Организация и структура баз данных.

Лекция 2.3.3.

Тема: Системы баз данных .

Понятие баз данных (БД).

Виды систем баз данных.

Организация и структура баз данных.

Система управления базами данных (СУБД).

Шлюзы.

Формирование информационного пространства.

Основы обработки данных.

Защита данных и безопасность БД.

Средства поддержки баз данных и их расширение.

Понятие хранилища данных.

Принципы создания единого корпоративного информационного хранилища.

Понятие баз данных (БД).

  Одной из важнейших областей применения компьютеров является переработка и хранение больших объемов информации в различных сферах деятельности человека: в экономике, банковском деле, торговле, транспорте, медицине, науке и т.д.

Существующие современные информационные системы характеризуются огромными объемами хранимых и обрабатываемых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.

  Информационная система — это система, которая реализует автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными и включает технические средства обработки данных, программное обеспечение и обслуживающий персонал.

  Цель любой информационной системы — обработка данных об объектах реального мира. Основой информационной системы является база данных. В широком смысле слова база данных — это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области.    Под предметной областью принято понимать часть реального мира, подлежащего изучению для организации управления его объектами и, в конечном счете, автоматизации, например, предприятие, вуз и т. д.

  Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам и быстро производить выборку с произвольным сочетанием признаков. При этом очень важно выбрать правильную модель данных. Модель данных — это формализованное представление основных категорий восприятия реального мира, представленных его объектами, связями, свойствами, а также их взаимодействиями.

База данных— это информационная модель, позволяющая упорядоченно хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором свойств.

База данных - набор сведений, хранящихся некоторым упорядоченным способом. Можно сравнить базу данных со шкафом, в котором хранятся документы. Иными словами, база данных - это хранилище данных.

   Информация в базах данных хранится в упорядоченном виде. Так, в записной книжке все записи упорядочены по алфавиту, а в библиотечном каталоге либо по алфавиту (алфавитный каталог), либо в соответствии с областью знания (предметный каталог).

   Простейшая схема работы с базой данных выглядит так:

   Система программ, позволяющая создавать БД, обновлять хранимую в ней информацию, обеспечивающая удобный доступ к ней с целью просмотра и поиска, называется системой управления базами данных (СУБД).

Виды систем баз данных.

     Группу связанных между собой элементов данных называют обычно записью. Известны три основных типа организации данных и связей между ними: иерархический (в виде дерева), сетевой и реляционный.

Иерархическая БД

В иерархической БД существует упорядоченность элементов в записи, один элемент считается главным, остальные – подчиненными. Данные в записи упорядочены в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться лишь последовательным «спуском» со ступеньки на ступеньку. Поиск какого-либо элемента данных в такой системе может оказаться довольно трудоемким из-за необходимости последовательно проходить несколько предшествующих иерархических уровней. Иерархическую БД образует каталог файлов, хранимых на диске; дерево каталогов, доступное для просмотра в Norton Commander, – наглядная демонстрация структуры такой БД и поиска в ней нужного элемента (при работе в операционной системе MS-DOS). Такой же базой данных является родовое генеалогическое дерево.

А)                               Б)

Рисунок. Иерархическая модель базы данных

Сетевая БД

  Эта база данных отличается большей гибкостью, так как в ней существует возможность устанавливать дополнительно к вертикальным иерархическим связям горизонтальные связи. Это облегчает процесс поиска требуемых элементов данных, так как уже не требует обязательного прохождения всех предшествующих ступеней.

Рисунок. Сетевая модель базы данных

Реляционная БД

Наиболее распространенным способом организации данных является третий, к которому можно свести как иерархический, так и сетевой – реляционный (англ. relation – отношение, связь). В реляционной БД под записью понимается строка прямоугольной таблицы. Элементы записи образуют столбцы этой таблицы (поля). Все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный), а каждый столбец – неповторяющееся имя. Одинаковые строки в таблице отсутствуют.     Преимущество таких БД – наглядность и понятность организации данных, скорость поиска нужной информации. Примером реляционной БД служит таблица на странице классного журнала, в которой записью является строка с данными о конкретном ученике, а имена полей (столбцов) указывают, какие данные о каждом ученике должны быть записаны в ячейках таблицы.

Рисунок. Реляционная модель базы данных

Совокупность БД и программы СУБД образует информационно-поисковую систему, называемую банком данных.

1. По технологии обработки данных базы данных делятся на централизованные и распределенные. Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная Система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Этот способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях ПК. Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно, пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

2. По способу доступа к данным базы данных делятся на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым доступом).    Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры таких систем: файл-сервер; клиент-сервер.

Файл-сервер

Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обработка. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность такой информационной системы падает. Пользователи могут создавать также на рабочих станциях локальные БД, которые используются ими монопольно. Схема обработки информации по принципу файл-сервер изображена на рисунке.

Клиент-сервер

   В отличие от предыдущей системы, центральная машина (сервер базы данных), помимо хранения централизованной базы данных, должна обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Запрос     к поиску и извлечению данных на сервере. Извлеченные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту. Спецификой архитектуры клиент-сервер является использование языка запросов SQL.

Организация и структура баз данных.

      При создании базы данным может возникнуть вопрос, в каком виде лучше представить и упорядочить информацию, для удобства работы с ней в дальнейшем. В этом поможет структурирование данных. Структурирование - это совокупность правил о способах представления информации базы данных. Существует большое количество типов и видов баз данных, мы же рассмотрим самые распространенные и перспективные из них, такие как: иерархические, сетевые, табличные, объектно-ориентированные и гибридные.

Иерархическая база данных

Структура иерархической базы данных напоминает перевернутое дерево, которое состоит из объектов с различными уровнями. Верхний уровень, который можно сравнить с корнем дерева занимает один, главный объект, ниже присоединяются дочерние объекты второго уровня, еще ниже к дочерним объектам присоединяются объекты третьего уровня и так далее.

   Данная структура хорошо подходит для чтения информации, так как быстро находит, запрашиваемую пользователем информацию.

  Примером  такой структуры является каталог папок    в Windows, который можно увидеть, если запустить "Проводник".

   На первом рисунке изображена иерархическая структура базы данных, сверху находится родительский, корневой элемент (обозначен цифрой 1), ниже расположены дочерние элементы. Элементы, которые находятся на одном уровне (как 2,3) или (как 4,5,6), называются соседними или братьями. Как правило, чем ниже уровень элемента, тем больше в вложенность элемента.

Сетевая база данных

   Сетевая структура базы данных является расширенной версией иерархической структуры. В этом случае возможна связь многих элементов со многими. Другими словами, у дочерних элементов может быть несколько предков, т.е. элементов, которые стоят выше них. Более того, каждый элемент может быть связан с другим элементом. Недостатком сетевой структуры является сложность разработки приложений.

  По рисункам видно, что при сетевой структуре, объекты могут быть взаимосвязаны с любыми другими объектами. Сетевые и иерархические базы данных больше относятся к XML.