В настоящее время функционирование различных предприятий организаций не возможно без информационной системы, которая позволяет автоматизировать сбор и обработку данных. Для хранения и доступа к данным, содержащие необходимые сведения, создается база данных.
Современные информационные системы, основанные на концепции интеграции данных, характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей.
Целью любой информационной системы является обработка данных об объемах реального мира. В широком смысле база данных – совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Под предметной областью принято понимать часть реального мира (предприятие или ВУЗ), подлежащую изучению с целью организации управления и автоматизации.
У термина "база данных" имеется несколько терминов. Они не являются противоречивыми, а представляют разные точки зрения на одно понятие. Остановимся на одном из них:
База данных – информационная модель предметной области в виде совокупности данных, хранимых в памяти компьютера и связанных между собой по правилам, которые определяют их общие принципы описания, хранения и манипулирования.
Под информационной моделью понимают информацию об объекте, отобранную и структурированную в соответствии с заданной целью.
Модель данных - описание методов представления и обработки данных в СУБД, в том числе методов определения типов логических структур в базе данных, методов манипуляции данными и методов определения и поддержки целостности базы данных.
Первые базы данных создавались на основе файловых систем, и вся ответственность за работу с ними возлагалась на прикладное программное обеспечение, использовавшее эти базы. Файловые базы данных сейчас практически не применяются. В современной технологии баз данных предполагается, что создание базы данных, ее поддержка и обеспечение доступа пользователей к ней осуществляется централизованно с помощью специального программного инструментария – системы управления базами данных.
Система управления базами данных (СУБД) – комплекс языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и применения базы данных пользователями.
В состав современных серверов баз данных входят всевозможные средства разработки и механизмы взаимодействия с пользователем на высоком уровне. Эти средства разработки, являясь приложениями пользователя, позволяют создавать приложения, работающие как СУБД.
СУБД представляет собой комплекс программных средств, в работе которого принимает участие множество людей, как обслуживающих эти программы, так и использующие результат их работы.
К программному обеспечению относятся все компьютерные программы, используемые в работе системы управления базами данных. Для выполнения всех функций СУБД требуется программное обеспечение трех видов: 1)системное программное обеспечение (управляет всеми компонентами оборудования и обеспечивает доступ к нему всех остальных приложений, работающих на компьютере);
2)программное обеспечение СУБД (управляет базой данных, реализуя функции СУБД);
3) прикладные программы и утилиты (предназначены для получения доступа к данным и манипулирования ими в среде, прикладные программы служат для представления данных, хранящихся в БД, в виде отчетов и таблиц).
Программное обеспечение СУБД относят к разряду промежуточного программного обеспечения.
Если взять за основу функциональные обязанности, то в СУБД можно выделить шесть основных групп:
1) Системные администраторы – несут ответственность и обеспечивают надежную работу программного обеспечения
2) Администраторы баз данных – обеспечивают работу СУБД и управляют ею, создают записи, выполняет процедуры, связанные с надежностью хранения данных (назначают права, ограничивают доступ)
3) Системные аналитики – выполняют работу по систематизации структуры данных, приложений и отчетов
4) Проектировщики базы данных – проектируют структуру СУБД
5) Программисты – разрабатывают прикладное программное обеспечение
6) Конечные пользователи – применяют прикладные программы с целью выполнения ежедневных операций.
