Банк данных как автоматизированнаяИС (преимущества, требования, принципы построения). Многоуровневоепредставление данных БД под управлением СУБД. Формирование запросов к БД на языке SQL.

1.    База данных (БД) – этопоименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определеннойпредметной области.

СУБД -комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных,поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимойинформации. Примеры СУБД: MS Access, MS FoxPro, dBASEи др.

Основными компонентами СУБД являются:

1) средапользователя, дающая возможность непосредственно управлять данными склавиатуры;

2) алгоритмическийязык для программирования прикладных систем обработки данных, которыйреализуется как интерпретатор;

3) реляционная(иерархическая, сетевая) модель данных.

АрхитектурноСУБД состоит из двух основных компонентов: языкаописания данных (ЯОД), позволяющего создать схему описания данных в БД, и языка манипули­рования данными (ЯМД),выполняющего операции с базой данных (наполнение, обновление, удаление, выборкуинформации). Данные языки могут быть реализованы в виде тренажеров илиинтерпретаторов. Помимо ЯОД и ЯМД к СУБД следует отнести средства (или языки) подготовки отчетов (СПО), позволяющиеподготовить отчеты на основе информации, найденной в БД.

Основными функциями СУБД являются:

1) определениеданных - определить, какая именно информация будет хранитьсяв БД, задать свойства данных, их тип, указать, как эти данные связаны междусобой.

2) обработкаданных -данные могут обрабатываться самыми различными способами. Можно выбирать любыеполя, фильтровать и сортировать данные. Можно объединять данные с другой,связанной с ними, информацией и вычислять итоговые значения.

3) управлениеданными - можно указать, кому разрешено знакомиться сданными, корректировать их или добавлять новую информацию. Можно определятьправила коллективного доступа.

СУБД решает следующие задачи:

>1)      >отождествляет структуры определенноготипа;

>2)      >обеспечивает ввод данных, при этомосуществляется контроль вводимой информации;

>3)      >размещение информации в памятикомпьютера согласно описанию элементов и структуры БД;

>4)      >обновление БД, замена устаревших данных,дополнение.

БД иСУБД имеют многоуровневую архитектуру, представление о которой можно получитьиз рис.1. Различаю концептуальный, внутренний и внешний уровни представленияданных БД, которым соответствуют модели аналогичного назначения.

Концептуальный уровеньсоответствует логическому аспекту представления данных предметной области винтегрированном виде. Концептуальнаямодель состоит из множества экземпляров различных типов данных,структурированных в соответствии с требованиями СУБД.

Внутренний уровеньотображает требуемую организацию данных в среде хранения и соответствуетфизическому аспекту представления данных. Внутренняямодель состоит из отдельных экземпляров записей, физически хранимых навнешних носителях.

Внешний уровеньподдерживает частные представления данных, требуемые конкретным пользователем. Внешняя модель является подмножествомконцептуальной модели. Возможно пересечение внешних моделей по данным. Примерсоотношения между концептуальной моделью и  внешними  моделями приведен  на  рис.2. С помощью

Рис.1 Многоуровневое представлениеданных БД под управлением СУБД

Рис.2  Пример соотношения между концептуальноймоделью  и  внешними моделями 

внешних моделейподдерживается санкционированный доступ приложений к данным БД (ограниченсостав и структура данных концептуальной модели БД, доступных в приложении, атакже заданы допустимые режимы обработки этих данных: ввод, редактирование,удаление, поиск).

Появлениеновых или изменение информационных потребностей существующих приложений требуютопределение для них корректных внешних моделей, при этом на уровнеконцептуальной и внутренней модели данных изменений не происходит. Изменения вконцептуальной модели, вызванные появлением новых видов данных или изменениемих структур, могут затрагивать не все приложения, т.е. обеспечиваетсяопределенная независимость программ от данных. Изменения в концептуальноймодели должны отражаться на внутренней модели, возможна также и самостоятельнаямодификация внутренней модели (без изменения концептуальной) с целью улучшенияее характеристик. Таким образом, БД реализует принцип относительнойнезависимости логической и физической организации данных.

