Тема 19. Системы управления базами данных (СУБД)

1.     Основные понятия и функциональные возможности СУБД

2.     Классификация СУБД

 

1.         Основные понятия и функциональные возможности СУБД

В настоящее время жизнь человека настолько насыщена различного рода информацией, что для ее обработки требуется создание огромного количества хранилищ информации различного назначения.

Основой информационной системы является база данных.

Целью любой информационной системы является обработка данных об объектах реального мира.

В широком смысле слова база данных — это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира, в какой - либо предметной области.

Кроме того, база данных — это хранилище данных для совместного использования. При автоматизации деятельности человека происходит перенос реального мира в электронный формат. Для этого выделяется какая-то часть этого мира и анализируется на предмет возможности автоматизации. Она называется предметной областью и строго очерчивает круг объектов, которые изучаются, измеряются, оцениваются и т.д. В результате этого процесса выделяются объекты автоматизации и определяются реквизиты, по которым данные объекты оцениваются.

Результатом данного процесса становится база данных, которая описывает конкретную часть реального мира со строго определенных позиций. Итак, оценивая все вышесказанное, можно сказать, что:

Объектами могут быть:

-                люди, например, перечисленные в какой-либо платежной ведомости или являющиеся объектами учетов органов внутренних дел;

-                предметы, например, номерные или имеющие характерные отличительные особенности вещи, средства автомототранспорта;

-                построения —-воображаемые объекты;

-                события.

Базы данных выполняют две основные функции. Они группируют данные по информационным объектам и их связям и предоставляют эти данные пользователям.

Информация может храниться в неструктурированном виде, например, в виде текстового документа, где данные об объектах предметной области записаны в произвольной форме:

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных.

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.

·                 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.

Программа Microsoft Access — самостоятельный программный продукт, входящий в профессиональный пакет программ Microsoft Office. Программа Access — удобное средство для создания и эксплуатации достаточно мощных баз данных без необходимости написания программного кода, хотя в то же время она обладает встроенными средствами программирования. К достоинствам СУБД Access следует также отнести интегрированность с другими программами пакета Microsoft Office: Excel, Word и др. Данные, созданные в этих приложениях, импортируются и экспортируют- ся из одного приложения в другое.

Запуск программы Access осуществляет команда Пуск, Программы, Microsoft Access.

Файл базы данных, созданный в программе версии 2007/2010, имеет значок в виде листа бумаги с изображением буквы А и расширение *.accdb (Access data base), а в версии 2003 — *.mdb (Microsoft data base).

Создать новый файл приложения Microsoft Access можно в любой открытой папке Windows командой Файл, Создать и выбрать соответствующее приложение.

Типовая структура интерфейса. При работе с приложением на экран выводится рабочее поле, содержащее заголовок программы с традиционными кнопками управления окном Windows. Окно программы включает следующие вкладки и команды.

Файл. Команды создания, открытия, сохранения, закрытия, печати файла базы данных, а также ее экспорта и им- порта.

Главная. Копирование, удаление, вставка фрагментов базы данных, операции с буфером обмена и др.

Вид. Команды выбора объекта и вида.

Вставка. Вставка в базу данных новых таблиц, запросов, форм, отчетов и других составляющих базы данных.

Работа с любыми объектами программы начинается с окна База данных, выводимого во вспомогательной области управления. Окно включает строку заголовка с традиционными кнопками управления, строку командных кнопок и рабочее поле. На левой панели рабочего поля сосредоточены элементы управления для вызова объектов программы.

База данных Access включает следующие типы объектов:

-           Таблицы — основные объекты базы данных. В них хранятся данные.

-           Запросы — специальные структуры, предназначенные для обработки хранящихся данных.

-           Формы — удобный для пользователя интерфейс для ввода данных в таблицу, их исправления и просмотра.

-           Отчеты — подготовленные для вывода на экран и печать формы, составленные на основе информации, хранящейся в таблицах или запросах.

-           Страницы — страницы для удаленного доступа к дан- ным через корпоративную сеть или Интернет.

-           Макросы — наборы последовательностей внутренних команд.

-           Модули — программные коды, созданные средствами языка Visual Basic for Application.

Три командные кнопки Открыть, Конструктор,

Создать служат для выбора режима работы с базой. Кнопки Создать и Конструктор предназначены для проектирования базы данных, а кнопка Открыть — для ее эксплуатации. Проектирование базы данных с помощью кнопки Создать соответствует ее названию и служит для создания новых объектов. Кнопка Конструктор открывает структуру выбранного объекта и позволяет ее редактировать и создавать элементы управления. Кнопка Открыть открывает избранный объект и дает возможность отредактировать записи и создать новые. В нижней части экрана в строке подсказки выводятся сообщения для пользователя относительно его возможных действий в текущий момент работы с базой данных.

Для создания новой базы данных следует выбрать команду Файл, Создать, Новая база данных. Проектирование базы данных начинается с формирования структуры ее таблиц, для этого в СУБД Access предусмотрено несколько вари антов: режим конструктора, мастер таблиц и режим ввода данных. Перед созданием структуры таблицы следует продумать и спроектировать название и содержание ее полей.

В режиме конструктора пользователь должен самостоя тельно задать имена полей базы данных и тип хранящихся в них данных. Окно конструктора таблиц фактически представляет собой описательный бланк для создания и редактирования структуры таблиц (рис. 7.3). В верхней части бланка расположена таблица из трех столбцов. Первоначально бланк пуст; для создания таблицы необходимо как минимум заполнить графы «Имя поля» и «Тип данных». В первом столбце вводят имена полей, во втором столбце — их тип, который выбирают из раскрывающегося списка кнопкой выбора.

