СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ (СУБД) Бутенко Владимир Викторович
История развития хранение информации на физических носителях перфокарты Перфолента Магнитная лента Средства архивации Данных на магнитной Ленте (стример) Перфокарты - появились в 1804 году Перфолента впервые появилась в 1846 году и использовалась для того, чтобы посылать телеграммы В 1952 году магнитная лента была использована для хранения, записи и считывания информации в компьютере IBM System 701. В 1990 году начали использовать магнитную ленту в качестве архивов данных
История развития хранение информации на физических носителях Гибкий диск Магнитный диск Жесткий диск Магнитный диск был изобретен в компании IBM в начале 1954 году. Гибкий диск был впервые представлен в 1969 году Жесткий диск изобретен в 1956 году BIOS Flash карты SSD жесткие диски Изобретена Flash -память была в 1984 году Разработаны внешние Flash карты 1990 году Разработаны SSD накопители 2002 год
Способ хранения данных в ЭВМ Файл – способ хранения информации в долговременной памяти для последующего ее использования, который должен оградить пользователя от подробностей способа и места хранения информации и от деталей фактической Система управления базами банных- это совокупность базы данных и всего работы запоминающих устройств. комплекса аппаратно-программных средств, для ее хранения, изменения и поиска информации, для взаимодействия с пользователем. База данных (в понимании операционной системы) – файл или группа файлов структурированных особым образом. такой файл можно открыть только специальной программой которая понимает структуру данного файла и предоставляет инструменты манипуляции с данными структурами пользователю. Такая программа называется системой управления базой данных. Запросы к базе данных Данные Интерпретатор команд Интерпретатор данных Система Управления Базой данных Правила БД Файл Базы данных
Основные направления использования баз данных Крупный и малый бизнес Научные исследования БД Финансовая деятельность Транспортная деятельность
Преимущества использования баз данных 1) Компактность - в отличии от бумажных картотек, база данных позволяет хранить множество данных в одном или нескольких небольших файлах. 2) Скорость - обработка информации (поиск, внесение изменений, проведение расчетов) компьютером намного выше ручной обработки 3) Снижение трудозатрат - нет необходимости в утомительной ручной работе над данными 4) Актуальность всегда доступна свежая информация 5) Сокращение избыточности данных - использование единой базы данных которым пользуются разные приложения ведет к сокращению дублируемой информации в системе. 6) Устранение противоречивости - противоречивость появляется как следствие избыточности данных. Если например информация храниться в нескольких файлах то может возникнуть ситуация, когда информация в одном месте будет обновлена, а в другом – нет
Преимущества использования баз данных 7) Общий доступ к данным - возможность доступа к данным со стороны нескольких приложений, как существующих, так и вновь создаваемых. 8) Возможность соблюдения стандартов - благодаря централизованному управлению администратор БД может обеспечивать представление данных в определенных стандартах. Стандартизация важна для обмена данными, перенесения данных между системами, а также для совместного использования. 9) Обеспечение безопасности - можно определить правила безопасности, которые будут проверяться при попытке доступа к уязвимым данным 10) Обеспечение целостности данных - обеспечении правильности и точности данных в базе данных для этого определяются правила целостности, применяемые при каждой попытке обновления данных. 11) Обеспечение независимости данных - независимо от структуры базы данных и внесенных в нее изменений она должна возвращать данные приложению в той форме которая необходима для него.
Классификация баз данных по модели данных Первые базы данных опирались на технологии файловых систем поэтому имели сходную модель внутреннего устройства. 1) Иерархическая — представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней, структура запись-потомок должна иметь в точности одного предка В 1968 году была введена в эксплуатацию первая промышленная СУБД система IMS фирмы IBM. Это была первая иерархически база данных благодаря которой определили ряд фундаментальных понятий в теории систем баз данных, которые и до сих пор являются основополагающими для сетевой модели данных. Такая форма используется: a. Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory (допускают чёткое представление в виде дерева) b. файловые, база настроек Windows WMI и Реестр Windows. c. Google App Engine Datastore API
Классификация баз данных по модели данных 2) Сетевая - являющаяся расширением иерархического подхода, сетевой структуре данных у потомка может иметься любое число предков. Такая модель данных используется: 1) в графических системах для формирования 3 D изображений. 2) в системах пространственной координации объектов.
