Способы организации системы управления базами данных

Организация системы управления базами данных

База данных — это организованная структура, предназначенная для хранения информации.Данные и информация — понятия взаимосвязанные, но не тождественные, в этом определении есть некоторое несоответствие. Его причины чисто исторические. В те годы, когда формировалось понятие баз данных, в них действительно хранились только данные. Однако сегодня большинство систем управления базами данных (СУБД)позволяют размещать в своих структурах не только данные, но и методы (то есть программный код), с помощью которых происходит взаимодействие с потребителем или с другими программно-аппаратными комплексами. Таким образом, можно говорить, что в современных базах данных хранятся отнюдь не только данные, но и информация. Это утверждение легко пояснить, если, например, рассмотреть базу данных крупного банка. В ней есть все необходимые сведения о клиентах, об их адресах, кредитной истории, состоянии расчетных счетов, финансовых операциях и т. д. Доступ к этой базе имеется у достаточно большого количества сотрудников банка, но среди них вряд ли найдется такое лицо, которое имеет доступ ко всей базе полностьюи при этом способно единолично вносить в нее произвольные изменения. Кроме данных, база содержит методы и средства,позволяющие каждому из сотрудников оперировать только с теми данными, которые входят в его компетенцию. В результате взаимодействия данных, содержащихся в базе, с методами, доступными конкретным сотрудникам, образуется информация, которую они потребляют и на основании которой в пределах собственной компетенции производят ввод и редактирование данных.

С понятием базы данныхтесно связано понятие системы управления базой данных. Это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры новой базы, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и визуализации информации. Под визуализацией информации базы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство вывода или передача по каналам связи.

Существует множество систем управления базами данных. Несмотря на то, что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий. Это дает возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД.

По технологии хранения данных базы делятся на централизованные, размещающиеся в памяти одной вычислительной системы, и распределенные, состоящие из нескольких частей и хранимые на различных компьютерах.

Система управления базами данных — это наиболее распространенное и эффективное универсальное программное средство, предназначенное для организации и ведения логически взаимосвязанных данных на машинном носителе, а также обеспечивающее доступ к данным.

Основной составной частью СУБД является ее ядро — управляющая программа для автоматизации всех процессов, связанных с обращением к базам данных. После запуска СУБД ее ядро постоянно находится в основной памяти и организует обработку данных, управляет очередностью выполнения операций, взаимодействует с прикладным программным обеспечением и операционной системой, контролирует завершение операций доступа к БД. Важнейшей функцией ядра является организация параллельного выполнения запросов.

По способу доступа к данным БД различают системы файл — сервер и клиент — сервер.

В системе файл — сервер одна из вычислительных машин служит хранилищем централизованной базы данных, а доступ к базе осуществляется с других машин, которые носят название рабочих станций. Файлы базы данных передаются на рабочие станции, где производится их обработка.

Для этой архитектуры характерен коллективный доступ к общей базе данных на файловом сервере. Запрошенные данные транспортируются с файлового сервера на рабочие станции, где их обработка выполняется средствами СУБД.

В системе клиент — сервер кроме хранения базы данных на центральную машину ложатся и функции обработки данных, а на клиентских машинах выполняется только представление информации. Запрос на обработку данных выдается клиентом и передается по сети на сервер баз данных, где осуществляется поиск. Обработанные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту.

Информационно-логическая (инфологическая) модель является логическим представлением взаимосвязей объектов базы данных. Известны три разновидности инфологических моделей: иерархическая, сетевая и реляционная.

Иерархическая модель данных основана на графическом способе связей данных, и схема взаимосвязей объектов имеет вид перевернутого дерева. Каждому элементу соответствует только одна связь от элемента более высокого уровня. Поиск данных происходит по одной из ветвей дерева.

Достоинства СУБД иерархической модели — простота, быстродействие. Если структура данных оказывалась сложнее, чем обычная иерархия, то простота структуры иерархической базы становится ее недостатком.

В связи с этим для таких задач, как обработка заказов, была разработана новая сетевая модель данных. Она стала улучшенной иерархической моделью.

Одной из наиболее популярных иерархических СУБД была Information Management System (IMS) фирмы IBM, появившаяся в 1968 г. Она использовалась на больших ЭВМ компании IBM.

В сетевой модели данных каждый элемент может иметь более одного порождающего элемента, а графическое представление модели очень напоминает сеть. Она допускает усложнение «дерева» без ограничения количества связей, входящих в его вершину.

К достоинствам сетевых баз данных можно отнести гибкость, стандартизацию и быстродействие.

Но и иерархические, и сетевые базы данных жесткие по структуре, наборы отношений и структуру записей необходимо задавать заранее, а изменение структуры базы данных обычно означает перестройку всей базы.