В Access предусмотрены следующие типы данных:

-            текстовый — текст или числа, не требующие проведе- ния расчетов (например, номера телефонов);

-            поле MEMO — длинный текст или комбинация текста и чисел — предложения, абзацы;

-            числовой — числовые данные, используемые для проведения расчетов;

-            дата/время — даты и время, относящиеся к годам с 100 по 9999 включительно;

-            денежный — денежные значения и числовые данные, используемые в математических расчетах;

-            счетчик — уникальные последовательно возрастающие (на 1) или случайные числа, автоматически вводящиеся при добавлении каждой новой записи в таблицу. Значения полей типа счетчика обновлять нельзя;

-            логический — логические значения, а также поля, которые могут содержать одно из двух возможных значений (Да/Нет);

-            поле объекта OLE — объект (например, электронная таблица Exсel, документ Word, рисунок, звукозапись или данные в двоичном формате), связанный или внедренный в таблицу Access;

 

-            гиперссылка — строка, состоящая из букв и цифр и представляющая адрес гиперссылки;

-            мастер подстановок служит для запуска Мастера, позволяющего создать связь между таблицами.

Графа «Описание» не является обязательной и предназначена для текста подсказки, выводимой в строке состояния при выборе поля в форме.

Нижняя часть окна конструктора таблиц содержит список свойств поля, выделенного в верхней части. Некоторые из свойств уже заданы по умолчанию. К основным свойствам поля, отображаемым на вкладке Общие, относятся:

-            размер поля, определяющий максимальный размер данных, которые могут сохраняться в полях с типом данных: Текстовый, Числовой или Счетчик;

-            формат поля, задающий формат представления данных при выводе данных на экран или печать;

-            число десятичных знаков, устанавливающее количество десятичных знаков после запятой, которые могут меняться от 0 до 15;

-            маска ввода, позволяющая задать для типов данных Текстовый, Числовой и Дата/Время маску, появляющуюся при вводе данных в поле;

-         подпись — второй идентификатор поля, использующийся программой вместо имени поля при работе с данными в табличной форме для создания заголовка столбца Создание межтабличных связей. Структура базы данных может включать в себя несколько таблиц, связанных реляционными отношениями. Создание

-         межтабличных связей производится в специальном окне Схема данных, открываемом кнопкой Схема данных

Запрос — операция отбора данных из таблицы. К одной таблице можно создать множество разных запросов, каж- дый из которых будет извлекать свои необходимые данные. В результате работы запроса из исходной базы формирует- ся результирующая таблица, содержащая часть общей ин- формации, соответствующей запросу.

 

Формирование запроса осуществляется с помощью контекстного меню. На верхней половине бланка открывают те таблицы, к которым обращен запрос, а затем двойными щелчками выделяют названиях тех полей, которые должны войти в результирующую таблицу. При этом автоматически заполняются столбцы в нижней части бланка.

Формы позволяют пользователям вводить данные в таблицу без непосредственного доступа к самим таблицам, а так- же дают возможность выводить результаты работы запросов в виде красиво оформленных форм. Существуют два вида формирования структуры форм: на основе таблицы и на ос- нове запроса, возможен и комбинированный подход.

Отчеты служат для вывода данных на печатающие устройства и должны соответствовать стандартным форматам бумаги. Для создания отчетов существуют различные средства проектирования.

Отчет создается с помощью запроса, выводит на экран и позволяет напечатать:

-            данные в удобной форме;

-            сгруппированные записи из разных таблиц с отбором по условию;

-            вычисляемые поля;

-            включенные в отчет помимо текста графические объекты, диаграммы.

Средства автоматического проектирования представлены автоотчетами, запускаемыми на вкладке Создание кнопкой команды Отчет.

Средством автоматизированного создания отчетов слу жит Конструктор отчетов. При его работе выполняется выбор базовых таблиц или запросов, затем —выбор полей, отображаемых в отчете, выбор полей группировки, полей и методов сортировки, выбор формы печатного макета и

 2.               Классификации СУБД

По модели данных

Иерархические

Используется представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Примеры: Caché, Google App Engine Datastore API.

Сетевые

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Примеры: Caché.

Реляционные

Практически все разработчики современных приложений, предусматривающих связь с системами баз данных, ориентируются на реляционные СУБД. По оценке Gartner в 2013 году рынок реляционных СУБД составлял 26 млрд долларов с годовым приростом около 9%, а к 2018 году рынок реляционных СУБД достигнет 40 млрд долларов. В настоящее время абсолютными лидерами рынка СУБД являются компании Oracle, IBM и Microsoft, с общей совокупной долей рынка около 90%, поставляя такие системы как Oracle Database, IBM DB2 и Microsoft SQL Server.

Объектно-ориентированные

Управляют базами данных, в которых данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Этот вид СУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с объектами в программировании в объектно-ориентированных языках программирования. ООСУБД расширяет языки программирования, прозрачно вводя долговременные данные, управление параллелизмом, восстановление данных, ассоциированные запросы и другие возможности.

Примеры: GemStone.

Объектно-реляционные

Этот тип СУБД позволяет через расширенные структуры баз данных и язык запросов использовать возможности объектно-ориентированного подхода: объекты, классы и наследование.

Зачастую все те СУБД, которые называются реляционными, являются, по факту, объектно-реляционными.

В данном курсе мы будем, в первую очередь, говорить об этом виде СУБД.

Примеры: PostgreSQL, DB2, Oracle, Microsoft SQL Server.

По степени распределённости

·                 Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

·                 Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах).

По способу доступа к БД

Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД.

На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах — недостатком.

Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

Клиент-серверные

Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность.

Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР.

Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы (API).

Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР.

Основные функции СУБД

·                 управление данными во внешней памяти (на дисках);

·                 управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

·                 журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

·                 поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

·                 ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,

·                 процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

·                 подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

·                 а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы