СУБД представляет собой набор взаимосвязанных данных и набор программ для хранения и доступа к этим данным простым и эффективным способом[8].
Системы баз данных в основном разработаны для большого объема данных[14].
Существует множество различных типов систем управления базами данных: от небольших систем, которые работают на персональных компьютерах до огромных систем, работающих на мэйнфреймах. Организации используют большие объемы данных. Система управления базами данных (СУБД) - это программный инструмент, который позволяет организовать данные в базе данных.
Стандартным аббревиатурой для системы управления базами данных является СУБД, поэтому вы часто видите это вместо полного имени. Конечной целью системы управления базами данных является хранение и преобразование данных в информацию для поддержки принятия решений.
СУБД состоит из следующих трех элементов (рисунок 1).
Рисунок 1 – Элементы СУБД
Физическая база данных - сбор файлов, содержащих данные
Механизм базы данных - программное обеспечение, обеспечивающее доступ и изменение содержимого базы данных[5].
Схема базы данных - спецификация логической структуры данных, хранящихся в базе данных
СУБД позволяет пользователям создавать, редактировать и обновлять данные в файлах базы данных. После создания СУБД позволяет хранить и извлекать данные из этих файлов базы данных. Администраторы базы данных также контролируют аспекты доступа и безопасности. Например, разные люди в организации используют базы данных по-разному. Некоторые сотрудники могут просто захотеть просмотреть данные и выполнить базовый анализ. СУБД предоставляет автоматизированные методы для создания, хранения и извлечения данных. Может потребоваться некоторое время, чтобы настроить эти методы, но однажды на месте СУБД может сделать утомительные ручные задачи ушедшими в прошлое.
Существует несколько функций, выполняемых СУБД для обеспечения целостности данных и согласованности[15].
Рассмотрим главные функции на рисунке 2.
Рисунок 2 – Функции СУБД
Ниже представлено описание каждой функции СУБД[17].
1. Управление словарем данных
Словарь данных - это место, где СУБД хранит определения элементов данных и их взаимосвязей (метаданных). СУБД использует эту функцию для поиска необходимых структур и отношений компонентов данных. Когда программы получают доступ к данным в базе данных, они в основном проходят через СУБД. Эта функция устраняет структурную зависимость и зависимость данных и предоставляет пользователю абстракцию данных. В свою очередь, это делает вещи намного проще для конечного пользователя. Словарь данных часто скрыт от пользователя и используется администраторами баз данных и программами.
2. Управление хранилищем данных
Эта конкретная функция используется для хранения данных и любых связанных форм ввода данных или определений экрана, определения отчетов, правил проверки данных, процедурного кода и структур, которые могут обрабатывать видео и графические форматы. Пользователям не нужно знать, как данные хранятся или управляются. К этой структуре относится также термин «настройка производительности», который относится к эффективности базы данных в отношении скорости хранения и доступа.
3. Преобразование данных и презентация
Эта функция существует для преобразования любых данных, введенных в требуемые структуры данных. Используя функцию преобразования и представления данных, СУБД может определить разницу между логическими и физическими форматами данных.
4. Управление безопасностью
Это одна из самых важных функций в СУБД. Управление безопасностью устанавливает правила, определяющие конкретных пользователей, которым разрешён доступ к базе данных. Пользователям даются имя пользователя и пароль, а иногда и биометрическая аутентификация (например, отпечаток пальца или сканирование сетчатки), но эти типы аутентификации имеют тенденцию быть более дорогостоящими. Эта функция также устанавливает ограничения на то, какие конкретные данные может видеть любой пользователь.
5. Многопользовательский контроль доступа
В основе этой функции лежит целостность данных и согласованность данных. Многопользовательский контроль доступа - очень полезный инструмент в СУБД, он позволяет нескольким пользователям одновременно обращаться к базе данных, не затрагивая целостность базы данных.
