В начало

Лекция. Основные понятия БД

 

1. Банки данных

2. Организация баз данных

3. Архитектуры информационных систем

 

Для успешного функционирования различных организаций требуется наличие развитой информационной системы, которая реализует автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными.

 

1.     Банки данных

 

Современной формой информационных систем являются банки данных, вклю­чающие в свой состав следующие составляющие:

  • вычислительную систему;
  • систему управления базами данных (СУБД);

·        одну или несколько баз данных (БД);

·        набор прикладных программ (приложений БД).

 

База данных обеспечивает хранение информации, а также удобный и быстрый доступ к данным. Она представляет собой совокупность данных различного ха­рактера, организованных по определенным правилам. Информация в БД долж­на быть:

·      непротиворечивой;

·      неизбыточной;

·      целостной.

 

Система управления базой данных (СУБД) – это совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и использования БД. По характеру применения СУБД разделяют на персональные и многополь­зовательские.

Персональная СУБД обеспечивает возможность создания локальных БД, рабо­тающих на одном компьютере. К персональным СУБД относятся Paradox, dBase, FoxPro, Access и др.

 

Замечание

СУБД MS Office Access обеспечивают возможность многопользо­вательского доступа к данным.

 

Многопользовательские СУБД позволяют создавать информационные системы, функционирующие в архитектуре "клиент-сервер". Наиболее известными мно­гопользовательскими СУБД являются Oracle, Informix, SyBase, Microsoft SQL Server, InterBase.

В состав языковых средств современных СУБД входят:

·      язык описания данных, предназначенный для описания логической структу­ры данных;

·      язык манипулирования данными, обеспечивающий выполнение основных операций над данными – ввод, модификацию и выборку;

·      язык структурированных запросов (SQL Structured Query Language), обеспечивающий управление структурой БД и манипулирование данными, а также являющийся стандартным средством доступа к удаленным БД;

·      язык запросов по образцу (QBE Query By Example), обеспечивающий визуальное конструирование запросов к БД.

 

Прикладные программы, или приложения, служат для обработки данных, со­держащихся в БД. Пользователь осуществляет управление БД и работу с ее дан­ными именно с помощью приложений, которые также называют приложения­ми БД.

Иногда термин "база данных" трактуют в более широком смысле и обозначают им не только саму БД, но и приложения, обрабатывающие ее данные.

Хотя система Delphi и не является СУБД в буквальном смысле этого слова, она тем не менее обладает вполне развитыми возможностями СУБД. Предоставляе­мые Delphi средства обеспечивают создание и ведение локальных и клиент-серверных БД, а также разработку приложений для работы практически с лю­быми БД. Назвать Delphi обычной СУБД мешает, наверное, только то, что, с одной стороны, она не имеет своего формата таблиц (языка описания данных) и использует форматы таблиц других СУБД, например, dBase, Paradox или InterBase. Это вряд ли является недостатком, поскольку названные форматы хорошо себя зарекомендовали. С другой стороны, в плане создания приложений различного назначения, в том числе приложений БД, возможности Delphi не уступают воз­можностям специализированных СУБД, а зачастую и превосходят их.

 


2. Организация баз данных

 

База данных содержит данные, используемые некоторой прикладной информа­ционной системой (например, системами "Сирена" или "Экспресс" продажи авиа- и железнодорожных билетов). В зависимости от вида организации данных различают следующие основные модели представления данных в базе:

·        иерархическую;

·        сетевую;

  • реляционную;
  • объектно-ориентированную.

 

В иерархической модели данные представляются в виде древовидной (иерар­хической) структуры. Подобная организация данных удобна для работы с иерар­хически упорядоченной информацией, однако при оперировании данными со сложными логическими связями иерархическая модель оказывается слишком громоздкой.

В сетевой модели данные организуются в виде произвольного графа. Недостат­ком сетевой модели является жесткость структуры и высокая сложность ее реа­лизации.

Кроме того, значительным недостатком иерархической и сетевой моделей явля­ется также то, что структура данных задается на этапе проектирования БД и не может быть изменена при организации доступа к данным.

В объектно-ориентированной модели отдельные записи базы данных представ­ляются в виде объектов. Между записями базы данных и функциями их обра­ботки устанавливаются взаимосвязи с помощью механизмов, подобных соответ­ствующим средствам в объектно-ориентированных языках программирования. Объектно-ориентированные модели сочетают особенности сетевой и реляцион­ной моделей и используются для создания крупных БД со сложными структу­рами данных.

