Обслуживающий персонал выполняет функции поддержания работы программных средств, работоспособность состояния.
4. Классификация моделей представления данных.
Данные, хранимые в БД, описываются на основе некоторой модели представления данных, которая поддерживает конкретную СУБД.
Модель данных – совокупность разрешенных типов структур данных, записей, групповых отношений (связей) между экземплярами записей и операций по их обработке.
Традиционно выделяют три классические модели данных:
- иерархическую;
- сетевую;
- реляционную.
В последнее время появились и стали применяться новые модели в той или иной степени соответствующие классическим:
- постреляционная;
- многомерная;
- объектно-ориентированная.
Разрабатываются также всевозможные системы, основанные на других моделях данных. В их числе можно назвать: объектно-реляционные, дедуктивно-объектно-реляционные, семантические, концептуальные, ориентированные.
Некоторые из этих моделей служат для интеграции БД и ЯП. В некоторых СУБД поддерживается одновременно несколько моделей данных.
5. Сетевая модель данных. Достоинства и недостатки.
СМД является более общей по сравнению с иерархической. В сетевой структуре любой узел может быть связан с любым другим (в том числе потомок может иметь любое число предков).
Простой пример сетевой схемы БД:
Достоинства:
· возможность более эффективного использования памяти;
· высокие показатели оперативности обработки данных;
· гибкость при установлении связей между элементами.
Недостатки:
· сложность и жесткость схемы БД;
· сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД конечным пользователем;
· трудно реализуется контроль целостности связей, поскольку изначально допускается установка произвольных связей между узлами.
6. Иерархическая модель данных. Достоинства и недостатки.
ИМД предполагает, что связи между данными описываются в виде древовидной структуры, которая представляет собой иерархию узлов с парными связями.
Для такой структуры выполняются следующие условия:
1) на самом верхнем уровне размещается только один узел, называемый корнем;
2) все узлы, кроме корня, связываются с одним и только одним узлом на более высоком уровне.
В такой иерархии нет ни одного элемента, имеющего более одного исходного. Каждый узел, кроме корня, связан с одним узлом на предыдущем уровне, который называется исходным узлом.
Любой узел в древовидной структуре может связываться с одним или несколькими узлами на более низком уровне. Соответствующие узлы называются порожденными или потомками. Все экземпляры данного типа потомка с общим экземпляром типа предка называются близнецами. Для БД определен полный порядок обхода - сверху-вниз, слева-направо.
Иерархическим называется такой файл, в котором записи связаны в виде древовидной структуры. Например, файл с информацией по учреждению можно отобразить следующим образом:
Из рисунка видно, что если отдельно рассмотреть запись «Ребенок», то сама по себе она определенного смысла не несет. Смысл появляется в том случае, когда определена связь с соответствующей записью «Служащий».
База данных с такой схемой могла бы выглядеть следующим образом (мы показываем один экземпляр дерева):
Достоинства:
· эффективно используется память ЭВМ;
· высокие показатели по скорости выполнения основных операций над данными.
Недостатки:
· относительная громоздкость при обработке данных, имеющих достаточно сложные логические связи;
· сложность понимания для обыкновенного пользователя.
7. Классификация программ СУБД.
СУБД – комплекс программных и языковых средств для создания БД, поддержание базы в актуальном состоянии, совместного эффективного доступа пользователей и данных в рамках предоставления полномочий.
СУБД обеспечивает:
- описание и сжатие данных;
- манипулирование данными;
- физическое размещение и сортировку записей;
- защиту от сбоев, поддержку целостности данных и их восстановление;
- работу с транзакциями и файлами;
- безопасность данных.
Основные функции СУБД:
1. Непосредственное управление данными во внешней памяти. Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы).
2. Управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.
3. Управление транзакциями. Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.
4. Журнализация и восстановление БД после сбоев. Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД. Журнал - это особая часть БД, недоступная пользователям СУБД и поддерживаемая с особой тщательностью (иногда поддерживаются две копии журнала, располагаемые на разных физических дисках), в которую поступают записи обо всех изменениях основной части БД. Во всех случаях придерживаются стратегии "упреждающей" записи в журнал (так называемого протокола Write Ahead Log - WAL). Самая простая ситуация восстановления - индивидуальный откат транзакции.
5. Поддержка языков БД. Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).
Логически, в современной реляционной СУБД можно выделить следующие элементы:
1. ядро СУБД;
2. компилятор языка БД;
3. подсистема поддержки времени выполнения;
4. набор утилит;
Ядро СУБД отвечает за управление СУБД во внешней памяти, управление буферами ОП, управление трансакциями и журнализация.
Основной функцией компилятора языка БД является компиляция оператора языка БД в некоторую выполняемую программу. Языки реляционных систем являются не процедурными, то есть в операторе такого языка специфицируется некоторое действие над БД, но эта спецификация не является процедурной, а лишь в некоторой форме описывает условия совершения желаемого действия.
В отдельные утилиты БД выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД (загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД).
Типовая организация современной СУБД:
Логически в современной реляционной СУБД можно выделить наиболее внутреннюю часть - ядро СУБД (часто его называют Data Base Engine), компилятор языка БД (обычно SQL), подсистему поддержки времени выполнения, набор утилит. В некоторых системах эти части выделяются явно, в других - нет, но логически такое разделение можно провести во всех СУБД.
