Реферат актуальность темы выпускной квалификационной работы заключается в том, что в настоящее время информационные технологии широко используются во всех сферах человеческой жизни.
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
1.2 Классификация баз данных Потоки информации, которые циркулируют в мире и окружают нас, колоссальны. В течение времени они имеют тенденцию к увеличению, следовательно, в любой организации возникает вопрос об эффективном управлении информацией и данными, которые обеспечили бы наиболее 18 эффективную работу в данной сфере. Наиболее популярными являются компьютеризированные способы обработки информации, то есть базы данных, которые позволяют эффективно хранить, структурировать и систематизировать большой объем информации и данных. В современном мире без использования баз данных невозможно представить работу большинства финансовых, промышленных, торговых и прочих организаций, так как, если не будет баз данных, то они просто захлебнутся в информационном потоке, что отрицательно отразится на их деятельности и конкурентоспособности. Разнообразие характеристик и видов баз данных порождает многообразие их классификации. Классификация баз данных может быть произведена по разным признакам, относящихся к разным компонентам и сторонам их функционирования, среди которых можно выделить следующие: характер хранимой информации, способ хранения данных, структура организации данных, способ доступа к данным, сфера применения и другие. По характеру хранимой информации выделяются фактографические, документальные и лексикографические базы данных. Фактографические базы данных – это базы данных, которые содержат краткие констатирующие сведения об описываемом объекте реальной предметной области, представленные в строго определенной форме. Следовательно, единицей хранения в фактографических базах данных является факт, то есть определенный элемент содержательной информации. Документальные базы данных – базы данных, которые объединяют документы, сгруппированные по разным признакам и свойствам. Документальные базы данных могут содержать значительное количество информации разного типа: текстовую и графическую. Современные информационные технологии стирают границу между фактографическими и документальными базами данных, так как существуют средства, которые позволяют легко подключать любой документ к фактографической базе данных. Лексикографические базы данных – это 19 базы данных, представляющие собой различные машиночитаемые словарные массивы данных, объектом описания в котором является лексическая единица. К лексикографическим базам данных можно отнести тезаурусы, рубрикаторы, терминологические словари и классификаторы. По способу хранения данных базы данных подразделяются на централизованные и распределительные. Централизованные базы данных – это базы данных, разрабатываемые и функционируемые на принципах централизации 24 . Такие базы данных находятся на одной электронной вычислительной машине, в виде одного информационного массива. В таком случае говорят о централизованном или монопольном владении данными. Централизованная база данных доступна только одному пользователю, так как исключается одновременная работа нескольких пользователей. Управление базой данных, то есть ее корректировка и прочие процедуры, поддерживающие ее целостность и безопасность, осуществляется централизованно в одном месте одним пользователем. Основной недостаток централизованных баз данных заключается в необходимости передачи большого потока данных, а также низкая степень надежности и производительности. Преимущество централизованных база данных – минимальные затраты времени на корректировку данных, хранящихся в базе. Для снижения актуальности перечисленных недостатков создаются распределенные базы данных, то есть базы данных части которых располагаются в различных частях сети. Распределенные базы данных являются совокупностью баз данных, которые физически распределены по взаимосвязанным ресурсам локальной сети и доступны для совместного применения и использования в разных местах разными пользователями. Главный критерий распределения данных в сети заключается в том, что данные должны располагаться там, где существует наибольшая частота обращений пользователей к ним. Распределенная база данных разъединена только физически, а не логически, то есть вся база данных потенциально 24 Кузнецов С.Д. Основы современных баз данных. – М.: Лаборатория знаний, 2011. С.139. 20 доступна с любого автоматизированного рабочего места пользователя. По характеру организации данных базы данных могут быть разделены на неструктурированные, частично структурированные, структурированные. Данный классификационный признак относится к информации, которая представлена в символьном виде и содержится в базе данных. К неструктурированным базам данным можно отнести базы данных, которые организованы в виде семантических сетей. Частично структурированные можно считать базы данных, представленные в виде обычного текста или гипертекстовые системы. Структурированные базы данных требуют заблаговременного проектирования, писания и разработки структуры базы данных, только после данных процедур в базы данных данного типа могут быть занесены данные, необходимые для работы с базой данных. Структурированные базы данных, в свою очередь, по типу используемой модели данных могут делится на: иерархические, реляционные, сетевые, смешенные и мультимедийные. Иерархические базы данных – это базы данных, которые графически могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней 25 . На верхнем уровне находится только один объект, на втором уровне – объекты второго уровне и так далее. Между объектами, которые расположены на разных уровнях, существуют горизонтальные связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов, которые расположены ниже уровня данного объекта. Такие объекты находятся в отношении предка (объект, находящийся ближе к корню) к потомку (объект, находящийся ниже уровнем), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или может иметь несколько, тогда как у объекта потомка обязательно должен быть только один предок. Иерархическая база данных имеет корневую папку, постепенно разветвляющуюся книзу. Обращая внимание на то, что подобная структура базы данных аналогична файловой 25 Карпова И.