Банкданных (БнД) является частным случаем ИС,реализованной в рамках концепции СУБД. БнД – это система специальным образом организованныхБД, программных, технических, языковых и методических средств, предназначенныхдля обеспечения центрального накопления и коллективного многоцелевогоиспользования данных. БнД наряду с БД содержит иСУБД.

Преимущества БнД

1. Наличие целостного отображения определенной части реального мира позволяет обеспечить непротиворечивость и целостность информации, возможность обращаться к ней не только при решении заранее предопределенных задач, но и с нерегламентированными запросами.
2. Интегрированное хранение сокращает избыточность хранимых данных, что приводит к сокращению затрат не только на создание и хранение данных, но и на поддержание их в актуальном состоянии.
3. Использование БнД при правильной его организации существенно изменяет деятельность организации, в которую он внедряется, т.е. приводит к перераспределению функций между сотрудниками.
4. Центральное управление данными БнД освобождает от этих функций всех пользователей, кроме администратора БД.
5. БнД обеспечивает возможность более полной реализации принципа независимости прикладных программ от данных.
6. Наличие в составе СУБД средств, ориентированных на разные категории пользователей, дает возможность работать с БД не только профессионалам в области обработки данных, но и практически любому пользователю.

Требованияк БнД

1. Адекватность информации состоянию описываемой предметной области.
2. Надежность функционирования системы.
3. Быстродействие и производительность. Быстродействие определяется временем ответа системы на запрос, производительность – количеством запросов, обрабатываемых в единицу времени.  
4. Простота и удобство использования.
5. Массовость использования. Современная ИС должна обеспечивать коллективный доступ пользователей к данным, при котором пользователи одновременно и независимо друг от друга могут обращаться к БД и получать сведения.
6. Защита информации.
7. Возможность расширения.

Принципыпостроения БнД

Выделяютдва главных ведущих принципа  –  1) интеграция данных и2) централизация управления данными. Оба принципа отражают суть БнД: интеграция является основой организации БД, ацентрализация управления – основой организации и функционирования СУБД.

Крометого, выделяют также принципы: 3) целостность; 4) независимость;                5) многоуровневостьархитектуры; 6) неизбыточность;7) непротиворечивость;                 8) связанность; 9) композиция; 10) отдельное описаниеданных БД от процедур их обработки; 11) модульность. 

Рассмотримэти принципы.

1. Интеграцию данных необходимо рассматривать на 2-х уровнях: логическом – множество структур данных отображается в единую структуру (схему БД); физическом – автономные файлы объединены в БД.
2. Принцип централизации управления состоит в передаче всех функций управления данными СУБД. Все операции, связанные с доступом к БД, выполняются не прикладными программами, а централизованным ядром СУБД на основе информации, полученной из этих программ. Соблюдение этого принципа позволяет автоматизировать работу с БД, повысить эффективность использования ИС.
3. Принцип целостности отражает требование адекватности хранимой в БД информации состоянию описываемой предметной области. В любой момент времени данные должны полностью соответствовать свойствам и характеристикам объектов. Целостность данных может быть нарушена из-за потери части данных или занесения неверных значений характеристик данных. Поддержание целостности обеспечивается: контролем вводимых данных; применением специальной системы восстановления данных.
4. Под независимостью данных понимается независимость прикладных программ от хранимых данных. Некоторые пути достижения независимости данных:                  1) передача ядру СУБД части функций прикладных программ (например, функции организации доступа к БД: прикладная программа не связана ни с БД, ни с методом доступа к данным, она лишь формирует и передает ядру информацию, необходимую для поиска данных), т.е. соблюдение принципа централизации управления; 2) реляционный подход к построению БД.
5. Одним из путей достижения независимости данных является введение дополнительных уровней абстрагирования данных (концептуального, внешнего и внутреннего), т.е. соблюдение принципа многоуровневости архитектуры.
6. Неизбыточность данных - это такое состояние, когда каждый элемент данных  присутствует в БД в единственном экземпляре.
7. Под непротиворечивостью понимается смысловое соответствие между данными. Выделяют два аспекта непротиворечивости: смысловое соответствие разнотипных данных и идентичность, равенство дублируемых данных.
8. Принцип связанность означает, что данные в БД взаимосвязаны и связи отражают отношения между объектами описываемой предметной области.
9. Принцип отдельного описания данных от процедур их обработки предполагает, что описание данных исключается из прикладных программ.
10. Принцип модульности означает, что отдельные прикладные программы хранятся и используются как автономные модули.

