Системы управления базами данных (СУБД) и их применение

Основы современной информационной технологии составляют базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД), роль которых как единого средства хранения, обработки и доступа к большим объемам информации постоянно возрастает. При этом существенным является постоянное повышение объемов информации, хранимой в БД, что влечет за собой требование увеличения производительности таких систем. Резко возрастает также в разнообразных применениях спрос на интеллектуальный доступ к информации. Это особенно проявляется при организации логической обработки информации в системах баз знаний, на основе которых создаются современные экспертные системы.

База данных – средство организации хранения и управления большим количеством упорядоченной разнородной информации. Обычно её характеризует жёсткая внутренняя структура и взаимосвязь между отдельными элементами хранящихся данных. Работая с базой данных, пользователь абстрагируется от конкретного способа их физического хранения на компьютере.

И вместо того, чтобы иметь дело с большим количеством отдельных файлов, например, текстовых, табличных и графических, мы оперируем единым интерфейсом, посредством которого добавляем новые записи, редактируем или удаляем уже имеющиеся. Кроме того, база данных подразумевает наличие механизма генерации аналитических отчётов, который избавляет пользователя от расчёта каких-либо сложных показателей вручную и поиска необходимых фрагментов в различных файлах.

В базе данных предприятия, например, может храниться: вся информация о штатном расписании, о рабочих и служащих предприятия; сведения о материальных ценностях; данные о поступлении сырья и комплектующих; сведения о запасах на складах; данные о выпуске готовой продукции; приказы и распоряжения дирекции и т.п.

Даже небольшие изменения какой-либо информации могут приводить к значительным изменениям в разных других местах.

Пример: издание приказа о повышении в должности одного работника приводит к изменениям не только в личном деле работника, но и к изменениям в списках подразделения, в котором он работает, в ведомостях на зарплату, в графике отпусков и т.п.

Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:

1. Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.

2. Удобство использования для ведения учёта и анализа данных — на уровне так называемой физической модели.

На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT, CSV, Excel, DBF, XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках — таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.

Хорошая модель и правильный проект базы данных формируют основу информационной системы. Построение слоя данных - часто первый критичный шаг в направлении создания новой системы, который правомерно требует внимания к деталям и тщательного планирования. База данных, как и любая компьютерная система, является моделью небольшой части реального мира. И, как любая модель, это - узкое представление, которое значительно упрощает сложность реальной вещи. Современные системы баз данных основываются на реляционной модели хранения и извлечения данных.

Базы данных используются под управлением систем управления базами данных (СУБД).

Система управления базами данных (СУБД) — это система программного обеспечения, позволяющая обрабатывать обращения к базе данных, поступающие от прикладных программ конечных пользователей. Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определённым критериям и т.п.

Современные СУБД – это многопользовательские системы управления базой данных, которые специализируется на управлении массивом информации одним или множеством одновременно работающих пользователей. Они имеют развитый пользовательский интерфейс, который позволяет вводить и модифицировать информацию, выполнять поиск и представлять информацию в графическом или текстовом режиме, дают возможность включать звуковые фрагменты и даже видеоклипы.

СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а также удобный доступ к ним. Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями.

К числу функций СУБД принято относить следующие:

1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения данных, непосредственно входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях СУБД активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.

2. Управление буферами оперативной памяти

СУБД обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере, этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. В развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

3. Управление транзакциями

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД.

4. Журнализация

Одним из основных требований к СУБД является надежность хранения данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя.

Поддержание надежности хранения данных в БД требует избыточности хранения данных, причем та часть данных, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенным методом поддержания такой избыточной информации является ведение журнала изменений БД.

5. Поддержка языков БД

Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured Query Language).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

· ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,

· процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

· подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

· а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Быстрое развитие потребностей применений БД выдвигает новые требования к СУБД:

- поддержка широкого спектра типов представляемых данных и операций над ними (включая фактографические, документальные, картинно-графические данные);

- естественные и эффективные представления в БД разнообразных отношений между объектами предметных областей (например, пространственно-временных с обеспечением визуализации данных);

- поддержка непротиворечивости данных и реализация дедуктивных БД;обеспечение целостности БД в широком диапазоне разнообразных предметных областей и операционных обстановок;

- управление распределенными БД, интеграция неоднородных баз данных;

- существенное повышение надежности функционирования БД.

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы, к которой подключены несколько других компьютеров.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ПК компьютерной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным базы данных подразделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

· Файл – сервер. Согласно этой архитектуре в компьютерной сети выделяется машина – сервер для хранения файлов централизованной базы данных. Файлы базы данных могут быть переданы на рабочие станции для обработки: ввода, корректировки, поиска записей. При большой интенсивности доступа к одним и тем же файлам производительность системы падает. В этой системе сервер и рабочие станции должны быть реализованы на достаточно мощных компьютерах.

На данный момент файл – серверные СУБД считаются устаревшими.

Примеры: Microsoft Access, Borland Paradox.