П. Базы данных. Учебное пособие. – М.: Московский государственный институт электроники и математики, 2009. – С. 31. 21 системе, такие базы данных эффективно используются для выполнения различных операций на данными, хранящимися в памяти компьютера. Иерархическая модель идеально применяется для структурированной и упорядоченной информации. Основным недостатком использования иерархических баз данных является их громоздкость и сложность проектирования логических связей между объектами. Сетевой подход к организации данных представляет собой расширение иерархического подхода, так как в иерархических структурах запись-потомок должна иметь в точности одного предка, а в сетевой структуре данных потомок может иметь любое число предков, а между объектами нижнего уровня могут существовать горизонтальные связи. Следовательно, сетевая база данных – это база данных, образующаяся обобщением иерархической базы данных за счет разрешения иметь объектам более одного предка, то есть каждый элемент вышестоящего уровня может быть связан одновременно с любыми элементами следующего уровня. На связи между объектами в сетевых базах данных не накладываются никакие ограничения. Примером сетевой базы данных может служить всемирная паутина глобальной компьютерной сети интернет, гиперссылки связывают между собой огромное количество документов в единую распределенную сетевую базу данных доступ к которой возможен с любого рабочего места пользователя, имеющего доступ в глобальную сеть – интернет. Следующем видом структурированных баз данных является реляционные базы данных. Модель реляционных баз данных была разработана Эдгаром Франком Коддом и обнародована им в 1970 году 26 Реляционная модель представляет собой логически структурированную таблицу с полями, которые описывают данные и их отношения между собой, а также операции, произведенные над ними, а главное – правила, 26 Ребекка М., Райордан Р. Основы реляционных баз данных. – М.: ИД «Русская Редакция», 2012. С. 84. 22 гарантирующие их целостность. Модель называется реляционной, потому что в основе ее лежат отношения между данными. Реляционные базы данных – это базы данных, которые представляют собой совокупность взаимосвязанных таблиц, каждая из которых содержит информацию об объектах определенного типа 27 . Таблицы состоят из строк, которые называются записями, и столбцов, которые называются полями, либо атрибутами. В строках таблицы содержаться данные об одном объекте, а в столбцах таблицы содержатся различные характеристики этих объектов. Записи, то есть строки таблицы, имеют одинаковую структуру. Они состоят из полей, которые хранят атрибуты объекта. Каждое поле, то есть столбец таблицы, описывает только единственную характеристику объекта и имеет строго определенный тип данных. Все записи имеют одни и те же поля, только в них отображаются разные информационные свойства объекта. Таблицы в реляционных базах данных обладают рядом свойств: в таблице не может быть двух одинаковых строк, в таблице может не быть ни одной строки, но обязательно должен быть хотя бы один столбец, столбцы таблицы не зависят друг от друга, все значения в одном столбце имеют один тип данных, любая таблица должна иметь первичный ключ. Первичный ключ – это поле или комбинацию полей таблицы, идентифицирующие каждую строку таблицы единственным образом. Ключ может состоять из одного поля или нескольких полей таблицы, тогда он называется составным. Первичный ключ должен быть уникальным и однозначно определять запись в таблице. Значение первичного ключа позволяет реализовывать процесс поиска и упорядочивания информации в базе данных. Таблицы в реляционной базе данных должны отвечать требованиям нормализации отношений, то есть соответствовать аппарату ограничений на формирование таблиц, который позволяет исключить дублирование и противоречивость данных, хранящихся в базе данных. 27 Туманов В.Е. Основы проектирования реляционных хранилищ данных. – М.: Бином, 2014. С. 154. 23 Таблицы в реляционных базах данных могут быть связаны друг с другом, а это означает, что данные могут извлекаться из нескольких таблиц одновременно. Таблицы связываются между собой для того, чтобы уменьшить объем базы данных и исключить дублирование информации. Связь между таблицами обеспечивается наличием в них одинаковых столбцов. Так как реляционные базы данных наиболее популярны, то у них есть определенные достоинства. К основным достоинствам реляционных баз данных можно отнести следующие: модель хранимых данных представляет информацию в наиболее простой и понятной для пользователя форме, в основе базы данных лежит хорошо развитый математический аппарат, который позволяет доступно описать основные операции, производимые над данными, при манипулировании и доступе к данным используются языки не процедурного типа, манипулирование данными на уровне выходной информации и возможность динамического изменения данных. Вопреки перечисленным