Основные вводные понятия о базе данных

В общем виде ИПС-Д можно представить в виде блок-схемы.

             

                           Схема  ИПС-Д для избирательного распределения.

Блоки 1 и 2 функционируют в режиме формирования и пополнения массивов запросов.

Блоки 3 и 4 работают в режиме поиска.

 

Тезаурус – словарь, отражающий семантическую (логическую) связь между словами или другими смысловыми элементами данного языка.

В широкой трактовке тезаурус можно рассматривать как:

• Одноязычный (толковый) словарь, объясняющий значение каждого слова;
• тезаурус коллектива (учебная группа) характеризует информационную общность (уровень взаимопонимания) данного коллектива;
• характеризует уровень описания системы знаний определенной науки (история – география, физика - математика).

 

 

 

 

 

 

Для ретроспективного (справочного) поиска общая блок-схема ИПС-Д такова:

                                       

 

Информационно-справочная система (ИСС)

ИСС является системой регистрации, переработки и хранения информации; предназначена для обеспечения пользователя сведениями справочного характера (09, 088 и т.д.).

В Интернете это справочные, поисковые сайты.

ИСС может объединять в себе функции фактографических ИПС и документальных ИПС.

Впервые автоматизированные ИСС создавались для информационно-справочных служб и состояли из:

- технического  основания;

- математического  обеспечения;

- информационной  базы данных.

 

 Информационно-управляющая система (ИУС)

ИУС на основании информации о состоянии объекта вырабатывают и принимают решения по управлению ими.

Подразделяются на:

 

1. Обеспечение информацией службы управления объектом. Осуществляют функцию с помощью массивов данных, характеризующих структуру, характеристику и взаимосвязь (структура предприятия, база, склад, выпускаемая продукция и т.д.).

2. Выработка и принятие решения по управлению объектом. Осуществляет прогнозирование состояния управляемого объекта. Вырабатывает и принимает решение по достижению заданных целей. Прогнозирование основополагается на планирование на различных уровнях. Перспективный (5-10 лет), годичный, квартальный.

 

С увеличением объемов информации и сложности расчетов по экономико-математическим моделям появилась острая необходимость создания автоматизированных систем управления (АСУ).

 

 

 

Характеристики основных функциональных составляющих СУБД:

Краткое резюме

• Системы управления БД. СУБД отличается способностью к эффективному выполнению операции обработки больших массивов информации, хранимых на протяжений длительных периудов времени. СУБД реализовано поддержка мощных языков запроса и устойчивых транзакции, которые могут выполняться независимо от других параллельных транзакции.
• СУБД и файловые системы. Традиционные файловые системы не являются альтернативой СУБД, поскольку они не в состояний обеспечить реализацию высокопроизводительных функции поиска., возможность эффективной модификаций небольших элементов информации, поддержка сложных запросов
• Вторичный и третичный устройство хранение данных. Крупные БД  размешает как правило на троичных дисков. Наиболее обширный требование которые на несколько порядковых но много раз менее производительный 
• Система клиент сервер. СУБД обычно поддерживает архитектуру клиент сервер предусматриваюших основных компонентов сервер и предоставлявши пользователь интерфейс языки БД

Существует ряд языков или языковх компонентов для определения структур данных (языки определение данных) и описание запросов и инструкции по изменению элементов информации(языки упраления данными).