Недостатки иерархической и сетевой моделей привели к появлению новой реляционной модели, созданной Коддом в 1970 г. Реляционная модель была попыткой упростить структуру базы данных, и теперь все данные представлялись в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы.

Реляционной называется база данных, в которой все данные, доступные пользователю, организованы в виде таблиц, а все операции над данными сводятся к операциям над этими таблицами.

В реляционной базе данных информация организована в виде таблиц, разделенных на строки и столбцы, на пересечении которых содержатся значения данных. У каждой таблицы имеется свое уникальное имя, описывающее ее содержание.

Строки реляционной таблицы являются записями и хранят информацию об одном экземпляре объекта данных, представленного в таблице. Одинаковых записей в таблице не должно быть. Основное требование к реляционной базе данных состоит в том, что значения полей (столбцов таблицы) должны быть элементарными и неделимыми информационными единицами, что создает возможность применять в целях обработки информации математический аппарат реляционной алгебры. Наиболее популярны реляционные СУБД — dBase, FoxBase, FoxPro. Clarion, Paradox, Oracle, Access и др.

Примером реляционной базы данных может служить таблица «Сотрудники» (таблица 2.7), где одна строка (запись) — сведения об одном из сотрудников.

Таблица 2.1 – Реляционная база данных

Таб.№	Фамилия	имя	отчество	Дата рождения
Петров	Петр	Петрович	15.02.1954
Иванов	Иван	Иванович	23.02.1976
Сидоров	Олег	Олегович	07.09.1986

Поле (столбец таблицы) — элементарная единица логической организации данных. Каждое поле таблицы имеет уникальное имя, при этом каждое из полей однородно, т. е. данные в нем имеют одинаковые тип и длину. Для описания поля используют имя и тип данных.

Поле, значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется ключевым полем. Если ключевое поле одно, то это — простой ключ, если ключевых полей несколько, то ключ называется составным.

Запись — это совокупность значений связанных элементов данных. Экземпляр записи — это отдельная строка таблицы, содержащая конкретные значения ее полей.

Таблица базы данных — это совокупность экземпляров записей одной структуры. Описание структуры базы данных содержит перечень полей записи и их основные характеристики.

Источник

3.5.1 Системы управления базами данных. Организация баз данных

Видеоурок: Системы управления базами данных. Типы баз данных

Лекция: Системы управления базами данных. Организация баз данных

База данных

База данных – это собрание информации об объекте по определенным параметрам.

В зависимости от того, какие связи имеются между информацией в базах данных, они могут быть реляционные (табличные), иерархические и сетевые.

Иерархические БД отличается своим порядком данных – одни элементы в них считаются главными, а другие им подчиняются.

Сетевые структуры можно назвать более гибкими, поскольку связи в них не только вертикальные, но и горизонтальные.

Самой простой БД является реляционная. Вся информация в ней находится в простых ячейках таблиц. Главным достоинством такой БД является простота использования. Именно такую базу данных изучают на уроках информатики и к ней относят MS Access.

Табличные базы данных

Табличные базы данных состоят из двумерных таблиц, которые обладают некоторыми свойствами:

• В каждой ячейке содержится один элемент данных.
• В каждый столбец можно списать элемент одного типа.
• Каждое имя столбца уникально.
• Не имеется одинаковых строк.
• Не существует определенного порядка строк и столбцов.

Таблица – это данные определенного типа. В одной таблице могут быть данные только из какой-то определенной области. Все эти данные расположены в полях (столбцах) и записях (строках).

Поле – это место для основных элементов в базе данных. Он выбранного типа поля в настройках зависит тип элементов, который будет в нем расположен. А также именно в поле задается какие функции можно производить над элементами в поле.

Размер Выражается в знаках (или в символах) Имя Должно быть уникальным для каждого поля Подпись Отображается в заголовке столбца Формат Устанавливает формат данных

А теперь давайте рассмотрим, какой тип могут иметь данные, находящиеся в поле:

• Текстовый – в поле может находится текст, размер которого до 255 символов.
• Числовой – в качестве данных могут быть числа.
• Логические – могут выступать два значения: да (1), нет (0).
• Денежные – записывать числа в форме денежных знаков.
• Поле объектов OLE – в таких полях могут находиться медиафайлы.
• Счетчик – для данных, которые могут изменять свои значения в результате наращивания.
• Поле МЕМО – в таком поле может быть текст, размером до 65535 символов.

Чтобы создавать базы данных, изменять, а также управлять ими, необходим комплект программ, которые называются системами управления базами данных (СУБД).

