Основные понятия баз данных. Тема 1

1.

ТЕМА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
БАЗ ДАННЫХ

2.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОНЯТИЙ
«ДАННЫЕ», «ИНФОРМАЦИЯ»,
«БАЗА ДАННЫХ»,
«ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА»

3.

Данные
сигналы зарегистрированные
на материальном носителе
Информация
продукт взаимодействия
данных с адекватными им
методами

4.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗ СТАНДАРТОВ
База данных — совокупность данных, хранимых в
соответствии со схемой данных, манипулирование
которыми выполняют в соответствии с правилами
средств моделирования данных.
ГОСТ Р ИСО МЭК ТО 10032-2007: Эталонная модель управления данными
(идентичен ISO/IEC TR 10032:2003 Information technology —
Reference model of data management)↑

5.

База данных — совокупность данных,
организованных в соответствии с концептуальной
структурой, описывающей характеристики этих
данных и взаимоотношения между ними, причём
такое собрание данных, которое поддерживает одну
или более областей применения
ISO/IEC 2382:2015 Information technology — Vocabulary

6.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА РФ
База данных — представленная в объективной
форме совокупность самостоятельных материалов
(статей, расчётов, нормативных актов, судебных
решений и иных подобных материалов),
систематизированных таким образом, чтобы эти
материалы могли быть найдены и обработаны с
помощью электронной вычислительной машины
(ЭВМ).
Гражданский кодекс РФ

7.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОРОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ
ВОПРОСАМИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БД
База данных — организованная в соответствии с
определёнными правилами и поддерживаемая в
памяти компьютера совокупность данных,
характеризующая актуальное состояние некоторой
предметной области и используемая для
удовлетворения информационных потребностей
пользователей
Когаловский М.Р.

8.

База данных — совместно используемый набор
логически связанных данных (и описание этих
данных), предназначенный для удовлетворения
информационных потребностей организации
Коннолли Т

9.

База данных - совокупность взаимосвязанных,
хранящихся вместе данных, при наличии такой
минимальной избыточности, которая допускает их
использование оптимальным образом для одного или
нескольких приложений
Мартин Дж.

10.

КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ
БД — это единое хранилище, которое
определяется один раз;
доступ к БД могут иметь одновременно
несколько пользователей;
в БД информация должна быть организована
так, чтобы обеспечить минимальную долю ее
избыточности;
в БД должны храниться данные, логически
связанные между собой.

11.

Любая база данных зачастую является частью
некоторой информационной системы
Информационная система – комплекс, включающий
вычислительное и коммуникационное оборудование,
программное обеспечение, лингвистические средства
и информационные ресурсы, а также системный
персонал обеспечивающий поддержку динамической
информационной модели некоторой части реального
мира для удовлетворения информационных
потребностей пользователей.
М. Р. Когаловский

12.

Часть реального мира, которая моделируется
информационной системой, называется ее
предметной областью

13.

!
Базы данных создаются не для решения
какой-либо одной задачи для одного
пользователя, а создаются как хранилища
данных многоцелевого использования.
Для создания, ведения и совместного
использования БД многими пользователями
используется соответствующее программное
обеспечение – СУБД.

14.

ПОНЯТИЕ СУБД, СТРУКТУРА И
ВИДЫ СУБД

15.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ
ДАННЫХ (СУБД)
— совокупность программных и
лингвистических средств общего или
специального назначения,
обеспечивающих управление
созданием и использованием баз
данных.

16.

17.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ СУБД
управление данными во внешней памяти;
управление данными в оперативной памяти с
использованием дискового кэша;
защита и сохранение целостности данных;
журнализация изменений, резервное копирование
и восстановление базы данных после сбоев;
поддержка языков БД (определения данных,
манипулирования данными и тд).

18.

СОСТАВ СУБД
ядро, которое отвечает за управление данными во
внешней и оперативной памяти и журнализацию,
процессор языка базы данных, обеспечивающий
оптимизацию запросов на извлечение и изменение
данных и создание, как правило, машинно-независимого
исполняемого внутреннего кода,
подсистема поддержки времени исполнения, которая
интерпретирует программы манипуляции данными,
создающие пользовательский интерфейс с СУБД
сервисные программы (внешние утилиты),
обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по
обслуживанию базы данных (информационной системы).

19.

СУБД МОЖНО КЛАССИФИЦИРОВАТЬ ПО
СЛЕДУЮЩИМ ОСНОВАНИЯМ
по способу доступа к БД
по модели данных
по способу записи данных

20.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД ПО СПОСОБУ
ДОСТУПА К БД
1. файл-серверные;
2. клиент-серверные (двузвенные, многозвенные);
3. встраиваемые.

21.

1) ФАЙЛ-СЕРВЕРНЫЕ СУБД
клиентские ПК

22.

НЕДОСТАТКИ
Снижение производительности при одновременном обращении
множества пользователей к одним и тем же данным.
Повышение вычислительной нагрузки при доступе к БД на
приложение клиента.
Неоптимальность расхода ресурсов клиентского компьютера и
сети, возрастание сетевого трафика и увеличение требований к
аппаратным мощностям пользовательского компьютера.
Недостаточно развитый аппарат транзакций служит
потенциальным источником ошибок в плане нарушения
смысловой и ссылочной целостности информации при
одновременном внесении изменений в одну и ту же запись и
т.д.
Примеры:
Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro.

23.

2) КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫЕ СУБД
двузвенные
многозвенные
архитектура " клиент – сервер " разделяет функции
приложения пользователя (называемого клиентом) и
сервера.

24.

ДВУЗВЕННЫЕ КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫЕ СУБД
клиентские ПК
запросы
результаты

25.

