ИГА_сети_ЭВМ_и_ТК. Хранения информации для коллективного пользования
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
1. Понятие базы данных База данных – поименованная совокупность данных о состоянии объектов и их взаимосвязях, короче – компьютерная система хранения информации для коллективного пользования. Характерная черта БД – постоянство (данные постоянно накапливаются и используются, их состав и структура, обычно, постоянны и стабильны во времени, отдельные или даже все элементы данных могут меняться, но и это есть проявление постоянства –постоянная актуальность). Провести четкую классификацию не представляется возможным, так как существует большое множество различных способов, поэтому она проводится по конкретным критериям: 1) по степени распределенности: Централизованная – все части находятся в памяти одной вычислительной системы (это либо один компьютер, либо локальная сеть компьютеров с распределенным доступом к БД – доступ с различных компьютеров этой сети); Распределенная – несколько частей на разных компьютерах сети; 2) по содержимому: Научные; Исторические; Мультимедийные; Географические и др.; 3) по технологии хранения и обработки данных: во вторичной памяти (жесткий диск для постоянного хранения, в оперативной памяти находится только кэш и обрабатываемые в текущий момент данные); в оперативной памяти (именно здесь хранятся все данные); в третичной памяти (магнитные ленты и оптические диски (для постоянного хранения), на жестком диске присутствуют исключительно перечень данных третичной памяти, кэш и обрабатываемые в текущий момент данные); 4) по способу доступа к БД: Файл-серверные, Клиент-серверные, Встраиваемые 5) по моделям построения: Иерархические, Сетевые, Реляционные, Объектно-реляцион-ные, Объектно-ориентированные. 2. Архитектура СУБД и ее основные функции. СУБД – совокупность программных и языковых средств общего или специального назначения для создания и совместного использования баз данных всеми пользователями. СУБД играет роль интерфейса между прикладными программами и БД. Основные функции СУБД управление данными во внешней памяти (на дисках); управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша; журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев; поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными). По архитектуре организации хранения данных локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере); распределенные СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах). Современная СУБД содержит: ядро (отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализа-цию), процессор языка БД (обеспечивает оптимизацию запросов на извлечение и изменение дан-ных и создание машинно-независимого исполняемого внутреннего кода), подсистему поддержки времени исполнения (интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД Сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивают ряд дополнительных возмож-ностей по обслуживанию информационной системы). Многократное использование данных, простота, легкость и гибкость использования, быст-рая обработка запросов на данные, распределенная обработка данных, контроль за целост-ностью данных, восстановление данных после сбоев, обеспечение логической и физичес-кой независимости данных, защита физической и логической целостности БД, управление полномочиями пользователей на доступ к БД, синхронизация работы пользователей, управление ресурсами среды хранения. 3. Распределенные базы данных. СУРБД. База данных – интегрированная совокупность данных, с которой работает множество поль-зователей. БД обеспечивает централизованное хранение и обслуживание данных. Распределенная БД – БД, включающая фрагменты из нескольких БД, располагающихся на различных компьютеров сети, возможно управляемых различными СУРБД (системами управления распределенными базами данных). Для пользователя распределенная система должна выглядеть точно так же, как нераспределенная Система управления распределёнными базами данных - это система управления БД, расположенными в нескольких узлах информационной сети. РаСУБД (также представляет собой распределенную систему) – программная система, по-зволяющая пользователю работать и с его локальными частями, и со всей БД в целом. Каждый фрагмент БД работает под управлением отдельной СУБД, которая осуществляет доступ к данным фрагмента. Пользователи взаимодействуют с РаБД через локальные (по-зволяют работать со своими локальными данными) и глобальные приложения (позволяют работать с фрагментами БД на других компьютерах сети). Свойства распределенной БД: Локальная автономия, непрерывность работы, независимость узлов, прозрачность располо-жения и фрагментации и репликации (тиражирования), независимость от оборудования и ОС, БД и сети, обработка распределенных запросов и распределенных транзакций. Достоинство РаБД – приближение данных к месту их порождения, что существенно повы-шает их достоверность, недостаток – высокая сложность управления данными, как еди-ным целым. 