Источник

Краткое руководство по системам управления базами данных

SQL – это язык структурированных запросов. СУРБД – система управления реляционными базами данных. Существуют следующие разновидности баз данных:

• Система управления файлами
• Иерархические
• Сетевые
• Реляционные
• Объектно-ориентированные
• Гибридные

1) Иерархические – первые базы данных. Иерархическая база данных основана на древовидной структуре хранения информации и напоминает файловую систему компьютера. С точки зрения организации хранения информации, иерархическая база данных состоит из упорядоченного набора деревьев одного типа – каждая
запись в базе данных реализована в виде отношений предок-потомок. Основной недостаток иерархической структуры базы данных –невозможность реализовать отношения многие ко многим. Иерархические базы данных наиболее пригодны для моделирования структур, являющихся иерархическими по своей природе. Иерархия подразумевает только одного родителя.

2) Сетевые базы данных – являются расширением иерархических баз данных. Иерархические базы данных из-за большого количества недостатков просуществовали недолго и были заменены на сетевые базы данных.Сетевые базы данных представляют собой организацию данных в виде железнодорожных путей, где каждая крупная станция имеет связи с несколькими другими станциями. В сетевых базах данных имеется связь многие ко многим. Недостатком сетевых баз данных является сложность разработки больших приложений.

3) Реляционные базы данных – произвели настоящий прорыв в развитии теории баз данных. Основная задача реляционной модели была упростить структуру базы данных. В ней отсутствовали явные указатели на предков и потомков, а все данные были представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении
которых расположены данные.Особенности реляционной базы данных:

• Данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов и строк
• На пересечении каждого столбца и строки находится только одно значение
• У каждого столбца есть свое имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип.
• Столбцы располагаются в определенном порядке, который задается при создании таблицы, в отличие от строк, которые располагаются в произвольном порядке.
• В таблице может не быть ни одной строчки, но должен быть хотя бы один столбец.
• Запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов.

Первичные ключи

Строки в реляционной базе данных неупорядоченные. Для выбора в таблице конкретной строки создается один или несколько столбцов, значения которых во всех строках уникальны. Такой столбец называется первичным ключом.
Первичный ключ (primary key) – является уникальным значением в столбце. Никакие из двух записей таблицы не могут иметь одинаковых значений первичного ключа.
По способу задания первичных ключей различают логические (естественные) ключи и суррогатные (искусственные).
Логический ключ – представляет собой значение, определяющее запись естественным образом.
Суррогатный ключ – представляет собой дополнительное поле в базе данных, предназначенное для обеспечения записей первичным ключом.

Нормализация базы данных

Нормализацией схемы базы данных – называется процедура, производимая над базой данных с целью удаления в ней избыточности.

Централизованная архитектура

При централизованной архитектуре и приложение, СУБД и база данных размещаются на одном центральном мэйнфрейме – базовой универсальной вычислительной машине. Пользователи подключаются к нему посредством терминалов. Терминал представлял собой клавиатуру, монитор и сетевую карту, посредством которой происходит обмен данных терминала с мэйнфреймом. Роль приложения состоит в принятии вводимых данных с пользовательского терминала по сети и передаче их на обработку СУБД с последующей передачей полученного от СУБД ответа на монитор терминала.

Архитектура клиент-сервер

В клиент-серверной архитектуре персональные компьютеры объединены в локальную сеть, в этой же сети находится и сервер баз данных, на котором содержатся общие для всех клиентом базы данные и СУБД. Вычислительные возможности сервера полностью сосредоточены на обслуживании СУБД.

Трехуровневая архитектура интернета

Трехуровневая модель позволяет отделить клиентское программное обеспечение от серверной части, а на серверной стороне отделить веб-сервер от сервера базы данных.
Несколько серверов, работающих над одной и той же задачей, функционируют надежнее и обходятся дешевле, чем один сервер высокой производительности.

Кластерная модель

Кластеры часто называют дешевыми супер ЭВМ. Ряд маломощных машин объединяют в локальную сеть. Специальное программное обеспечение распределяет вычисления между отдельными хостами сети. Выход из строя одного из хостов никак не отражается на работе все сети, а сам кластер легко расширяется за счет ввода дополнительных машин.

Как работают базы данных.

По сути, база данных – это набор файлов, в которых хранится информация. СУБД – система управления базами данных, управляет данными, берет на себя все низкоуровневые операции по работе с файлами, благодаря чему программист при работе с базой данных может оперировать лишь логическими конструкциями при помощи
языка программирования, не прибегая к низкоуровневым операциям.

Язык структурированных запросов SQL позволяет производить следующие операции:

• Выборку данных – извлечение из базы данных содержащейся в ней информации.
• Организацию данных – определение структуры базы данных и установления отношений между ее элементами.
• Обработку данных – добавление, изменение, удаление.
• Управление доступом – ограничение возможностей ряда пользователей на доступ к некоторым категориям данных, защита данных от несанкционированного доступа.
• Обеспечение целостности данных – защита базы данных от разрушения.
• Управление состоянием СУБД.