База данных включает в себя:
1) данные (весь фактический материал, хранящийся в базе данных). Являются необработанным сырье, которое подлежит структурированию
2) метаданные (содержимое системного каталога). Представляют собой сведения об именах и структуре таблиц, правах пользователей, типах ограничений и других объектах базы данных
3) процедуры – важный компонент системы. Устанавливают стандарты ведения коммерческой, технологической и производственно-технической деятельности в рамках предприятия и в отношениях с клиентами
Классификация СУБД
По типу принятой модели:
1) иерархические – связь между объектами БД образует перевернутое дерево, т.е. каждый нижележащий элемент иерархии соединен только с одним расположенным выше элементом
2) сетевые – связь между объектами данных могут быть установлены в произвольном порядке
3) реляционные – каждая единица данных в базе однозначно определяется именем таблицы, идентификатором записи и именем поля
4) объектно-реляционные – содержат объектно-ориентированные механизмы построения структур данных в виде расширений языка и программных надстроек над ядром СУБД
5) объектно-ориентированные – основаны на сочетании трех принципов: реляционной модели, стандартов на описание объектов и принципов
объектно-ориентированного программирования
По архитектуре:
локальные базы данных (все данные и объекты СУБД находятся на одном компьютере) и распределительные (различные части данных и объекты СУБД находятся на разных компьютерах)
По способу доступа к БД:
2) файл-серверные – находится на каждом клиентском компьютере и доступ к данным осуществляется через локальную сеть
3) клиент-серверные – обеспечивают разграничение доступа между пользователем и мало загружают сеть и машины
4) встраиваемая – представляет собой программную библиотеку. Доступ к данным происходит посредством запроса на языке SQL или путем вызова функций библиотеки из приложения
По скорости обработки:
Операционные (обладают высокими скоростями на запрос, извлечения и предоставления информации) и хранилища данных (занимает значительный объем времени т.к. базы с очень большим объемом информации)
СУБД выполняет следующие функции:
1) абстракция данных, управление словарем данных – для поиска необходимых структур данных и их отношений СУБД использует словарь данных, помогая избежать кодирования таких сложных взаимосвязей в каждой программе.
2) Управление хранением данных – СУБД создает сложные структуры, необходимые для хранения данных, освобождая программистов от определения и программирования физических свойств данных
3) Преобразование и представление данных – СУБД берет на себя задачу структурирования вводимых данных, преобразуя их в форму, удобную для хранения. Обеспечивая независимость данных, СУБД преобразует логические запросы в команды, определяющие их физическое местоположение и извлечение
4) Управление безопасностью - СУБД создает систему безопасности, которая обеспечивает защиту пользователя и конфиденциальность данных внутри БД
5) Управление многопользовательским доступом – СУБД создает сложные структуры, обеспечивающие доступ к данным нескольких пользователей одновременно
6) Управление резервным копированием и восстановлением – в СУБД имеются процедуры резервного копирования и восстановления данных, обеспечивающие их безопасность и целостность
7) Управление целостностью данных – в СУБД предусмотрены правила, обеспечивающие целостность данных, что позволяет минимизировать избыточность данных и гарантировать их непротиворечивость
8) Поддержка языка доступа к данным и интерфейсов пригладного программирования – СУБД обеспечивает доступ к данным при помощи языка запросов(непроцедурный язык, т.е. он предоставляет пользователю возможность определить, что необходимо выполнить, не указавая, как это сделать)
9) Интерфейсы взаимодействия с базой данных – текущее поколение СУБД обеспечивает специальные программы взаимодействия, разработанные для того, чтобы база данных могла принимать запросы конечных пользователей в сетевом окружении
Проектирование баз данных, как и проектирование информационных систем, состоит из нескольких этапов. Одним из важных этапов проектирования является создание диаграмм "сущность-связь". Для этого необходимо обозначить сущности, добавить к ним атрибуты, установить ключи и объединить сущности при помощи связей. Все это можно проделывать вручную, просто рисуя соответствующие диаграммы на бумаге. В те времена, когда была предложена концепция "сущность-связь", так и делали, однако при наличии компьютера с развитым графическим интерфейсом рисунки на бумаге отошли в прошлое. Довольно быстро был создан целый класс программных продуктов, позволяющий не только выполнять моделирование в парадигме "сущность-связь", но и генерировать на основе созданных моделей схему базы данных для практически любых распространенных серверов баз данных.
Надо отметить, что современные серверы баз данных часто оснащаются средствами моделирования модели "сущность-связь" или другими средствами создания схем данных.
Все тонкости построения информационной модели некоторой предметной области деятельности человека преследуют одну цель – получить хорошую БД. Поясним термин «хорошая БД» и сформулируем требования, которым она должна удовлетворять:
1) Должна удовлетворять информационным потребностям и возможностям пользователей (организаций) и по структуре и содержанию соответствовать решаемым задачам;
2) Должна обеспечивать получение требуемых данных за приемлемое время, т. е. отвечать требованиям производительности;
3) Должна легко расширяться либо интегрироваться в более масштабные объекты при реорганизации предметной области;
4) Должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды;
5) Корректные данные, загруженные в БД, должны оставаться корректными (данные должны проверяться на корректность при их вводе).
