Основные понятия.
Понятие базы данных
База данных (БД) — совокупность определенным образом организованной информации на какую-то тему (в рамках некоторой предметной области).
Современным средством хранения и обработки баз данных является, безусловно, компьютер.
Компьютерная база данных — организованная совокупность данных, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти компьютера (компьютеров) и постоянного применения.
Если различные части одной базы данных хранятся на множестве компьютеров, объединенных между собой сетью, то такая БД называется распределенной базой данных.
Организация данных внутри базы
Основное назначение базы данных – хранение информации. Информация внутри базы данных может быть организована (структурирована) по-разному.
Частным случаем ее организации является отсутствие организации – хранение неструктурированной информации. Преимущество такого способа – экономия памяти компьютера. Недостатки очевидны. Такими данными неудобно пользоваться.
В количественном отношении удобство использования можно характеризовать средним временем, необходимым для получения нужных данных (обработки запроса).
Для уменьшения среднего времени обработки запроса нужно провести работу по организации данных. Структурированные данные занимают больше места, хотя бы потому, что информацию о структуре тоже нужно хранить. Однако очевидно, что структурированными данными пользоваться значительно удобнее.
В основу этой организации данных могут быть положены разные принципы. По принципу организации данных все базы данных можно разделить на иерархические, сетевые и реляционные.
Иерархическая БД имеет древовидную структуру, то есть может быть представлена как дерево (или набор деревьев), состоящее из объектов различных уровней. Самый верхний первый уровень занимает один объект – так называемый предок для объектов второго уровня, второй уровень — объекты-потомки этого предка, которые в свою очередь могут являться предками для объектов третьего уровня и т.д. В иерархической БД объект-предок может иметь любое число объектов-потомков, но только одного предка.
Примером иерархической базы данных является файловая система, состоящая из корневого каталога и системы подкаталогов и файлов.
Достоинством такой иерархической организации данных является простота, а значит и скорость выполнения запросов, направленных вниз по иерархии. Например, сколько файлов находится в таком-то каталоге. Однако запрос, направленный вверх по иерархии (в каком каталоге находится такой-то файл), будет значительно сложнее.
Еще один недостаток такой организации данных – невозможность задать нескольких предков для одного потомка. Один файл можно записать только в один каталог. Если необходимо, чтобы данный файл содержался в двух каталогах, придется создать еще одну его копию. В результате информация становится избыточной и возникает дополнительная задача отслеживания изменений данных в одном месте с целью внесения тех же изменений в копию данных, размещенных в другом месте.
К недостатку иерархической организации данных можно отнести жесткую структуру, которая продумывается заранее. Изменение этой структуры влечет перестройку всей базы данных.
Расширением иерархической БД является сетевая БД. 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.
Достоинством такой организации данных является возможность избежать избыточности. Недостатки – те же, что и у иерархической модели, кроме того структура получаемой БД оказывается очень сложной.
Реляционная БД использует форму организации данных в виде двумерных таблиц.
| ! | Более строго термин «реляционный» означает, что данная модель данных основана на математическом понятии «отношение» (relation). N -арным отношением R, или отношением R степени n, называют подмножество декартовa произведения n множеств[1] D 1, D 2, … Dn (n ³ 1), не обязательно различных. Поскольку удобным визуальным представлением отношения на бумаге или на экране является таблица, понятие «таблица» используется в качестве синонима «отношения». |
Главное достоинство таблиц — в их понятности для пользователя. Поэтому данный способ организации данных является наиболее распространенным.
Взаимодействие пользователя с базой данных. Информационная система. СУБД.
Независимо от способа организации данных база данных сама по себе представляет собой только «информационный склад». Она не может обслуживать запросы пользователя на поиск и обработку информации. Обслуживание пользователя осуществляет информационная система.
Информационная система — это совокупность базы данных и комплекса аппаратно-программных средств для ее хранения, изменения и поиска информации, для взаимодействия с пользователем.
Различают фактографические, документальные и экспертные информационные системы.
Фактографическая информационная система хранит и предоставляет пользователям факты - конкретные сведения о конкретных объектах. Информация в фактографической ИС хранится в четко структурированном виде, поэтому она способна давать однозначные ответы на поставленные вопросы, например: «На какой полке стоит учебник по физике Савельева И.В.?», «Кому принадлежит автомобиль с регистрационным номером МВ456А47?» и т. д. Примерами фактографических информационных систем являются системы продажи билетов на пассажирские поезда и самолеты, электронные каталоги библиотек и т.п.
Документальные информационные системы обслуживают принципиально иной класс задач, которые не предполагают однозначного ответа на поставленный вопрос. Базу данных таких систем образует совокупность неструктурированных текстовых документов (статьи, книги, рефераты, тексты законов) и графических объектов, снабженная тем или иным формализованным аппаратом поиска. Цель системы, как правило, - выдать в ответ на запрос пользователя список документов или объектов, в какой-то мере удовлетворяющих сформулированным в запросе условиям. Примером документальной информационной системы является интернет.
Современные информационные технологии постепенно стирают границу между фактографическими и документальными информационными системами. Сегодня фактографические системы часто работают с неструктурированными блоками информации (текстами, графикой, звуком, видео), снабженными структурированными описаниями, по которым эта информация может быть запрошена пользователем.
Экспертные системы — интеллектуальные системы, призванные играть роль «советчика», построены на базе формализованного опыта и знаний эксперта. Ядром экспертной системы являются базы знаний, в которых собраны знания экспертов (специалистов) в определенной области, на основе которых экспертная система позволяет моделировать рассуждения специалистов из данной предметной области. К экспертным системам можно отнести всевозможные построители диет, программ тренировок и т.п.
Информационная система должна удовлетворять ряду требований:
· Производительность и готовность. Запросы от пользователя базой данных удовлетворяются с такой скоростью, которая требуется для использования данных. Пользователь быстро получает данные всякий раз, когда они ему необходимы.
· Минимальные затраты. Низкая стоимость хранения и использования данных, минимизация затрат на внесение изменений.
· Простота и легкость использования. Пользователи могут легко узнать и понять, какие данные имеются в их распоряжении. Доступ к данным должен быть простым, исключающим возможные ошибки со стороны пользователя.
· Простота внесения изменений. База данных может увеличиваться и изменяться без нарушения имеющихся способов использования данных.
· Возможность поиска. Пользователь базы данных может обращаться с самыми различными запросами по поводу хранимых в ней данных. Для реализации этого служит так называемый язык запросов.
· Целостность. Современные базы данных могут содержать данные, используемые многими пользователями. Очень важно, чтобы в процессе работы элементы данных и связи между ними не нарушались. Кроме того, аппаратные ошибки и различного рода случайные сбои не должны приводить к необратимым потерям данных.
· Безопасность и секретность. Под безопасностью данных понимают защиту данных от случайного или преднамеренного доступа к ним лиц, не имеющих на это права, от неавторизированной модификации (изменения) данных или их разрушения. Секретность определяется как право отдельных лиц или организаций решать, когда, как какое количество информации может быть передано другим лицам или организациям.
Для разработки информационных систем существуют специальные пакеты программ, называемые системами управления базами данных (СУБД).
СУБД – это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры новой базы, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и визуализации информации.
В зависимости от того способа организации данных, который они поддерживают, СУБД можно классифицировать на иерархические, сетевые и реляционные.
СУБД, интегрированная с языком объектно-ориентированного программирования, называется объектно-ориентированной. В такой СУБД данные представляются в виде классов, объектов, методов и т.п.
[1] Прямое или декартово произведение множеств — множество, элементами которого являются всевозможные упорядоченные наборы элементов исходных множеств.