Реляционная модель получила свое название от английского термина relation (отношение) и была предложена в 70-х годах сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом. Реляционная БД представляет собой совокупность таблиц, связанных отношениями. Достоинствами реляционной модели данных являются простота, гибкость структуры, удобство реализации на компьютере, наличие теоретиче­ского описания. Большинство современных БД для персональных компьютеров являются реляционными. При последующем изложении материала речь пойдет именно о реляционных БД.

 


3. Архитектуры информационных систем

 

В зависимости от взаимного расположения приложения и БД можно выделить:

·      локальные БД;

·      удаленные БД.

 

Для выполнения операций с локальными БД разрабатываются и используются так называемые локальные приложения, а для операций с удаленными БД – клиент-серверные приложения.

Расположение БД в значительной степени влияет на разработку приложения, обрабатывающего содержащиеся в этой базе данные. Delphi-приложение осуще­ствляет доступ к БД через BDE (Borland Database Engine – процессор баз дан­ных фирмы Borland).

 

BDE представляет собой совокупность динамических биб­лиотек и драйверов, обеспечивающих доступ к данным. BDE должен устанавливаться на всех компьютерах, на которых выполняются Delphi-приложения, осу­ществляющие работу с БД. Приложение через BDE передает запрос к базе дан­ных, а обратно получает требуемые данные.

Локальные БД располагаются на том же компьютере, что и работающие с ними приложения. В этом случае говорят, что информационная система имеет ло­кальную архитектуру (рис. 2.1). Работа с БД происходит, как правило, в одно­пользовательском режиме. При необходимости можно запустить на компьютере другое приложение, одновременно осуществляющее доступ к этим же данным. Для управления совместным доступом к БД необходимы специальные среде а контроля и защиты. Эти средства могут понадобиться, например, в случае, ко­гда приложение пытается изменить запись, которую редактирует другое прило­жение. Каждая разновидность БД осуществляет подобный контроль своими способами и обычно имеет встроенные средства разграничения доступа.

 

 

Рис. 2.1. Локальная архитектура

 

Для доступа к локальной БД процессор баз данных BDE использует стандарт­ные драйверы, которые позволяют работать с форматами БД dBase, Paradox, FoxPro, а также с текстовыми файлами.

При использовании локальной БД в сети возможна организация многопользова­тельского доступа. В этом случае файлы БД и предназначенное для работы с ней приложение располагаются на сервере сети. Каждый пользователь запускает со своего компьютера это расположенное на сервере приложение, при этом у него запускается копия приложения. Такой сетевой вариант использования локальной БД соответствует архитектуре "файл-сервер". Приложение при архи­тектуре "файл-сервер" также может быть записано и на каждый компьютер сети, в этом случае приложению отдельного компьютера должно быть известно место­нахождение общей БД (рис. 2.2).

При работе с данными на каждом пользовательском компьютере сети использу­ется локальная копия БД. Эта копия периодически обновляется данными, со­держащимися в БД на сервере.

Архитектура "файл-сервер" обычно применяется в сетях с небольшим количест­вом пользователей, для ее реализации подходят персональные СУБД, например, Paradox или dBase. Достоинствами этой архитектуры являются простота реали­зации, а также то, что приложение фактически разрабатывается в расчете на одного пользователя и не зависит от компьютера сети, на который оно устанав­ливается.

Однако архитектура "файл-сервер" имеет и существенные недостатки.

·      Пользователь работает со своей локальной копией БД, данные в которой обновляются при каждом запросе к какой-либо из таблиц. При этом с сервера пересылается новая копия всей таблицы, данные которой затребованы. Таким образом, если пользователю необходимо несколько записей таблицы, с сервера по сети пересылается вся таблица. В результате циркуляции в сети больших объемов избыточной информации резко возрастает нагрузка на сеть, что приводит к соответствующему снижению ее быстродействия и про­изводительности информационной системы в целом.

·      В связи с тем, что на каждом компьютере имеется своя копия БД, измене­ния, сделанные в ней одним пользователем, в течение некоторого времени являются неизвестными другим пользователям. Поэтому требуется постоян­ное обновление БД. Кроме того, возникает необходимость синхронизации ра­боты отдельных пользователей, связанная с блокировкой в таблицах записей, которые в данный момент редактирует другой пользователь.

·      Управление БД осуществляется с разных компьютеров, поэтому в значительной степени затруднена организация контроля доступа, соблюдения конфи­денциальности и поддержания целостности БД.