Системы управления базами данных очень важны для множества организаций и предприятий, т.к. существует необходимость сохранности и умелое использование информационными ресурсами. Эффективность управления предприятием зависит и от того, насколько разумно в нем организовано управление документооборотом. Фактически, малоэффективное использование накопленной информации (или, еще хуже, ее утрата) может привести к развалу предприятия. Ведь вовремя не полученная информация или документ это, прежде всего, потерянные деньги, время и упущенные возможности. Вследствие этого, на любом предприятии, где ведется активная работа с различными документами, рано или поздно встает проблема систематизации, обработки и безопасного хранения значительных объемов информации. Важную роль в оптимизации деятельности предприятия любого размера и профиля деятельности играют современные системы электронного документооборота.
Похожая информация.
Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм , начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода , вычисления математических функций и т. п.).
В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере . Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком - высокая загрузка локальной сети.
На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.
Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера (см. Клиент-сервер ).
Васильев В.Г. Системное программное обеспечение
Wikimedia Foundation . 2010 .
В этом подразделе приводится классификация СУБД, и рассматриваются основные их функции. В качестве основных классификационных признаков можно использовать следующие: вид программы, характер использования, модель данных. Названные признаки существенно влияют на целевой выбор СУБД и эффективность использования разрабатываемой информационной системы.
Классификация СУБД . В общем случае под СУБД можно понимать любой программный продукт, поддерживающий процессы создания, ведения и использования БД. Рассмотрим какие из имеющихся на рынке программ имеют отношение к БД и в какой мере они связаны с базами данных.
К СУБД относятся следующие основные виды программ:
полнофункциональные СУБД;
серверы БД;
клиенты БД;
средства разработки программ работы с БД.
Полнофункциональные СУБД (ПФСУБД) представляют собой традиционные СУБД, которые сначала появились для больших машин, затем для мини-машин и для ПЭВМ. Из числа всех СУБД современные ПФСУБД являются наиболее многочисленными и мощными по своим возможностям. К ПФСУБД относятся, например, такие пакеты как: Clarion Database Developer, DataBase, Dataplex, dBase IV, Microsoft Access, Microsoft FoxPro и Paradox R: BASE.
Обычно ПФСУБД имеют развитый интерфейс, позволяющий с помощью команд меню выполнять основные действия с БД: создавать и модифицировать структуры таблиц, вводить данные, формировать запросы, разрабатывать отчеты, выводить их на печать и т. п. Для создания запросов и отчетов не обязательно программирование, а удобно пользоваться языком QBE (Query By Example - формулировки запросов по образцу, см. подраздел 3.8). Многие ПФСУБД включают средства программирования для профессиональных разработчиков.
Некоторые системы имеют в качестве вспомогательных и дополнительные средства проектирования схем БД или CASE-подсистемы. Для обеспечения доступа к другим БД или к данным SQL-серверов полнофункциональные СУБД имеют факультативные модули.
Серверы БД предназначены для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Эта группа БД в настоящее время менее многочисленна, но их количество постепенно растет. Серверы БД реализуют функции управления базами данных, запрашиваемые другими (клиентскими) программами обычно с помощью операторов SQL.
Примерами серверов БД являются следующие программы: NetWare SQL (Novell), MS SQL Server (Microsoft), InterBase (Borland), SQLBase Server (Gupta), Intelligent Database (Ingress).
В роли клиентских программ для серверов БД в общем случае могут использоваться различные программы: ПФСУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры, программы электронной почты и т. д. При этом элементы пары "клиент - сервер" могут принадлежать одному или разным производителям программного обеспечения.
В случае, когда клиентская и серверная части выполнены одной фирмой, естественно ожидать, что распределение функций между ними выполнено рационально. В остальных случаях обычно преследуется цель обеспечения доступа к данным "любой ценой". Примером такого соединения является случай, когда одна из полнофункциональных СУБД играет роль сервера, а вторая СУБД (другого производителя) - роль клиента. Так, для сервера БД SQL Server (Microsoft) в роли клиентских (фронтальных) программ могут выступать многие СУБД, такие как: dBASE IV, Biyth Software, Paradox, DataEase, Focus, 1-2-3, MDBS III, Revelation и другие.