Достоинства системы управления базами данных MySQL:

• Скорость выполнения запросов.
• СУБД MySQL разработана с использованием языков C/C++ и оттестирована более чем на 23 платформах.
• Открытый код доступен для просмотра и модернизации всем желающим.
• Высокое качество и устойчивость работы.
• Поддержка API для различных языков программирования
• Наличие встроенного сервера. СУБД MySQL может быть использован как с внешним сервером, поддерживающим соединение с локальной машиной и с удаленным хостом, так и в качестве встроенного сервера.
• Широкий выбор типов таблиц позволяет реализовать оптимальную для решаемой задачи производительность и функциональность.
• Локализация выполнена корректна.
• Совместимость с другими базами данных и полностью удовлетворяет стандарту SQL.

Индексы

Индексы – основной способ ускорения работы баз данных. Чтобы найти нужную запись, необходимо сканировать всю таблицу, на что уходит большое количество времени.
Идея индексов состоит в том, чтобы создать для столбца копию, которая постоянно будет поддерживаться в отсортированном состоянии. Это позволяет очень быстро осуществлять поиск по такому столбцу, так, как заранее известно, где необходимо искать значение.
Добавление или удаление записи требует дополнительного времени на сортировку столбца, кроме того, создание копии увеличивает объем памяти, необходимый для размещения таблицы на жестком диске.

Существует несколько видов индексов:

• Первичный ключ – главный индекс таблицы. В таблице может быть только один первичный ключ, и все значения такого индекса должны отличаться друг от друга, являться уникальными в пределах одного столбца.
• Обычный индекс – таких индексов может быть несколько.
• Уникальный индекс – уникальных индексов также может быть несколько, на значения индекса не должны повторяться.
• Полнотекстовый индекс – специальный вид индекса для столбцов типа TEXT, позволяющий производить полнотекстовый поиск.

Типы и структура таблиц

СУБД MySQL поддерживает несколько видов таблиц, каждая из которых имеет свои возможности и ограничения.

MyISAM

MyISAM – является родным типом таблиц для базы СУБД MySQL. База данных в MySQL организуется как каталог. Таблицы базы данных организуются как файлы данного каталога. Каждая MyISAM таблица хранится на диске в трех файлах, имена которых совпадают с названием таблицы, а расширение может принимать одно из следующих значений:

• Frm – содержит структуру таблицы, в файле данного типа хранится информация об именах и типах столбцов и индексов.
• Myd – файл, в котором содержатся данные таблицы.
• Myi – файл, котором содержатся индексы таблицы.

Особенности типа таблиц MyISAM:

• Данные хранятся в кросс-платформенном формате, это позволяет переносить базы данных с сервера непосредственным копированием файлов, минуя промежуточные форматы.
• Максимальное число индексов в таблице составляет 64. Каждый индекс может состоять максимум из 16 столбцов.
• Для каждого из текстовых столбцов может быть назначена своя кодировка.
• Допускается индексирования текстовых столбцов, в том числе и переменной длины.
• Поддерживается полнотекстовый поиск.
• Каждая таблица имеет специальный флаг, указывающий правильность закрытия таблиц. Если сервер останавливается аварийно, то при его повторном старте незакрытые флаги сигнализируют о возможных сбойных таблицах, сервер автоматически проверяет их и пытается восстановить.

MERGE

Тип таблиц MERGE позволяет сгруппировать несколько таблиц типа MyISAM в одну. Такой тип таблиц применяется для снятия ограничения на объем таблиц MyISAM. Таблицы MyISAM, которые подвергаются объединению в одну таблицу MERGE, должны иметь одинаковую структуру, то есть, одинаковые столбцы и индексы, а также порядок их следования.
При создании таблицы типа MERGE будут образованы файлы структуры таблицы с расширением frm и файлы с расширением mrg. Файл mrgсодержит список индексных файлов, работа с которыми должна осуществляться как с единым файлом.

MEMORY (HEAP)

Тип таблиц MEMORY хранится в оперативной памяти, поэтому все запросы к такой таблице выполняются очень быстро. Недостатком является полная потеря данных в случае сбоя работы сервера, поэтому в таблице данного типа хранят только временную информацию, которую можно легко восстановить заново.
При создании таблицы типа MEMORY она ассоциируется с одним-единственным файлом, имеющим расширение frm, в котором определяется структура таблицы.
При остановке или перезапуске сервера данный файл остается в текущей азе данных, но содержимое таблицы, которое хранится в оперативной памяти, теряется.

Ограничения MEMORY таблиц:

Индексы используются только в операциях сравнения совместимо с операторами = и , с другими операторами, такими как > или 2017-12-03Программирование

Источник