содержать некорректную информацию. Например, может быть указано, что сотрудник отработал 400 рабочих часов в неделю вместо 40, или зафиксирована его принадлежность к отделу, которого не существует. Централизованное управление базой данных позволяет избежать подобных проблем, насколько их вообще возможно избежать. Для этого на уровне базы данных определяются ограничения целостности (integrity constraints) или бизнес-правила, которые будут применяться при любой попытке внести изменения в соответствующие данные. Целостность данных наиболее важна для многопользовательских систем по причине совместного доступа: один пользователь может некорректно обновить данные, от чего пострадают другие пользователи.

5. Организация защиты данных. Представляет собой возможность установления ограничений защиты (security constraints), т.е. правил, которые будут проверяться при любой попытке доступа к уязвимым данным. Можно установить различные правила для разных типов доступа (выборка, вставка, удаление и т.д.) к каждому из элементов данных в базе данных. Цетрализованная природа системы баз данных требует наличия надежной системы защиты.

6. Возможность балансировки противоречивых требований. Зная общие требования всего предприятия (а не требования каждого отдельного пользователя), администратор базы данных может структурировать базу данных таким образом, чтобы обслуживание было наилучшим для всего предприятия. Например, он может выбрать такое физическое представление данных, которое обеспечит быстрый доступ к данным для наиболее важных приложений (возможно, с потререй производительности для некоторых других приложений).
7. Независимость данных. Это, скорее, цель создания систем баз данных, а не обязательное их преимущество. Противоположность этого понятия: когда способ физической организации данных и способ доступа в ним диктуются требованиями приложения. Более того, сведения об организации данных и способе доступа к ним встроены в саму логику и программный код приложения. Подобные приложения называют зависимыми от данных, т.к. невозможно изменить физическое представление или метод доступа, не изменив самого приложения. Трудности, возникающие при этом, не имеют никакого отношения к проблеме, для решения которой было написано данное приложение: это трудности, внесенные используемой структурой управления данными.

Причины выполнения принципа независимости данных для системы баз данных. 1) Для разных приложений требуются разные представления одних и тех же данных (например, разница в формате данных). 2) Администратор базы данных должен иметь неограниченные возможности изменять физическое представление или метод доступа к данным в случае изменения требований, причем без необходимости модифицировать существующие приложения.

Принципиально важное свойство СУБД заключается в том, что она обеспечивает сразу два уровня независимости данных: физическую и логическую. Физическая независимость данных означает определенную свободу изменения программной и аппаратной среды без необходимости внесения изменений в прикладные программы, использующие базу данных. Логическая независимость данных дает высокую гарантию того, что ни работающие прикладные программы, ни используемые ими данные не будут изменяться по мере развития информационных потребностей пользователей и добавления новых приложений.

Независимость данных обеспечивается за счет специальной многоуровневой архитектуры СУБД, обеспечивающей, в частности, разделение данных и программ: описания используемых данных в прикладных программах заменяются ссылками на информационные объекты базы данных. Однако не стоит надеяться только лишь на СУБД. Не следует, например, хранить константы в программе, чтобы избежать перекомпиляции при их изменении. Поэтому с точки зрения прикладного программиста независимость данных является скорее не техникой, а дисциплиной программирования.

База данных – совокупность взаимосвязанных хранящихся вместе с отношениями между ними устойчивых данных при наличии такой минимальной избыточности, которая допускает их независимое использование оптимальным образом для одного или нескольких приложений.

Концептуальная модель наиболее полно отвечает потребностям проектирования баз знаний и построена на ряде принципов, которые мы сейчас рассмотрим. Есть две большие области понятий в концептуальной модели. Обе они построены по принципу иерархического дерева. Первая область – это дерево типов данных, вторая – дерево данных. Дерево типов описывает структуру данных дерева данных, поэтому без дерева типов нет никакой логической целостности дерева данных. Для начала, рассмотрим простой пример с телевизионной камерой. Отраженный свет попадает в объектив камеры, там он разлагается на три составляющие: синий, красный, зеленый. Записывая уровень освещенности трех составляющих света 25 раз в секунду, мы можем составить представление об освещенности и отражающей способности предметов, которые мы снимаем.