Банкданных (БнД) является современной формой организациихранения и доступа к информации. Банк данных - это система специальным образоморганизованных данных, программных, технических, языковых, организационно-методическихсредств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления иколлективного многоцелевого использования данных.

Дляфункционирования банка данных необходимо наличие специальных языковых ипрограммных средств, называемых СУБД - система управления базами данных,облегчающих для пользователя выполнение всех операций, связанных с организациейхранения данных, их корректировки и доступа к ним.

Банкданных является сложной человеко-машинной системой, включающей различныевзаимосвязанные и взаимозависимые компоненты:

а)Информационный компонент. Ядром банка данных является база данных. База данных- это поименованная совокупность взаимосвязанных данных, находящихся подуправлением СУБД.

б)Программные средства. Основу программного обеспечения БнДсоставляют программные компоненты СУБД. Среди них можно выделить ядро СУБД,обеспечивающее создание базы данных, т. е. именно то, что называется"управлением данными”, а также другие компоненты, обеспечивающие настройкусистемы, средства тестирования, утилиты, обеспечивающие выполнениевспомогательных функций.

Всостав большинства СУБД включены программные компоненты, позволяющиеавтоматизировать проектирование систем обработки информации (генераторыотчётов, форм, запросов, меню и др.). Эти функции не являются непосредственнофункциями по управлению данными, но фактически являются мощными комплекснымиинструментальными средствами, позволяющими автоматизировать процесс созданияинформационных систем.

Подавляющеебольшинство СУБД работает в среде универсальных операционных систем ивзаимодействует с ОС при обращении к БнД. Поэтомуможно считать, что ОС также входит в состав БнД.

в)Языковые средства. Языковые средства обеспечивают интерфейс пользователейразных категорий с банком данных.

Длявыражения обобщённого взгляда на данные применяют язык описания данных (ЯОД)внутреннего уровня, включаемый в состав СУБД. Описание представляет собоймодуль данных и их отношений, т. е. структур, из которых образуется базаданных. ЯОД позволяет определять схемы базы данных, характеристики храненияданных и параметры организации их хранения в памяти и может включать в себясредства поддержки целостности базы данных, ограничение доступа, секретности.

Крометого, СУБД включает в себя язык манипулирования данными (ЯМД), который обычновключает в себя средства поддержки целостности базы данных: добавление,удаление, обновление данных; создание и уничтожение базы данных; изменениеопределений базы данных; обеспечение запросов к справочнику базы данных.

Наиболеераспространённым языком для работы с базами данных является SQL (StructuredQuery Language), в своих последних реализациях представляющий не толькосредства для обработки запросов на выборку данных, но также и функции посозданию, обновлению, управлению доступом и т. д.

г)Технические средства. Технические средства, на которых реализуется БнД - это периферийные устройства для ввода информации вбазу данных, средства хранения данных и средства отображения выводимойинформации. Если банк данных реализуется в сети, то необходимы соответствующиекоммуникационные средства для обеспечения работы.

Особуюроль для обеспечения эффективного и надёжного функционирования банка данныхиграют средства хранения информации. Память в БнДобычно организуется в виде многоуровневой системы. Необходимо обращать вниманиена выбор запоминающих устройств для организации хранения не только данных,предназначенных для доступа к ним, но и архивных данных.

Вбанках данных выполняются операции по вводу, хранению, обработке и выводуинформации. При выполнении каждой из этих операций могут использоватьсяразличные технологии и, как следствие, разные технические и программныесредства для их поддержания.

д)Организационно-методические средства. Они представляют собой различныеинструкции, методические и регламентирующие материалы, предназначенные дляпользователей разных категорий, взаимодействующих с банком данных. Это могутбыть инструкции по работе с базой данных, документы, определяющие права доступаи регламент работы; методики проектирования баз