Классификация баз данных по модели данных 3) Реляционная - данные в базе данных представляют собой набор отношений. Отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности. Реляционная модель данных поддерживает декларативные ограничения целостности уровня домена (типа данных), уровня отношения и уровня базы данных. Такая форма используется: a. Oracle b. MS SQL, MY SQL c. Potgresql d. MS Access
Классификация баз данных по модели данных 4) Объектная и объектно-ориентированная – Данные в таких базах представляют из себя объекты с определенными наборами свойств и методов и поведения. Отношения данных объектов строятся на основе обобщения свойств и методов и поведения различных объектов по отношению друг к другу Данную модель данных используют: 1. Jasmine (компания Computer Associates) — Одна из известнейших объектных баз 2. Versant (разработка Versant Technologies) — использовалась в основном для разработки телекоммуникаций 3. POET (компания POET Software) — компактная объектная база данных. Которая поддерживает программные интерфейсы C++, Java, Visual Basic
Классификация баз данных по среде хранения 1) Хранение данных во вторичной памяти, или традиционная средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) — как правило жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь данные для текущей обработки. Оперативная память Жесткий Диск БД Синхронизация результата Внутренняя шина передачи данных Временные данные
Классификация баз данных по среде хранения 2) Хранение данных в оперативной памяти все данные на стадии исполнения находятся в оперативной памяти. Оперативная память Жесткий Диск БД синхронизация результата при завершении работы с базой данных Внутренняя шина передачи данных Полная копия БД
Классификация баз данных по среде хранения 3) Хранение данных в третичной памяти средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кеш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры. Оперативная память Сверх быстрый Канал связи База Данных Оптика SCSI Временные файлы Локальный диск Синхронизация результата Временные данные Сервер 1 Оперативная память Внешнее хранилище Временные файлы Локальный диск Синхронизация результата Сервер 2 Временные данные
Классификация по степени распредилённости 1) Централизованная, или сосредоточенная - это когда база данных, полностью поддерживаемая на одном компьютере. 2) Распределённая – это когда составные части базы данных размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.
Схема работы СУБД Уровень операционной системы Уровень представления СУБД Пользовательский уровень Программисты Прикладное программирование Пользователи Запросы Администраторы Схемы базы данных Процессор DML Процессор запросов Компилятор DDL Объектный код программы Контроллер базы данных Контроллер словаря Методы доступа Системные буферы Контролер файлов База данных
Компоненты СУБД Процессор запросов. Это основной компонент СУБД, который преобразует запросы в последовательность низкоуровневых инструкций для контроллера базы данных Контроллер базы данных принимает запросы и проверяет внешние и концептуальные схемы для определения тех концептуальных записей, которые необходимы для удовлетворения требований запроса. Затем контроллер базы данных вызывает контроллер файлов для выполнения поступившего запроса. Контроллер файлов манипулирует предназначенными для хранения данных файлами и отвечает за распределение доступного дискового пространства. Он создает и поддерживает список структур и индексов, определенных во внутренней схеме. Однако контроллер файлов не управляет физическим вводом и выводом данных непосредственно, а лишь передает запросы соответствующим методам доступа, которые считывают данные в системные буферы или записывают их оттуда на диск.
Компоненты СУБД Препроцессор языка Data Manipulation Language (DML) (язык управления данными). Этот модуль преобразует внедренные в прикладные программы DMLоператоры в вызовы стандартных функций базового языка. Для генерации соответствующего кода препроцессор языка DML должен взаимодействовать с процессором запросов. Компилятор языка Data Definition Language (DDL) (язык описания данных) Компилятор языка DDL преобразует DDL-команды в набор таблиц, содержащих метаданные. Затем эти таблицы сохраняются в системном каталоге, а управляющая информация - в заголовках файлов с данными. Контроллер словаря управляет доступом к системному каталогу и обеспечивает работу с ним. Системный каталог доступен большинству компонентов СУБД.
Компоненты СУБД Системный каталог, или словарь данных, является хранилищем информации, описывающей данные в базе данных. Обычно в системном каталоге хранятся следующие сведения: 1) Имена, типы и размеры элементов данных; 2) Имена связей; 3) Накладываемые на данные ограничения поддержки целостности; 4) Имена санкционированных пользователей, которым предоставлено право доступа к данным; 5) Внешняя, концептуальная и внутренняя схемы и отображения между ними; 6) Статистические данные, например частота транзакций и счетчики обращений к объектам базы данных.