Средства разработки программ работы с БД
могут использоваться для создания разновидностей следующих программ:
клиентских программ;
серверов БД и их отдельных компонентов;
пользовательских приложений.
Программы первого и второго вида довольно малочисленны, так как предназначены, главным образом, для системных программистов. Пакетов третьего вида гораздо больше, но меньше, чем полнофункциональных СУБД.
К средствам разработки пользовательских приложений относятся системы программирования, например Clipper, разнообразные библиотеки программ для различных языков программирования, а также пакеты автоматизации разработок (в том числе систем типа клиент-сервер). В числе наиболее распространенных можно назвать следующие инструментальные системы: Delphi и Power Builder (Borland), Visual Basic (Microsoft), SILVERRUN (Computer Advisers Inc.), S-Designor (SDP и Powersoft) и ERwin (LogicWorks).
Кроме перечисленных средств, для управления данными и организации обслуживания БД используются различные дополнительные средства, к примеру, мониторы транзакций (см. подраздел 4.2).
По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские .
Персональные СУ БД обычно обеспечивают возможность создания персональных БД и недорогих приложений, работающих с ними. Персональные СУБД или разработанные с их помощью приложения зачастую могут выступать в роли клиентской части многопользовательской СУБД. К персональным СУБД, например, относятся Visual FoxPro, Paradox, Clipper, dBase, Access и др.
Многопользовательские СУБД включают в себя сервер БД и клиентскую часть и, как правило, могут работать в неоднородной вычислительной среде (с разными типами ЭВМ и операционными системами). К многопользовательским СУБД относятся, например, СУБД Oracle и Informix.
По используемой модели данных СУБД (как и БД), разделяют на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные и другие типы. Некоторые СУБД могут одновременно поддерживать несколько моделей данных.
С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования и удаления) и обработки информации, а также разработки и получения различных выходных документов.
Для работы с хранящейся в базе данных информацией СУБД предоставляет программам и пользователям следующие два типа языков
:
язык описания данных - высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных;
язык манипулирования данными - совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.
Названные языки в различных СУБД могут иметь отличия. Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка: QBE (Query By Example) - язык запросов по образцу и SQL (Structured Query Language) - структурированный язык запросов. QBE в основном обладает свойствами языка манипулирования данными, SQL сочетает в себе свойства языков обоих типов - описания и манипулирования данными.
Перечисленные выше функции СУБД, в свою очередь, используют следующие основные функции более низкого уровня, которые назовем низкоуровневыми
:
управление данными во внешней памяти;
управление буферами оперативной памяти;
управление транзакциями;
ведение журнала изменений в БД;
обеспечение целостности и безопасности БД. Дадим краткую характеристику необходимости и особенностям реализации перечисленных функций в современных СУБД.
Реализация функции управления данными во внешней памяти в разных системах может различаться и на уровне управления ресурсами (используя файловые системы ОС или непосредственное управление устройствами ПЭВМ), и по логике самих алгоритмов управления данными. В основном методы и алгоритмы управления данными являются "внутренним делом" СУБД и прямого отношения к пользователю не имеют. Качество реализации этой функции наиболее сильно влияет на эффективность работы специфических ИС, например, с огромными БД, со сложными запросами, большим объемом обработки данных.
Необходимость буферизации данных и как следствие реализации функции управления буферами оперативной памяти обусловлено тем, что объем оперативной памяти меньше объема внешней памяти.
Буферы представляют собой области оперативной памяти, предназначенные для ускорения обмена между внешней и оперативной памятью. В буферах временно хранятся фрагменты БД, данные из которых предполагается использовать при обращении к СУБД или планируется записать в базу после обработки.
Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности данных в базе. Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от начала и до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои и отказы оборудования, ошибки в программ- / ном обеспечении, включая приложение) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.
Говорят, что транзакции присущи три основных свойства:
атомарность (выполняются все входящие в транзакцию операции или ни одна);
сериализуемость (отсутствует взаимное влияние выполняемых в одно и то же время транзакций);
долговечность (даже крах системы не приводит к утрате результатов зафиксированной транзакции).
Примером транзакции является операция перевода денег с одного счета на другой в банковской системе. Здесь необходим, по крайней мере, двухшаговый процесс. Сначала снимают деньги с одного счета, затем добавляют их к другому счету. Если хотя бы одно из действий не выполнится успешно, результат операции окажется неверным и будет нарушен баланс между счетами.