4. Автоматизированные информационные системы. Информационная система предназначена для сбора, обработки и передачи информации. АИС – совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для хранения и/или управления данными и информацией и производства вычислений. Основная цель АИС - хранение, обеспечение эффективного поиска и передачи информа-ции по соответствующим запросам для наиболее полного удовлетворения информацион-ных запросов большого числа пользователей. По масштабу АИС: всемирные, международные, республиканские, региональные, отрас-левые, объединений, предприятий, подразделений. По отрасли/области деятельности АИС: медицины, транспорта, связи, строительства, от-раслей промышленности, межотраслевые АИС и т. д. К основным принципам автоматизации информационных процессов относят: окупаемость, надежность, гибкость, безопасность, дружественность, соответствие стандартам. Типы АИС: 1) Охватывающий один процесс (операцию) в одной организации; 2) Объединяющий несколько процессов в одной организации; 3) Обеспечивающий функционирование одного процесса в масштабе нескольких взаимо-действующих организаций; 4) Реализующий работу нескольких процессов или систем в масштабе нескольких органи-заций. При этом наиболее распространенными и перспективными считаются: фактографические, документальные, интеллектуальные (экспертные) и гипертекстовые АИС. АИС могут быть достаточно простыми (элементарные справочные) и сложными система-ми (экспертные и др., предоставляющие прогностические решения). Даже простые АИС имеют многозначные структурные отношения между своими модулями, элементами и другими составляющими. Это обстоятельство позволяет отнести их к классу сложных си-стем, состоящих из взаимосвязанных частей (подсистем, элементов), работающих в соста-ве целостной сложной структуры. 5. Методология проектирования баз данных. Под методологией проектирования обычно понимается структурированный подход с применением специализированных процедур, технических приемов, инструментов, доку-ментации для поддержки и упрощения процесса проектирования. Методология проектирования предусматривает разбиение всего процесса на несколько фаз, каждая из которых, состоит из нескольких этапов. Каждый этап имеет свой набор тех-нических приемов для решения задач, стоящих на данной стадии разработки. Также, методология предлагает методы планирования, координации, управления, оценки хода разработки проекта, а также структурированный подход к анализу и моделированию всего набора требований, предъявляемых к БД, и позволяет выполнить эти действия стан-дартизированным и организованным образом. Процесс проектирования базы данных подразделяется на три основных фазы: концептуальное, логическое и физическое проектирование. Концептуальное проектирование – конструирование информационной модели, не зави-сящей от каких-либо физических условий реализации. Логическое проектирование – конструирование информационной модели на основе су-ществующих конкретных моделей данных, но без учета используемой СУБД и прочих фи-зических условий реализации. Физическое проектирование – описание конкретной реализации БД с описанием струк-туры хранения данных и методов доступа к ним, регламентацией соответствующих огра-ничений целостности и мер защиты. Такое деление условно и на практике используются компромиссные варианты. 6. Инфологическое (концептуальное) проектирование. Инфологическая модель (информационно-логическая модель) — ориентированая на человека и независимая от типа СУБД модель предметной области, которая определяет совокупность информационных объектов, их атрибутов и отношений между объектами, динамику изменений предметной области, а также характер информационных потребнос-тей пользователей. Цель инфологического моделирования Обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой БД. Поэтому инфологичес-кая модель данных строится по аналогии с естественным языком. Основными конструктивными элементами являются: сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты). Основные понятия Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в БД. Атрибут – поименованная характеристика сущности. Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Связь – ассоциирование двух или более сущностей. Требования, предъявляемые к инфологической модели: Адекватное, отображение предметной области. Недопущение неоднозначной трактовки модели. Четкое определение моделируемой предметной области (конечность модели). Легкая расширяемость с вводом новых данных без изменения ранее определенных, то же относят и к удалению данных. Возможность композиции и декомпозиции модели в связи с большой размерностью реальных инфологических моделей. Легкое восприятие различными категориями пользователей. Применимость языка спецификаций модели как при ручном, так и при автоматизированном проектировании информационных систем. 7. Физическое проектирование. Физическое проектирование БД - процесс подготовки описания реализации БД на вто-ричных запоминающих устройствах; на этом этапе рассматриваются основные отношения, организация файлов и индексов, предназначенных для обеспечения эффективного доступа к данным, а также все связанные с этим ограничения целостности и средства защиты. Физическое проектирование – третий и последний этап создания проекта БД, при выпол-нении которого принимается решение о способах реализации разрабатываемой БД. При-ступая к физическому проектированию БД, выбирается конкретная целевая СУБД. Между логическим и физическим проектированием существует постоянная обратная связь, так как решения, принимаемые на этапе физического проектирования с целью повышения производительности системы, влияют на структуру логической модели данных. Основная цель физического проектирования БД – описание способа физической реализа-ции логического проекта БД. Этапы физического проектирования: 1. Перенос глобальной логической модели данных в среду целевой СУБД (проекти-рование таблиц данных в среде целевой СУБД и реализация бизнес-правил предприятия). 