 

Рис. 2.2. Архитектура "файл-сервер"

 

Удаленная БД размещается на компьютере-сервере сети, а приложение, осущест­вляющее работу с этой БД, находится на компьютере пользователя. В этом слу­чае мы имеем дело с архитектурой "клиент-сервер" (рис. 2.3), когда информа­ционная система делится на неоднородные части – сервер и клиент БД. В свя­зи с тем, что компьютер-сервер находится отдельно от клиента, его также называют удаленным сервером.

Клиент – это приложение пользователя. Для получения данных клиент форми­рует и отсылает запрос удаленному серверу, на котором размещена БД. Запрос формулируется на языке SQL, который является стандартным средством доступа к серверу при использовании реляционных моделей данных. После получения запроса удаленный сервер направляет его SQL-серверу (серверу баз данных) – специальной программе, управляющей удаленной БД и обеспечивающей вы­полнение запроса и выдачу его результатов клиенту.

Таким образом, в архитектуре "клиент-сервер" клиент посылает запрос на пре­доставление данных и получает только те данные, которые действительно были затребованы. Вся обработка запроса выполняется на удаленном сервере. Такая архитектура обладает следующими достоинствами.

·      Снижение нагрузки на сеть, поскольку теперь в ней циркулирует только нужная информация.

·      Повышение безопасности информации, связанное с тем, что обработка за­просов всех клиентов выполняется единой программой, расположенной на сервере. Сервер устанавливает общие для всех пользователей правила ис­пользования БД, управляет режимами доступа клиентов к данным, запрещая, в частности, одновременное изменение одной записи различными пользователями.

·      Уменьшение сложности клиентских приложений за счет отсутствия в них
кода, связанного с контролем БД и разграничением доступа к ней.

 

 

Рис. 2.3. Архитектура "клиент-сервер" ("толстый" клиент)

 

Для реализации архитектуры "клиент-сервер" обычно используются многополь­зовательские СУБД, например, Oracle или Microsoft SQL Server. Подобные СУБД также называют промышленными, т. к. они позволяют создать информа­ционную систему организации или предприятия с большим числом пользовате­лей. Промышленные СУБД являются сложными системами и требуют мощной вычислительной техники и соответствующего обслуживания. Обслуживание вы­полняет специалист (или группа специалистов), называемый системным адми­нистратором БД (администратором). Основными задачами системного админи­стратора являются:

§      защита БД;

§      поддержание целостности БД;

§      обучение и подготовка пользователей;

§      загрузка данных из других БД;

§      тестирование данных;

§      резервное копирование и восстановление;

§      внесение изменений в информационную систему.

 

Доступ Delphi-приложения к промышленным СУБД осуществляется через драй­веры SQL-Links. Отметим, что при работе с "родной" для Delphi СУБД InterBase можно обойтись без драйверов SQL-Links.

Описанная архитектура является двухуровневой – приложение-клиент и сервер БД. Клиентское приложение также называют сильным, или "толстым", клиентом. Дальнейшее развитие данной архитектуры привело к появления трехуровневого варианта "клиент-сервер" – приложение-клиент, сервер приложений и сервер БД (рис. 2.4).

 

Рис. 2.4. Трехуровневая архитектура "клиент-сервер" ("тонкий" клиент)

 

В трехуровневой архитектуре часть средств и кода, предназначенных для орга­низации доступа к данным и их обработке, из приложения-клиента выделяется в сервер приложений. Само клиентское приложение при этом называют слабым, или "тонким", клиентом. В сервере приложений удобно располагать средства и код, общие для всех клиентских приложений, например, средства доступа к БД.

Основные достоинства трехуровневой архитектуры "клиент-сервер" состоят в следующем:

§      разгрузка сервера от выполнения части операций, перенесенных на сервер
приложений;

§      уменьшение размера клиентских приложений за счет разгрузки их от лиш­него кода;

§      единое поведение всех клиентов;

§      упрощение настройки клиентов – при изменении общего кода сервера при­ложений автоматически изменяется поведение приложений-клиентов.

 

Отметим, что локальные приложения БД называют одноуровневыми, а клиент-серверные приложения БД – многоуровневыми.

 

 

 


БАЗА ЖИРНЫХ ТРАСТОВЫХ САЙТОВ ДЛЯ тИЦ
БАЗА ЖИРНЫХ ТРАСТОВЫХ САЙТОВ ДЛЯ тИЦ


База  русских синонимов. Нужна уникальность контента?.
База русских синонимов. Нужна уникальность контента?.


База форумов vBulletin (Октябрь 2019)
База форумов vBulletin (Октябрь 2019)