Контроль транзакций важен в однопользовательских и в многопользовательских СУБД, где транзакции могут быть запущены параллельно. В последнем случае говорят о сериализуемости транзакций. Под сериализацией параллельно выполняемых транзакций понимается составление такого плана их выполнения (сериального плана), при котором суммарный эффект реализации транзакций эквивалентен эффекту их последовательного выполнения.
При параллельном выполнении смеси транзакций возможно возникновение конфликтов (блокировок), разрешение которых является функцией СУБД. При обнаружении таких случаев обычно производится "откат" путем отмены изменений, произведенных одной или несколькими транзакциями.
Ведение журнала изменений в БД (журнализация изменений) выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных сбоев и отказов, а также ошибок в программном обеспечении.
Журнал СУБД - это особая БД или часть основной БД, непосредственно недоступная пользователю к используемая для записи информации обо всех изменениях базы данных. В различных СУБД в журнал могут заноситься записи, соответствующие изменениям в СУБД на разных уровнях: от минимальной внутренней операции модификации страницы внешней памяти до логической операции модификации БД (например, вставки записи, удаления столбца, изменения значения в поле) и даже транзакции.
Для эффективной реализации функции ведения журнала изменений в БД необходимо обеспечить повышенную надежность хранения и поддержания в рабочем состоянии самого журнала. Иногда для этого в системе хранят несколько копий журнала.
Обеспечение целостности БД составляет необходимое условие успешного функционирования БД, особенно для случая использования БД в сетях. Целостность БД , есть свойство базы данных, означающее, что в ней содержится полная, непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Поддержание целостности БД включает проверку целостности и ее восстановление в случае обнаружения противоречий в базе данных. Целостное состояние БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные. Примером таких условий может служить ограничение диапазонов возможных значений атрибутов объектов, сведения о которых хранятся в БД, или отсутствие повторяющихся записей в таблицах реляционных БД.
Обеспечение безопасности достигается в СУБД шифрованием прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа к базе данных и к отдельным ее элементам (таблицам, формам, отчетам и т. д.).
Системное не решает конкретные практические задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, предоставляя им сервисные функции, абстрагирующие детали аппаратной и микропрограммной реализации вычислительной системы, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы.
Системное программирование - создание системного программного обеспечения.
Системный программист - программист, специализирующийся на системном программировании.
Отнесение того или иного программного обеспечения к системному условно, и зависит от соглашений, используемых в конкретном контексте. Как правило, к системному программному обеспечению относятся операционные системы , утилиты , системы программирования , системы управления базами данных , широкий класс связующего программного обеспечения .
1 / 5
✪ Самые нужные программы для Windows 7
✪ Что можно удалить на диске С? Что нельзя удалять? Руководство для пользователей ПК
✪ 5 Бесплатных программ (Самые лучшие необходимые программы)
✪ Поиск и устранение всех ошибок Windows. Как исправить ошибку?
✪ УДАЛЕНИЕ ПРОГРАММ с ПК с полной ОЧИСТКОЙ ♻️ ОБЗОР Uninstall Tool
Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм , начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода , вычисления математических функций и т. п.).
Встроенные программы или firmware - это программы, «зашитые» в цифровые электронные устройства. В ряде случаев (например, BIOS IBM-PC совместимых компьютеров) являются по сути частью операционной системы, хранящейся в постоянной памяти. В достаточно простых устройствах вся операционная система может быть встроенной. Многие устройства современных компьютеров имеют собственные «прошивки», осуществляющие управление этими устройствами и упрощающие взаимодействие с ними.
Утилиты (англ. utility или tool ) - программы, предназначенные для решения узкого круга вспомогательных задач. Иногда утилиты относят к классу сервисного программного обеспечения.
Утилиты используются для мониторинга показателей датчиков и производительности оборудования (например, мониторинга температур процессора или видеоадаптера), управления параметрами оборудования (ограничение максимальной скорости вращения CD-привода; изменение скорости вращения вентиляторов), контроля показателей (проверка ссылочной целостности; правильности записи данных), расширения возможностей (форматирование или переразметка диска с сохранением данных, удаление без возможности восстановления).