• Компонент СУБД числу наиболее важных компонентов СУБД относятся менеджер хранения данных, процесса запросов, и менеджер транзакции
• Менеджер хранения данных, это компонент СУБД, отвественность за размещение и хранении на диске основной инв базы данных, мета данных(сведении о схеме или логической структуре данных) индексов структур ускоряющих доступ к информации и протоколов, (записей фиксирующих изменении базы данных ) важнейшей частью под системных хранении данных является менеджер буфер, обеспечивающей перенос дисковой информацией  в буфер оперативной памяти и обратно.
• Процессор запроса – элемент СУБД , осуществляющий лексический и семантический разбор запроса, его оптимизацию, выбор соответствующего плана запроса и последующее выполнение плана применительно к реальным данным.
• Менеджер транзакций – часть СУБД реализующие функции введения протокола изменений с целью обеспечение возможности восстановления данных после сбоя системы.
• Реалиционная модель. Отношение – это таблица, представляющая информацию. Столбцы таблицы озаглавлены названиями атрибутов; каждому атрибуту поставлен в соответствии определенный тип данных. Строки таблицы, называемые кортежами, каждый из которых обладает компонентами – по одному на соответствующий атрибут таблицы - отношений.
• Схемы. Наименование отношений в совокупности с названиями его атрибутов образуют схему отношений. Множество схем отношений представляет схему БД. Определенный набор данных отношения или множество отношений называют соответственно, экземпляром отношения и экземпляром БД.
• Преобразование множеств сущностей в отношение. Отношение, построенное для множество сущностей, обладает теми же атрибутами, что и исходная множество сущностей.
• Преобразование связей в отношение. Отношение, построенные для связи, обладает атрибутами, соответствующими к ключевым атрибутам каждого из множеств сущности, охватываемых этой связью.
• Преобразование иерархии связи в отношение. Одним из способов реализации подобного преобразования предполагается распределение сущности по различным множеством иерархии и состоит в создании отношения со всеми необходимыми атрибутами для каждого множества сущности, подчиняющихся иерархии.
• Функциональные зависимости. Функциональная зависимость – это утверждение о том, что два кортежа отношения совпадающая в некоторых атрибутах должны обладать определенной зависимостью.
• Ключи отношения. Супер ключ отношения – это множество атрибутов, которые функционально обуславливает все другие атрибуты отношения. Ключ – это супер ключ, ни одно из подмножеств которого не в состоянии функционально обосновать все другие атрибуты отношения.
• Декомпозиция отношений. Схема отношения допускает декомпозицию в две другие схемы без потери информации, если атрибуты, общие для двух схем, образуют супер ключ по меньшей мере для одного из отношений, получаемых в результате декомпозицию.
• Многозначные зависимости. Многозначная зависимость – это утверждение о том, что два множества атрибутов отношения обладают наборами значений, которые могут присутствовать в отношении во всех возможных сочетаниях.
• Процессор транзакции. Основные функции.

Напомним, транзакции есть совокупность операций манипулирования данных (вставки, удаления, выборки, обновления) в системе БД, которые переводят БД из одного целостного состояния в другое.

1. Протоколирование. С целью удовлетворения требования устойчивости транзакции каждое изменение в БД фиксируются в специальных дисковых файлах. Менеджер протоколирования руководствуются стратегией при которой исключаются вредные последствия системных сбоев во время выполнения транзакции, а менеджер восстановления в случае возникновения подобных ситуаций способен привести БД в некоторое сообразное состояние.
2. Управление параллельными заданиями. Транзакции обязаны выполняться в полной изоляции друг от друга планировщик заданий или менеджер параллельных заданий должен обеспечить режим работы системы таким образом, чтобы результат выполнения отдельных совпадающих по времени операций многочисленных транзакций инициировались, протекали и полностью завершались в строгой очередности, не пересекаясь одна с другой.
3. Разрешение взаимоблокировок. Транзакции могут быть блокированы планировщиком задания и возможно возникновение таких обстоятельств, когда ни одна из транзакций не в состоянии продолжить работу в виду того, что ей необходим ресурс находящийся в ведение другой транзакции. Менеджер транзакции обладает прерогативой вмешиваться в ситуацию и прерывать (откатывать) одну или несколько транзакций, чтобы позволить остальным продолжить работу.

 Процессор запросов. Подсистема, в наибольшей степени определяющая показатели производительности СУБД.

• Обработка запросов. Запросы, получаемые системой, в начале компилируются и оптимизируются, а затем выполняются. При изучении процесса выполнения запросов необходимо ознакомление с методами реализации учитывающими особенности и возможности языков запросов, в частности SQL.
• Планы запросов. На основе текста запроса конструируется логический план запросов, который затем преобразуется в физический план запроса по средствам выбора способа реализации каждого оператора и порядка выполнения соединении, а также принятие иных решений.
• Измерение стоимости физических операторов. Домининирующие компоненты суммарных затрат, связанных с выполнением физического оператора, служит, как правило, количество требуемых операций дискового ввода – вывода.
• Итераторы. Последовательность операторов, вовлеченных в процесс выполнения запроса в контексте модели итератора, предусматривающая наличия ряда функций предназначенных для открытия конструкции.

