Функции, реализуемые СУБД. (вопрос 5)

Функции, классификация и структура СУБД. (вопросы 5, 6)

Раздел 2. Системы управления базами данных фактографических информационных систем.

Внутренняя схема базы данных.

Совокупность средств и способов реализации схемы базы данных в конкретной СУБД составляет модель организации данных.

Логическая структура данных представляет описание средствами конкретной СУБД инфологической схемы предметной области (информационные объекты, реквизиты, связи).

Логическая структура данных.

Вторым уровнем представления информации в ИС является схема базы данных (называемая еще логической структурой данных).

Схема БД содержит также ограничения целостности данных.

Ограничения целостности данных представляют собой набор установок и правил по типам, диапазонам, соотношениям и т.д. и особенностей связей между объектами. К примеру, диапазон значений атрибута «Дата рождения» объекта «Лицо» не может выходить за рамки текущей даты. Значение атрибута «Дата приобретения» объекта «Имущество» не может быть больше значения атрибута «Дата продажи». Значение атрибута «Количество» объекта «Материал» не должно быть меньше минимально необходимого на складе и т.п. Ограничения целостности данных лежат в основе корректности информации при ее вводе в систему и периодического контроля наличия смысловых и других ошибок в базе данных, после проведения операций добавления, удаления и изменения данных.

Третий и самый «нижний» уровень представления информации в фактографических ИС выражается внутренней схемой, определяющей структуру организации и особенности хранения информационных массивов, в которых и находятся сами данные. Более конкретные особенности представления и организации данных определяются конкретным типом и особенностями СУБД, используемой для создания ИС.

В конце 60-х – начале 70-х годов были разработаны основы программного обеспечения для создания и эксплуатации фактографических ИС. В конце 70-х, начале 80-х годов направление программного обеспечения под общим названием «СУБД» превратилось в одну из наиболее бурно развивающихся отраслей программной индустрии.

Основные программно-математические и технологические решения по СУБД были разработаны в ряде исследовательских проектов. Наиболее известными из которых, был проект «Рабочей группы по базам данных» КОДАСИЛ (DBTG CODASIL - CO nference on DA ta SY stems L anguages - конференция по языкам систем данных), пионерские работы основателя теории реляционных баз данных Е. Кодда, проект разработки системы управления реляционными базами данных «System R» фирмы IBM (1975-1979гг.) и проект разработки СУБД «INGRES» (IN teractive GR aphics and RE trieval S ystem - Диалоговое представление и система поиска) в университете Беркли (1975-1980гг.) под руководством М. Стоунбрейкера.

С самого начала возникновения АИС ориентировались на хранение и обработку больших объемов данных, которые не могли быть одновременно размещены в оперативной памяти ЭВМ.

За организацию, размещение и оперирование данными во внешней (долговременной) памяти отвечает операционная система ЭВМ, соответствующий компонент которой чаще всего называется “файловой системой”. Данные во внешней памяти компьютера представлены именованными совокупностями, называемыми файлами. В большинстве случаев операционная (файловая) система не “знает” внутренней смысловой логики организации данных в файлах и оперирует с ними как с однородной совокупностью байтов или строк символов.

С точки зрения смысла и назначения АИС файлы данных имеют структуру, отражающую информационно-логическую схему предметной области АИС. Эта структура данных в файлах должна обязательно учитываться в операциях обработки (в этом и состоит одна из основных функций АИС).

Вместе с тем, в силу невозможности размещения файлов баз данных сразу и целиком в оперативной памяти компьютера, структуру данных в файлах баз данных приходится учитывать при организации операций обращения к файлам во внешней памяти.

Отсюда вытекает основная особенность СУБД как вида программного обеспечения. Будучи по природе прикладным программным обеспечением, т.е. предназначенным для решения конкретных прикладных задач, СУБД изначально выполняли и системные функции – расширяли возможности файловых систем системного программного обеспечения.

В общем плане можно выделить следующие функции, реализуемые СУБД:

1) организация и поддержание логической структуры данных (схемы базы данных);

2) организация и поддержание физической структуры данных во внешней памяти;

3) организация доступа к данным и их обработка в оперативной и внешней памяти.

Организация и поддержание логической структуры данных (схемы базы данных) обеспечивается моделями организации данных (моделями данных).

Модель данных определяется способом организации данных, ограничениями целостности и множеством операций, допустимых над объектами организации данных. Соответственно модель данных разделяют на три составляющие – структурную, целостную и манипуляционную.

Известны три основные модели организации данных: иерархическая, сетевая и реляционная. Модель данных, реализуемая СУБД, является одной из основных составляющих, определяющих функциональные возможности СУБД по отражению в базах данных информационно-логических схем предметных областей АИС.

Модель организации данных, по сути, определяет внутренний информационный язык автоматизированного банка данных, реализующего автоматизированную ИС.

По моделям часто различают иерархические, сетевые и реляционные СУБД.

Организация и поддержание физической структуры данных во внешней памяти.

Эта функция включает организацию и поддержание внутренней структуры файлов базы данных, иногда называют форматом файлов базы данных, а также создание и поддержание специальных структур (индексы, страницы) для эффективного и упорядоченного доступа к данным. В этом плане эта функция тесно связана с третьей функцией СУБД – организацией доступа к данным.

Организация и поддержание физической структуры данных во внешней памяти может производиться как на основе штатных средств файловых систем, так и на уровне непосредственного управления СУБД устройствами внешней памяти.

Организация доступа к данным и их обработка в оперативной и внешней памяти осуществляется через реализацию процессов, получивших название транзакций.