достоинствам, в современном мире, при расширении границ моделирования информационных систем, были обнаружены и существенные ограничения при использовании реляционных баз данных в качестве основного хранилища информации. К основным недостаткам использования реляционных баз данных можно отнести: трудоемкость их проектирования и разработки, медленный доступ к данным, проблематичность моделирования и реализации сложных связей между данными, результатом запроса к базе данных является информация, хранимая в самой базе данных, при этом часто требуется, чтобы в результате запроса был получен логический вывод на основе хранимых данных. Развитие информационных технологий в области проектирования и построения баз данных приводит к потребности хранения и обработки новых видов представления информации в базах данных, относящихся к классу мультимедиа, которые характеризуются высоким уровнем информационно- 24 структурной сложности. Мультимедийные базы данных – это базы данных, которые содержат мультимедийную информацию 28 . К основным особенностям мультимедийных баз данных, отличающими их от других баз данных, можно отнести их способность хранить и обрабатывать не только числа, символы и массивы информации, но и такие данные, как документы, изображения, видео и звукозаписи, а также цифровые карты. Главным недостатком мультимедийных баз данных является проблематичность четкого разделения программ и данных, что обусловлено потребностями программных приложений наделения мультимедийных данных поведением и разработки специализированных методов обработки, поиска, сравнения и манипулирования данными. По сфере применения различают универсальные и проблемно- ориентированные базы данных. Универсальные базы данных – это базы данных, которые предназначены для решения универсальных задач пользователя 29 . К основным задачам, решаемым с помощью универсальных баз данных, можно отнести обеспечение хранения в базе данных необходимой информации и возможности получения данных по различным запросам, сокращение избыточности и дублирования данных, хранящихся в базе данных, обеспечение целостности самой базы данных. Проблемно- ориентированные базы данных – это базы данных, которые содержат тематически связанные документы и данные, предназначенные для решения прикладных задач определенного вида конкретной предметной области 30 При проектирование проблемно-ориентированных баз данных необходимо ориентироваться на потребности пользователя, который будет работать с данной базой данных. 28 Петров Г.А., Тихов С.В., Яковлев В.П. Базы данных: учебное пособие. – СПб.: СПбГТУ РП, 2015. С. 24. 29 Советов Б.Я., Цехановский В.В., Чертовской В.Д. Базы данных. Теория и практика. – М.: Юрайт, 2014. С. 215. 30 Шаймарданов Р.Б. Моделирование и автоматизация проектирования структур баз данных. – М.: Радио и связь, 2008. С. 169. 25 1.3 Системы управления базами данных Жизнь в современном мире невозможно представить без эффективного управления. Важной категорией являются системы обработки информации, от которых во многом зависит эффективность работы любого учреждения не зависимо от формы собственности. Система обработки информации предоставляет пользователю возможности по получению общих и детализированных отчетов по итогам проделанной работы, позволяет легко определять тенденции изменения важнейших показателей эффективности работы, обеспечивает получение информации без существенных задержек, а также выполняет анализ данных. Ядром любой системы обработки информации является база данных, а для того чтобы она функционировала необходима система управления базой данных, которая используется в роли интерфейса между базой данных и пользователем, работающим с ней. Появление систем управления базами данных определено следующими причинами: высокая значимость данных в различных областях применения, дублирование средств управления данными при разработке разных пользовательских приложений, необходимость организации доступа к данным разным пользователям. Система управления базами данных – это программно-аппаратный комплекс интегрированной совокупности данных, предназначенный для создания, ведения и использования базы данных пользователями и прикладными программами 31 . К основным функциям системы управления базами данных можно отнести: В большинстве современных систем управления базами данных база данных представляется в виде совокупности различных таблиц. Система управления базой данных предоставляет пользователю возможность 31 Хоменко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Теория баз данных. – СПб.: КОРОНА, 2015. С. 148. 26 манипулировать данными, то есть производить выборку необходимой информации, выполнять различные вычисления, разрабатывать интерфейс ввода и вывода, визуализировать информацию. Данные функции в системе управления базами данных реализуются с помощью использования специализированных языков манипулирования данными, которые входят в состав данной системы управления, либо с помощью графического интерфейса пользователя. Обеспечение независимости прикладных программ и данных (логическая и физическая независимость). Важным свойством системы управления базами данных является возможность обеспечивать два независимых друг от друга взгляда на базу данных – «взгляд пользователя», который представляется в логическом представлении данных, и его отражение в прикладном программном обеспечении, и «взгляд системы» – физическое представление данных в памяти компьютера. Обеспечение логической независимости данных дает возможность изменять логическое представление базы данных без необходимости изменения физической структуры хранения