 

 

 

 

Модели организации данных

 

Модели БД определяются 3 компонентами:

- допустимой организацией данных;

- ограничениями целостности;

- множеством допустимых  операций.

В теории СУБД выделяют модели 3 основных типов: иерархическую, сетевую и реляционную. Основой для иерархической и сетевой моделей являются понятия: атрибут, агрегат и запись. Под атрибутом(элементом данных) понимается наименьшая структурная единица данных. Множество атрибутов образуют агрегат данных. Записью называют составной агрегат, который не входит в состав других агрегатов. В иерархической модели все записи, агрегаты и атрибуты БД образуют иерархически образованный набор, а именно структура в которой ВСЕ ЭЛЕМЕНТЫ СВЯЗАННЫ отношениями подчиненности. Примером иерархической структуры БД является следующая схема в виде граф. Структуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Концепция сетевой модели данных связанна с расширением иерархической модели. Сетевая БД состоит из набора записей и набора связей между этими записями. Схему сетевой модели данных представим на рисунке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Концепция реляционной модели данных была сформулирована американским ученным Э.Ф.Коддом. в реляционной модели объекты и взаимосвязи между ними представляются с помощью таблиц. Для ее формального определения используется фундаментальное понятие отношения. Схема реляционной модели данных может быть представлена в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В реляционной БД каждая таблица должна иметь ключевой элемент – поле или комбинацию полей, который единственным способом идентифицируют каждую строку в странице. Преимуществом реляционной модели является то, что в ее рамках действие над данными могут быть сведены к операциям объединения, пересечения, произведения, выборка, проекция, соединение и деление. Важнейшей проблемой, решаемой при проектировании БД является создание такой структуры, которая бы обеспечивала минимальное дублирование информации и упрощала процедуры обработки и обновления данных. Коддом был предложен перечень формальных требований универсального характера к организации данных, которая позволяет эффективно решать перечисленные задачи и называются нормальными формами. Принципиальным моментом является то, что для приведения таблиц к состоянию нормальных форм над ними должны быть осуществлены операции реляционной алгебры основным достоинством реляционной модели является ее простота, благодаря чему она является основой большинства реально работающих СУБД.

 

Язык SQL(Structured Query Language – структурирования язык запроса).

 

Язык SQL позволяет работать с реляционными моделями БД. В SQL выделяются следующие группы инструкций – язык описания данных – DDL;

       - язык  манипулирования данными – DML;

       - язык  управлении транзакциями.

Понятие транзакции. Совокупность операции манипулирования данными(вставки, удаления, выборки, обновления) в системе БД, которая переводит БД из одного целостного состояния в другое. Существуют различные модели транзакции. В соответствии с классической моделью транзакция рассматривается как единое целое(свойство атомарности). В соответствии с такой моделью, либо все эти операторы выполняются и результаты фиксируются в БД, либо результаты транзакции полностью аннулируются в БД(откат транзакции). В обоих случаях логическая целостность БД не нарушается. Транзакции одновременно исполняемые в системе называются параллельными транзакциями, они могут использовать общие ресурсы, при этом могут возникать конфликты при доступе к ресурсам. Транзакция является локальной в распределенной системе БД, для обработки которой необходимы только ресурсы того узла сети где она была инициированы.

Распределение данных – это способ размещения данных в системе БД, функционирующих в сетевой среде, при которой данные размещаются в разных узлах сети. Транзакция является глобальной в распределенной системе БД, для исполнение которой в отличии от локальной транзакции необходимы обращения к нескольким частям БД, хранимых в разных узлах сети. Глобальные транзакции может в процессе ее обработки декомпозироваться на множество локальных транзакций, координация исполнения которых обеспечивается главной из этих транзакций.

Инструкции языка описания данных предназначены для создания, изменения и удаления объектов БД. В таблице приведем их краткое описание.

 

DDL

Инструкция	Назначение
CREATE	Создание новых объектов(таблиц, полей и т.д.)
DROPE	Удаление объектов
ALTER	Изменение объектов

 

Инструкция DML позволяет выбирать данные из таблиц, а так же добавлять, удалять и изменять их

 

DML

Инструкция	Назначение
SELECT	Выполнение запроса в БД с целью отбора записи удовлетворяющим заданным критериям
INSERT	Добавление записи в таблицу БД
UPDATE	Изменение значений отдельных записей и полей
DELETE	Удаление записей из БД