6. Управление резервным копированием и восстановлением
Резервное копирование и восстановление учитываются при наличии внешних угроз для базы данных. Например, если есть отключение питания, управление восстановлением - это время, необходимое для восстановления базы данных после сбоя. Управление резервным копированием относится к безопасности и целостности данных; например, резервное копирование всех ваших mp3-файлов на диск.
7. Управление целостностью данных
СУБД применяет эти правила для сокращения таких вещей, как избыточность данных, когда данные хранятся в более чем одном месте без необходимости, и максимизация согласованности данных, гарантируя, что база данных возвращает правильный / одинаковый ответ каждый раз для заданного вопроса.
8. Языки доступа к базам данных и интерфейсы прикладного программирования
Язык запросов - это непроцедурный язык. Примером этого является SQL (язык структурированных запросов). SQL является наиболее распространенным языком запросов, поддерживаемым большинством поставщиков СУБД. Использование этого языка облегчает пользователю указание того, что они хотят сделать без головной боли, объясняя, как конкретно это сделать.
9. Интерфейсы связи с базой данных
Это относится к тому, как СУБД может принимать разные запросы конечных пользователей через разные сетевые среды. Пример этого можно легко связать с Интернетом. СУБД может предоставлять доступ к базе данных с помощью Интернета через веб-браузер (MozillaFirefox, Internet Explorer, Netscape).
10. Управление транзакциями
Это относится к тому, как СУБД должна предоставить метод, который гарантирует, что все обновления в данной транзакции сделаны или не сделаны. Все транзакции должны соответствовать так называемым свойствам ACID.
Виды СУБД
Различные виды систем управления базами данных, основанные на моделях данных, следующие (рисунок 3).
Рисунок 3 - Виды СУБД
СУБД считается иерархической, если отношения между данными в базе данных установлены таким образом, что один элемент данных присутствует в качестве подчиненного другого или подблока. Здесь подчиненный означает, что элементы имеют отношения «родитель-ребенок» между ними. Они хороши для хранения данных с элементами, описывающими атрибуты, функции и т. Д. Например, книга с информацией о главах и стихах[1].
СУБД считается сетевой СУБД, если отношения между данными в базе данных имеют тип «многие ко многим». Отношения между многими-ко-многим отображаются в виде сети. Таким образом, структура сетевой базы данных чрезвычайно сложна из-за этих отношений «многие ко многим», в которых одна запись может использоваться как ключ всей базы данных. В основном они были заменены системами управления реляционными базами данных в современных современных вычислениях[2].
Объектно-ориентированная СУБД представляет значительный прогресс по сравнению с другими СУБД. В то время как другие СУБД предназначены для обработки структурированных данных, OODBMSпредназначена для хранения данных из различных источников мультимедиа, таких как фотографии и текст, и производит работу в виде вывода в мультимедийном формате[3].
СУБД считается реляционной СУБД или РСУБД, если отношения базы данных обрабатываются в виде таблицы. Данные могут быть связаны с другими данными в одной и той же таблице или с другими таблицами, которые необходимо правильно управлять, объединяя одну или несколько таблиц. Данные в этом типе модели хранятся в фиксированных предопределенных структурах и обычно обрабатываются с использованием StructuredQueryLanguage (SQL)[9].
Объектно-реляционная СУБД (ОРСУБД) — реляционная СУБД (РСУБД), поддерживающая некоторые технологии, реализующие объектно-ориентированный подход: объекты, классы и наследование реализованы в структуре баз данных и языке запросов.
Недавно открыли новый вид СУБД – это NoSQL. Его часто называют «не только SQL». Когда люди поняли, что неструктурированный текст содержит тонны информации, которую они не могут использовать с использованием РСУБД, они начали изучать способы хранения таких наборов данных. Все, что не является СУБД сегодня, слабо известно как NoSQL. После того, как социальные сети приобрели важное значение на рынке, такая база данных стала распространенной в отрасли.
Эта глава посвящена теоретической части, которая содержит в себе все основные определения по направлению баз данных, основные функции СУБД, характеристики и наиболее известные виды.