данных. Обеспечение физической независимости данных дает возможность изменять способы организации базы данных в памяти персонального компьютера пользователя, не вызывая необходимости изменения логического представления данных. Защита логической целостности базы данных. Главной целью реализации данной функции является повышение достоверности информации, которая хранится в базе данных. Для повышения достоверности данных в системе объявляются независимые ограничения целостности, которые в определенных случаях не дают ввести в базу неверные данные. Так, во всех современных системах управления базами данных выполняется проверка соответствия вводимых данных их типу, который задан при проектировании структуры базы данных. Система не позволяет ввести символ в поле числового типа, ввести недопустимую дату. В развитых 27 системах управления базами данных ограничения целостности описывает программист, исходя из содержательного смысла исходной задачи. Защита физической целостности. При работе компьютера возможны сбои в его функционировании, повреждение машинных носителей данных, в следствии чего могут быть нарушены связи между данными, что приводит к невозможности дальнейшей работы с базой данных. Системы управления базами данных имеют средства, которые позволяют восстановить базу данных из резервной копии и возобновить ее работоспособность. Управление полномочиями пользователей на доступ к базе данных. Разные пользователи могут иметь совершенно разные полномочия по работе с данными, то есть некоторые данные должны быть недоступны определенным пользователям, что запрещает процесс обновления данных. В системах управления базами данных предусматривается механизм разграничения полномочий доступа пользователей, основанный на принципах паролей, либо на описании полномочий пользователей. Синхронизация работы нескольких пользователей. Достаточно часто может иметь место ситуация, когда несколько пользователей одновременно выполняют операцию обновления одних и тех же данных. Такое обновление данных может привести к нарушению логической целостности, поэтому система должна предусматривать меры, которые не допустят обновление данных другим пользователем, пока работающий с этими данными пользователь полностью не закончит работу с ними. Основным используемым здесь понятием является «блокировка». Блокировка одновременного обновления данных необходима для того, чтобы запретить различным пользователям возможность одновременно работать с базой данных, так как это может привести к серьезным ошибкам. Управление ресурсами среды хранения. База данных располагается во внешней памяти компьютера. При работе с базой данных в нее заносятся новые данные (занимается память) и удаляются данные (освобождается 28 память). Системы управления базами данных выделяют ресурсы памяти для новых данных, перераспределяют освободившуюся память, организуют ведение очереди запросов к внешней памяти. Поддержка деятельности системного персонала. При эксплуатации базы данных может возникать необходимость изменения параметров системы управления базой данных, выбора новых методов доступа, изменения структуры хранимых данных, а также выполнение ряда других общесистемных действий. Система управления базами данных предоставляет возможность выполнения этих и других действий для поддержки деятельности базы данных обслуживающему ее системному персоналу, называемому администратором базы данных. По способу доступа к базе данных системы управления базами данных классифицируются на файл-серверные, клиент-серверные и встраиваемые. В файл-серверных системах управления базами данных файлы данных хранятся централизованно в одном месте на рабочем файл-сервере. Система управления базами данных располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ системы управления базой данных к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Существенным преимуществом данной архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. К недостаткам относятся потенциально высокая загрузка локальной сети, затруднённость или невозможность централизованного управления. Используются чаще всего в локальных приложениях, которые применяют функции управления базой данных, а также в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на базу данных. На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах является существенным недостатком. К файл-серверным системам 29 управления базами данных можно отнести Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro. Клиент-серверная система управления базами данных располагается на сервере вместе с базой данных. Доступ к базе данных осуществляет непосредственно в монопольном режиме, то есть работа с базой данных осуществляется одним пользователем. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной системой управления централизованно. Недостаток клиент-серверных систем управления базами данных состоит в повышенных требованиях к серверу 32 . Достоинствами данных систем является низкая загрузка локальной сети, удобство централизованного управления и обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. К клиент-серверным системам управления базами данных относятся Oracle, Firebird, Interbase, Informix, MS SQL Server, My SQL. Встраиваемая система управления базами данных — это система, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки 33 . Встраиваемая система управления базой данных предназначена для локального хранения данных своего приложения, но не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая система управления базой данных чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки с данными. Доступ к данным осуществляется через SQL запросы или через специальные программные интерфейсы. К встраиваемым системам управления базами данных относятся OpenEdge, BerkeleyDB, Microsoft SQL Server Compact. На основании вышеизложенного теоретического материала по базам данным можно сделать следующие выводы. В истории развития и становления баз данных, длившейся более пятидесяти лет, выделяется 32 Пирогов В.