Функции СУБД 1) Организация данных – предоставляет пользователю или приложению возможность изменять структуру представления данных, а так же устанавливать отношения между элементами базы данных. 2) Выборка данных - предоставляет пользователю или приложению возможность извлекать из базы данных содержащуюся в ней информацию и пользоваться ею 3) Обработка данных - предоставляет пользователю или приложению возможность изменять базу данных, т. е. добавлять в нее новые данные, а так же удалять или обновлять уже имеющиеся в ней данные.
Функции СУБД 4) Управление доступом - предоставляет пользователю или приложению возможность ограничивать пользователя по выборке и изменению данных и защитить их от несанкционированного доступа. 5) Совместное использование данных – позволяет координировать совместное использование данных пользователями, работающими параллельно, чтобы они не мешали другу.
Предметная область Учет хозяйственных ресурсов Учет денежных ресурсов Работа предприятия Учет трудовых ресурсов Учет любых других ресурсов Предметной областью называется часть реальной системы, представляющая интерес для исследования.
Объект Информация о товаре Информация о сотруднике Информация о покупке Информация о заказе Информация о событии Любая другая информация о деятельности компании Объектом называется элемент информационной системы, информацию о котором мы сохраняем. В реляционной теории баз данных объект называется сущностью.
Вопросы: 1) Придумайте 5 направлений деятельности человека для которых можно использовать базу данных. 2) Перечислите преимущества использования баз данных. 3) Перечислите классификации баз данных и приведите как минимум по 2 названия баз данных из каждой классификации. 4) Перечислите основные компоненты СУБД. 5) Перечислите основные компоненты СУБД. 6) Перечислите основные функции СУБД. 7) Как называется часть реальной системы, представляющая интерес для исследования 8) Дайте определение сущности
Модель данных - представление данных и взаимосвязей между данными в базе данных Модели данных Инфологическая Дата логическая Физическая Инфологическая – подставляет модель данных в виде взаимосвязей между объектами (сущностями) Дата логические модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке. Физическая модели данных основывается на файловых структурах
Этапы проектирования базы данных (БД) Под жизненным циклом баз данных понимаются этапы развития БД, начиная от анализа предметной области, и заканчивая эксплуатацией БД. Этапы проектирования: 1) Провести анализ предметной области – собрать информацию о потоках и изменениях данных. 2) Составить инфологическую модель данных. 3) Выделить основные критерии под которые должна подходить СУБД. 4) Выделить основные критерии под которые должна подходить СУБД. 5) Логическое проектирование – создание логически понятной схемы данных максимально повторяющих действия в предметной области 6) Создание физической модели данных методами выбранной СУБД
Класс Объектов Студент Год поступления ФИО Адрес проживания Год рождения Номер группы Статус посещения занятий и т. д. Классом объектов называют совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств.
Атрибут Реальный мир Информация Атрибуты Марка Пробег Свойства Цена Цвет Марка Значение атрибута Цвет Свойства 800 000 желтый Жигули Атрибут - это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется рядом основных атрибутов, ограниченных рамками исследуемой предметной области. Значение элемента данных Свойства Сохраняемые данные
Таблица - это некоторая регулярная структура, состоящая из конечного набора однотипных записей. Тип данных (Текст) Тип данных (число) Значение данных представляет собой действительные данные, содержащиеся в каждом элементе данных. Запись данных - это совокупность значений связанных элементов данных.
Ключи Ключевым элементом данных называется такой элемент, по которому можно определить значения других элементов данных. ID_woker Family_woker Name_woker Fwrst_name_woker Besday_woker 1234586 Иванов Владислав Петрович 1983 1234587 Петров Николай Александрович 1984 1234588 Сидоров Владимир Евгеньевич 1985 1234589 Иванов Виктор Владимирович 1986 1234590 Петров Алексей Вичеслаович 1987 1234591 Сидоров Владимир Евгеньевич 1988 Первичный ключ - это атрибут (или группа атрибутов), которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице. Альтернативный ключ - это атрибут (или группа атрибутов), несовпадающий с первичным ключом и уникально идентифицирующий экземпляр объекта.
Скачать презентацию СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ СУБД Бутенко Владимир Викторович
1 Системы управления Базами Данных (СУБД) 2.ppt