РАЗГРАНИЧЕНИЕ ФУНКЦИЙ
МЕЖДУ СЕРВЕРОМ И КЛИЕНТОМ
Функции приложенияклиента
Посылка запросов серверу.
Интерпретация результатов
запросов, полученных от
сервера.
Представление результатов
пользователю в некоторой
форме (интерфейс
пользователя).
Функции серверной
части
Прием запросов от
приложений-клиентов.
Интерпретация запросов.
Оптимизация и выполнение
запросов к БД.
Отправка результатов
приложению-клиенту.
Обеспечение системы
безопасности и разграничение
доступа.
Управление целостностью БД.
Реализация стабильности
многопользовательского
режима работы.

26.

ДОСТОИНСТВА
Существенное уменьшение сетевого трафика.
Снижение степени сложности клиентских
приложений (большая часть нагрузки ложится на
серверную часть), а, следовательно, снижаются
требования к аппаратным мощностям клиентских
компьютеров.
Повышение целостности и безопасности БД.

27.

НЕДОСТАТКИ
более высокие финансовые затраты на аппаратное
и программное обеспечение сервера
большое количество клиентских компьютеров,
расположенных в разных местах, вызывает
определенные трудности со своевременным
обновлением клиентских приложений на всех
компьютерах-клиентах.
Примеры:
Oracle, Firebird, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server
Enterprise, PostgreSQL, MySQL

28.

МНОГОЗВЕННЫЕ КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫЕ СУБД
клиентские ПК

29.

ДОСТОИНСТВА
Возможность централизовано вносить изменения
в алгоритмы бизнес-логики, реализованные в ПО
сервера приложений
Подключение к серверу БД только сервера
приложений, что снимает проблему поддержания
неиспользуемых соединений и более
предпочтительно с точки зрения безопасности
НЕДОСТАТКИ
сложность разработки подобных решений
Примеры:
Oracle, MS SQL Server, PostgreSQL, MySQL и др.

30.

3) ВСТРАИВАЕМАЯ СУБД
Это СУБД, которая может поставляться как составная часть
некоторого программного продукта, не требуя процедуры
самостоятельной установки.
предназначена для локального хранения данных своего
приложения
не рассчитана на коллективное использование в сети
физически чаще всего реализована в виде подключаемой
библиотеки
доступ к данным со стороны приложения может происходить
через SQL либо через специальные программные интерфейсы.
Примеры:
SQLite, BerkeleyDB, Microsoft SQL Server, Compact,
Firebird Embedded

31.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД ПО МОДЕЛИ
ДАННЫХ
Модель данных - формальная теория представления и обработки
данных в системе управления базами данных (СУБД), которая включает,
методы описания типов и логических структур данных в базе данных;
методы манипулирования данными;
методы описания и поддержки целостности базы данных.
Исторически можно выделить следующие виды СУБД
Иерархические
Сетевые
Реляционные
Объектно-ориентированные и т.д.

32.

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Это модель данных, где используется представление
базы данных в виде древовидной (иерархической)
структуры, состоящей из объектов (данных)
различных уровней.
Между объектами существуют связи, каждый объект
может включать в себя несколько объектов более
низкого уровня.
Такие объекты находятся в отношении предка (объект
более близкий к корню) к потомку (объект более
низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда
объект-предок имеет несколько потомков, тогда как у
объекта-потомка обязателен только один предок.
Объекты, имеющие общего предка, называются
близнецами (в программировании применительно к
структуре данных дерево устоялось название братья).
Т.о. связи между данными можно описать с помощью
упорядоченного графа (или дерева)

33.

СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ
Позволяет отображать
разнообразные взаимосвязи
элементов данных в виде
произвольного графа,
обобщая тем самым
иерархическую модель
данных.

34.

Разница между иерархической моделью данных и сетевой
состоит в том, что в иерархических структурах запись-потомок
должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре
данных у потомка может иметься любое число предков.

35.

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ
Объектно-ориентированный подход базируется на концепциях:
объекта и идентификатора объекта;
атрибутов и методов;
классов;
иерархии и наследования классов.
ООСУБД позволяет работать с объектами баз данных так же, как с
объектами в объектно-ориентированном программировании.
Она расширяет языки программирования, вводя долговременные
данные, управление параллелизмом, восстановление данных,
ассоциированные запросы и другие возможности.
ООСУБД используют точно такую же модель, что и объектноориентированные языки программирования.

36.

Преимущества использования ООСУБД:
Отсутствует проблема несоответствия модели данных в приложении
и БД. Все данные сохраняются в БД в том же виде, что и в модели
приложения.
Не требуется отдельно поддерживать модель данных на стороне
СУБД.
Все объекты на уровне источника данных строго типизированы.

37.

РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
Сформулирована в 1969—
1970 годах Эдгаром Франком
Коддом (E. F. Codd).
Основывается на понятии
отношение (relation) и
математическом аппарате
реляционной алгебры

38.

КЛАССИФИКАЦИЯ СУБД ПО СПОСОБУ
ЗАПИСИ ДАННЫХ
строчные
колоночные
хранение данных осуществляется
по строкам
данные каждого столбца хранятся
независимо от других столбцов
соблюдается целостность данных
(foreign keys, транзакционность)
хранят большие объемы данных,
данные гораздо менее структурированы
четко структурированные данные
запросы по всей структуре БД,
используя стандартизованный язык
данные обрабатываются большим
блоком (параллельно, massive parallel
processing), или вообще сразу вся база
результат запроса это небольшой
(относительно БД) кусок данных
быстрое извлечение нужной структуры
(в том числе быстрая реализация
запроса)
оптимальным будет индивидуальный
подход к обработке, тесная интеграция с
данными
худшая (ручная) поддержка целостности
данных

39.

НА ПРАКТИКЕ СУБД МОЖНО РАЗДЕЛИТЬ
реляционные
NoSQL