Ядро СУБД - отвечает за управление данными во внешней памяти, управление буферами оперативной памяти, управление транзакциями и журнализацию. Соответственно, можно выделить такие компоненты ядра (по крайней мере, логически, хотя в некоторых системах эти компоненты выделяются явно), как менеджер данных, менеджер буферов, менеджер транзакций и менеджер журнала. Ядро СУБД обладает собственным интерфейсом, не доступным пользователям напрямую и используемым в программах, производимых компилятором SQL (или в подсистеме поддержки выполнения таких программ) и утилитах БД. Ядро СУБД является основной резидентной частью СУБД. При использовании архитектуры "клиент-сервер" ядро является основной составляющей серверной части системы.
Основной функцией компилятора языка БД является компиляция операторов языка БД в некоторую выполняемую программу.
В отдельные утилиты БД обычно выделяют такие процедуры, которые слишком накладно выполнять с использованием языка БД, например, загрузка и выгрузка БД, сбор статистики, глобальная проверка целостности БД и т.д. Утилиты программируются с использованием интерфейса ядра СУБД, а иногда даже с проникновением внутрь ядра.
Классификация СУБД:
1. По функциональному назначению (по характеру решаемых с помощью базы данных задач):
- Операционные– предназначены для управления различными технологическими процессами. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но и изменяются, добавляются, в том числе в результате использования.
- Справочно-информационные – к ним можно отнести электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и т.д., используемые для информационной поддержки основной деятельности, и не предполагающая внесения изменений в существующие записи, например по результатам этой деятельности.
2. По сфере возможного применения:
- универсальные;
- специализированные (обычно, проблемно-ориентированные);
3. По мощности:
- настольные;
- корпоративные;
Характерными чертами настольных СУБД являются сравнительно не высокие требования к техническим средствам и ориентация на конечного пользователя, низкая стоимость.
Корпоративные СУБД обеспечивают работу в распределенной среде, высокую производительность, поддержку коллективной работы при проектировании систем, имеют развитые средства администрирования и более широкие возможности поддержания целостности.
4. Существует разделение СУБД по поколениям:
1-ое поколение СУБД опирается на иерархическую и сетевую модели данных (на основе спецификаций CODASYL).
СУБД первого поколения были в подавляющем большинстве закрытыми системами: отсутствовал стандарт внешних интерфейсов, не обеспечивалась переносимость прикладных программ. Они не обладали средствами автоматизации программирования и (по современным меркам) имели массу других недостатков. Кроме того, они были очень дороги. В то же время СУБД первого поколения оказались весьма долговечными: разработанное на их основе программное обеспечение используется и по нынешний день, а большие ЭВМ по-прежнему хранят огромные массивы актуальной информации.
2-ое поколение связано с созданием реляционной модели данных. Его характеризовали две основные особенности - реляционная модель данных и язык запросов SQL (Structured Query Language). Представители второго поколения в настоящее время еще сохраняют определенную популярность среди производителей СУБД, в большинстве своем развившись в системы третьего поколения, к которому и относятся современные СУБД.
3-е поколение. Для СУБД этого поколения характерны использование идей объектно-ориентированного подхода, управления распределенными базами данных, активного сервера БД, языков программирования четвертого поколения, фрагментации и параллельной обработки запросов, технологии тиражирования данных, многопотоковой архитектуры и других революционных достижений в области обработки данных. СУБД третьего поколения - это сложные многофункциональные программные системы, работающие в открытой распределенной среде.
Приложение, использующее БД, обычно принято относить к одной из программных архитектур, имеющих свои «+» и «-»:
1. Локальная архитектура – и программа и БД расположены на одном компьютере – в такой архитектуре работает большинство настольных ПК.
2. Файл-серверная архитектура – БД расположена на мощном выделенном ПК, а персональные компьютеры подключены к нему по локальной сети. На этих компьютерах установлены клиентские программы, обращающиеся к БД по сети. Вся обработка выполняется на клиентских местах, где формируется копия БД.
3. Клиент-серверная архитектура – в такой архитектуре на сервере не только храниться БД, но и работает программа СУБД, обрабатывающая запросы пользователей и возвращающая им наборы записей. При этом, программы пользователей уже не работают на прямую с БД как набором физических файлов, а обращаются к СУБД, которая выполняет операции. СУБД автоматически следит за целостностью и сохранностью БД, а так же контролирует доступ информации с помощью службы паролей.
4. Распределенная архитектура – в сети работает несколько серверов и таблицы БД распределены между ними для достижения повышенной эффективности. На каждом сервере функционирует своя копия СУБД. Кроме того, в подобной архитектуре обычно используется специальная программа, так называемые серверы приложений. Они позволяют оптимизировать обработку запросов большого числа пользователей и равномерно распределить нагрузку между компьютерами в сети.
5. Интернет-архитектура - доступ к базе данных и СУБД, расположенных на одном ПК или в сети, осуществляется из браузера по стандартному протоколу. Это предъявляет минимальные требования к клиентскому оборудованию.
Дата добавления: 2015-09-12; просмотров: 23 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |