Технологии баз данных и знаний. Понятие системы управления базами данных (СУБД). Архитектура СУБД

ТЕХНОЛОГИИ БАЗ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ

Системы управления базами данных

Минск 2008

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

ПЛАН

АННОТАЦИЯ

Рассматривается понятие системы управления базой данных (СУБД), ее архитектуры. Дается классификация СУБД по различным признакам. Анализируются функциональные возможности СУБД и режимы их работы. Указываются основные направления развития  СУБД.

1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

Предшественницей системы управления базой данных была файловая система. Файловые информационные системы разрабатывались на основе позадачного принципа. Суть его в том, что для каждой задачи создавался свой набор данных и разрабатывалась своя прикладная программа, которая решала поставленную задачу. Схематически это можно представить так (рис. 1):

Рис. 1. Позадачный принцип обработки данных

При создании по этому принципу сложных информационных систем специалисты и пользователи столкнулись с проблемами, которые заложены в самой сути этого принципа, а именно:

· избыточность данных, поскольку данные в разных задачах могут дублироваться;

· наличие тесной взаимосвязи между данными и прикладными программами, а значит, любое изменение в организации данных приводит к необходимости изменять программу.

Эти проблемы привели специалистов по автоматизации информационных систем к пониманию того, что нужен иной подход к организации и обработке данных, который позволил бы:

· интегрировать все данные, относящиеся к одному проекту, так, чтобы они хранились централизованно и создавали динамически обновляемую модель предметной области;

· максимально возможную независимость прикладных программ и данных, т.е. была логическая и физическая независимость данных. Независимость данных от программ дает возможность пользователям  не заниматься  вопросами представления данных на физическом уровне: размещение данных в памяти, метод доступа к ним и т.д.

Выполнение этих требований привело к созданию единой базы логически связанных данных для всех задач конкретной предметной области и разработке одной общей программы, которая позволяет создать базу и манипулировать ее данными и которая получила название  СУБД  – система управления базой данных. Схематически эта идея представлена  на рис. 2.

Рис. 2. Работа с базой данных

Концепция СУБД была разработана в 1972г. в США фирмой IBM. Первые СУБД создавались для больших и мини-ЭВМ. Впоследствии были  созданы СУБД и для персональных компьютеров. Система управления базами данных – это совокупность программных и языковых средств, предназначенных для управления данными, ведения базы данных и обеспечения взаимодействия с прикладными программами (ГОСТ 20886-85).

Кроме того, в комплекс программных средств СУБД входят программы защиты от несанкционированного доступа, контроля достоверности данных и др. Таким образом, в целом система управления базой данных представляет собой универсальное программное средство, предназначенное для:

· создания общей базы данных для множества приложений;

· поддержания ее в актуальном режиме;

· обеспечения эффективного доступа пользователей к содержащимся в базе  данным;

· поддержания защиты и восстановления данных, их целостности и непротиворечивости.

К причинам, вызвавшим появление СУБД, относят следующие: растущие объемы обрабатываемой информации, сложные структуры организации данных, необходимость коллективного доступа к данным, высокие требования к скорости обработки и достоверности получения результата и др.

Система управления базами данных включает в себя: средства создания базы данных, средства работы с базой данных, сервисные средства.

Средства создания базы данных – это язык описания данных, язык манипулирования данными, дополнительные средства. Связь пользователя с базой данных осуществляется двумя видами языков: языка описания данных и языка манипулирования данными. Язык описания данных – это высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных. Человек-проектировщик базы использует его для перевода логической структуры базы данных в ее физическую структуру. Он содержит средства для обозначения файлов и их записей, полей записей, указания типов данных. Он позволяет указать количество записей в файле, порядок их расположения, порядок расположения полей записей, длину записей, длину полей и диапазон допустимых значений данных.

Язык манипулирования данными представляет собой совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по модификации  данных: ввод, удаление, редактирование и выборку данных из базы. Этот язык содержит набор команд, позволяющих включать новые данные в базу, заменять старые данные новыми, удалять ненужные данные, осуществлять поиск, выборку и другие действия.

Для тех случаев, когда приходится выполнять достаточно сложную, часто