2. Проектирование физического представления БД (анализ важнейших транзакций, выбор файловой системы, определение вторичных индексов для повышения производи-тельности, определение требований к памяти). 3. Разработка механизмов защиты (разработка пользовательских видов и определе-ние прав доступа). 8. Язык SQL – функции запросов и основные возможности. Язык SQL – структурированный язык запросов основан на смеси алгебраических и логи-ческих конструкций, сейчас является промышленным стандартом, который в большей или меньшей степени поддерживает любая СУБД. Это компактный язык с небольшим набором предложений, т.к. ориентирован на операции с табличными данными. Язык SQL – наиболее распространённый язык управления БД типа клиент–сервер. Язык SQL – структурированный язык запросов для общения пользователя с реляционной БД и состоит из трех частей: DDL (Data Definition Language) – язык определения данных для создания БД (создания таблиц, индексов и т. д.) и редактирования ее схемы. DCL (Data Control Language) – язык управления данными. Содержит операторы для раз-граничения доступа пользователей к объектам БД. DML (Data Manipulation Language) – язык обработки данных. Содержит операторы для внесения изменений в содержимое таблиц БД. И в интерактивном, и во встроенном SQL существуют следующие предложения: 1)предложения определения данных; 2)запросы на выбор данных; 3)предложения модификации данных; 4) предложения управления данными. Язык SQL содержит встроенные функции используемые при построении выражений. Встроенные функции, доступные при работе с SQL, делятся на группы: математические функции; строковые функции; функции для работы с величинами типа дата/время; функции конфигурирования; системные функции; функции системы безопасности; функции управления метаданными; статистические функции. 9. Использование SQL в прикладном программировании. В стандарте SQL/89 определены два способа взаимодействия с БД из прикладной програм-мы, написанной на традиционном языке программирования. Первый способ Все операторы SQL, с которыми может работать данная прикладная программа, собраны в один модуль и оформлены как процедуры этого модуля. Для этого SQL содержит специ-альный подъязык - язык модулей. При использовании такого способа взаимодействия с БД прикладная программа содержит вызовы процедур модуля SQL с передачей им фактичес-ких параметров и получением ответных параметров. Второй способ Используется встроенный SQL, с помощью специального синтаксиса в программу на тра-диционном языке программирования встраиваются операторы SQL. В этом случае опера-тор SQL выполняется «по месту». Явная параметризация операторов SQL отсутствует, но во встроенных операторах SQL могут использоваться имена переменных основной про-граммы, и за счет этого обеспечивается связь между прикладной программой и СУБД. Концептуально эти способы эквивалентны, но обрабатываются по-разному. В случае использования модуля SQL компиляция операторов SQL производится один раз, и затем соответствующие процедуры сколько угодно раз могут вызываться из прикладной программы. Встроенные в прикладную программу операторы SQL компилируются каждый раз при их использовании. За и против каждого из этих двух способов. При использовании языка модулей, текст прикладной программы имеет меньший размер, взаимодействия с СУБД более локализованы за счет наличия явных параметров вызова процедур. С другой стороны, для понимания смысла поведения прикладной программы потребуется одновременное чтение двух текстов. А синтаксис модуля SQL может существенно разли-чаться в разных реализациях. Встроенный SQL предоставляет возможность производства более «самосодержащихся» прикладных программ. Более просто переносить такую программу в среду другой СУБД, поскольку стандарт встраивания более или менее соблюдается. Основной недостаток – не-который PL-подобный вид таких программ, независимо от выбранного основного языка. 10. Обработка транзакций в SQL. Транзакция, или логическая единица работы, – последовательность ряда таких операций, которые преобразуют некоторое непротиворечивое состояние БД в другое непротиворечи-вое состояние, но не гарантируют сохранения непротиворечивости во всем. Обработка транзакций – это механизм, используемый для управления наборами опера-ций SQL, которые должны быть выполнены в пакете, т.е. таким образом, чтобы в БД не могли попасть результаты частичного выполнения этого пакета операций. Большинство СУБД позволяют любому числу транзакций одновременно осуществлять до-ступ к одной и той же БД, управляя параллельными процессами и предотвращая нежела-тельные воздействия одних транзакций на другие. По сути, это механизм блокирования, чтобы объект не был изменен каким-либо непредска-зуемым образом в течение требуемого промежутка времени, устанавливающий блокировку этого объекта. Обработка транзакций обеспечивает сохранение целостности базы данных за счет того, что пакеты операций SQL выполняются полностью или не выполняются вовсе. При обработке транзакций можно быть уверенным, что выполнение набора операций не было прервано на середине — они или были выполнены все, или не была выполнена ни одна из них (если только не было явно указано иное). Если ошибки не произошло, результаты работы всего набора операторов фиксируются (записываются) в таблицах базы данных. Если произошла ошибка, должна быть выполнена отмена (аннулирование) всех операций, чтобы возвратить базу данных в известное и безопасное состояние. В большинстве СУБД все изменения данных рассматриваются как предварительные до тех пор, пока пользователь не выдаст предложения: |