И. Информационные системы и базы данных: организация, проектирование. – СПб.: BHV, 2009. С. 158. 33 Лазицкас Е.А., Загумённикова И.Н., Гилевский П.Г. Базы данных и системы управления базами данных. – Минск: РИПО, 2016. С. 89. 30 четыре основных этапа. Каждый этап характеризуется появлением и развитием новых информационных технологий в данной области. История развития база данных начинается с появлением файлов и файловых систем, что позволило создавать, редактировать, копировать и перемещать файлы в памяти персонального компьютера. В настоящее время файловые системы входят в структуру любой операционной системы. Первый этап истории развития баз данных связан с появлением баз данных на больших электронных вычислительных машинах. Второй этап характеризуется появлением персональных компьютером, что послужило толчком для развития настольных систем управления базами данных. Настольные системы управления базами данных позволили в упорядоченном виде хранить большой объем информации, имели удобный пользовательский интерфейс, который позволял заполнять базу данных и генерировать различные отчеты по заданным критериям. Третий этап – распределительные многопользовательские базы данных, которые сохранили в себе все преимущества предыдущего этапа и в то же время позволяли организовать параллельную обработку информации и поддержку целостности базы данных. Четвертый заключительный этап характеризуется появлением новой технологии доступа к данным — интранет. Основное преимущество состоит в том, что отпадает необходимость использования специализированного программного обеспечения, для работы с удаленной базой данных используется стандартный браузер для доступа в интернет. Разнообразие характеристик и видов баз данных порождает многообразие их классификации. Классификация баз данных может быть произведена по разным признакам, которые относятся к разным компонентам и сторонам их функционирования. К данным признакам можно отнести характер хранимой информации, способ хранения данных, структуру организации данных, способ доступа к данным, а также сферу применения. В администрировании баз данных предполагается, что их создание, 31 поддержка и обеспечение доступа пользователей к хранящимся данным осуществляются централизованно с помощью специального программного инструментария – систем управления базами данных. Система управления базами данных – это совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, которые обеспечивают процесс создания и использования баз данных. Основные функции системы управления базой данных заключаются в управлении данными во внешней и оперативной памяти, журнализации изменений данных, в обеспечении резервного копирования и восстановления базы данных после сбоев, то есть некорректного завершения работы с ней, а также в поддержке языков манипулирования данными, которые предназначены для работы с информацией, хранящейся в базе данных. Если постараться классифицировать существующие области применения баз данных, а также дать оценку перспективам их развития в ближайшее время, то можно получить перечень наиболее распространенных видов, которым нашли применение во всех областях человеческой жизнедеятельности. Во всех органах государственной власти и управления, а также в средне профессиональных образовательных учреждениях города Барнаула используются документографические и документальные базы данных. Средне профессиональные образовательные учреждения занимают социально значимое место в социализации молодежи в обществе и мире. Внедрение информационных технологий в деятельность средне профессиональных образовательных учреждений города Барнаула является важным вектором государственного регулирования. Тенденции эволюционирования современных информационных технологий привели к тому, что базы данных стали одной из наиболее популярных тем при изучении автоматизированных информационных систем. В последние десятилетия всплеск популярности интернета и стремительное развитие новейших технологий для его использования 32 сделали знание технологий баз данных для многих одним из актуальных путей развития карьеры. Проектирование и разработка баз данных требует и искусства, и умения. Понимание пользовательских требований и преобразование их в реальный и эффективный проект базы данных можно назвать творческим процессом, а преобразование этих проектов в реальные базы данных с помощью функциональных и высокопроизводительных приложений – инженерным процессом. Современные базы данных являются основой многочисленных автоматизированных информационных систем и находят применение в широком спектре приложений и отраслей. В настоящее время продолжается активное изучение методов эффективной обработки баз данных с точки зрения извлечения из них дополнительных знаний, так как область применения баз данных с каждым днем увеличивается, и они применяются везде, где есть необходимость в актуальной информации и быстрого доступа к ней. Базы данных способны улучшить производительность труда сотрудников и качество предоставляемых образовательных программ в средне профессиональных учебных учреждениях, а также существенно ускорить процесс обработки информации и составления отчетов по различным критериям. 33 |