· Клиент – сервер – архитектура, используемая не только для хранения файлов централизованной базы данных на сервере, но и выполняющая на том же сервере основной объем работы по обработке данных. Таким образом, при необходимости поиска информации в базе данных рабочим станциям – клиентам передаются не файлы данных, а уже записи, отобранные в результате обработки файлов данных. Такая архитектура позволяет использовать маломощные компьютеры в качестве рабочих станций, но обязательно в качестве сервера используется очень мощный компьютер.

Примеры: Firebird, Interbase, MS SQL Server, Sybase, Oracle, MySQL,

PostgreSQL.

Прежде чем создавать базу данных, с которой вам придется работать, необходимо выбрать модель данных, наиболее удобную для решения поставленной задачи.

Модель данных – совокупность структур данных и операций их обработки.

С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Модели данных, которые поддерживают СУБД, а, следовательно, и сами СУБД делят на:

· иерархические;

· сетевые;

· реляционные;

· файловые.

В базах данных, основанных на файловой модели, используются простейшие по современным понятиям СУБД, в которых реализовывается простейший механизм поиска необходимых пользователю записей. Фактически в них для реализации запроса нового типа требуется писать дополнительный программный модуль.

В различных СУБД описание объекта для БД иерархического типа может называться по-разному: тип записи, файл, сегмент (далее используем термин «запись»). В свою очередь, запись состоит из одного или нескольких элементов данных (это аналог поля в файловой модели). Элементы упорядочиваются в некотором порядке.

В СУБД на основе сетевой модели типичными являются операции:

- поиск указанной записи;

- переход от предка к потомку;

- переход от потомка к предку;

- просмотр предков или потомков в заданном порядке;

- добавление записи в заданную позицию иерархии и др.

Если говорить об основной идее СУБД, то она заключается в передаче управления данными из прикладной программы и/или от пользователя одной специальной системе, которая вне зависимости от того, какая программа или версия программы, или же какой пользователь работает с данными, единым во всех случаях образом отслеживает защиту данных от рассогласованности, оптимизирует выполнение операций над данными, обращения к ним и т.д.

 

Задача №1

 

Напечатать таблицу перевода температуры из градусов по шкале Цельсия (ºС) по шкале Фаренгейта (F), для значений от 15 ºС до 30 º с шагом 1 ºС. Перевод осуществляется по формуле F=1,8*ºС+32.

 

 

Заключение

В данной контрольной работе были рассмотрены моменты возникновения и развития ЭВМ, развитие и примеры операционных систем а также системы управления базами данных и их применение.

С начала возникновения и до наших дней ЭВМ претерпели значительные изменения, с каждым разом становясь все более совершенными.

Современные персональные IВМ РС-совместимые компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобальная система электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имеющих отделения в разных городах и странах.

В совершенствовании будущих ЭВМ видны два пути. На физическом уровне это переход к использованию иных физических принципов построения узлов ЭВМ – на основе оптоэлектроники, использующей оптические свойства материалов, на базе которых создаются процессор и оперативная память, и криогенной электроники, использующей сверхпроводящие материалы при очень низких температурах. На уровне совершенствования интеллектуальных способностей машин, отнюдь не всегда определяемых физическими принципами их конструкций, постоянно возникают новые результаты, опирающиеся на принципиально новые подходы к программированию. Уже сегодня ЭВМ выигрывает шахматные партии у чемпиона мира. А ведь совсем недавно это казалось совершенно невозможным. Создание новейших информационных технологий, систем искусственного интеллекта, баз знаний, экспертных систем продолжаются и в XXI веке.

Для многих мир без компьютера – далекая история, примерно такая же далекая, как открытие Америки или Октябрьская революция. Но каждый раз, включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо.

Вывод

 

Как мы видим из данной контрольной работы, с начала возникновения и до наших дней ЭВМ претерпели значительные изменения, с каждым разом становясь все более совершенными. С развитием цивилизации людям становятся необходимы все более развитые технологии. Стремясь облегчить свой труд и быт, человек создает все более совершенные машины. Однако какими бы интеллектуальными не были современные ЭВМ они все же остаются бездушными механизмами, которые создают гениальные умы людей, с каждым новым изобретением все лучше и прогрессивнее. Операционная система – базовый комплекс программ, обеспечивающий интерфейс с пользователем, управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение программ и утилит. Как мы видим из контрольной работы операционная система постоянно развивается и совершенствуется. С развитием ЭВМ возникает необходимость создавать и обновленную операционную систему для удобства работы персональных компьютеров. С каждым новым выходом операционной системы разработчики стараются исправить как можно больше ошибок, для того чтобы система быстро работала и служила очень долго. Система управления базами данных служит для обработки обращений к базам данных от конечных пользователей. СУБД позволяют управлять массивом информации одним или множеством одновременно работающих пользователей, обеспечивая правильность, полноту и достоверность данных. Если бы СУБД не существовало, каждое изменение в базе данных приводило бы к разрозненности и недостоверности информации в последствии, ведь при изменении одной информации другая бы не менялась автоматически, и пришлось бы следить за этим самим пользователям, что не очень удобно при работе с большим объемом информации.

Список литературы

1. А. Гордеев. «Операционные системы» — СПб.: Питер, 2007 (учебник для ВУЗов)

2. Екимов К.А., Подрядчиков С.Ф. Учебно-методическое пособие по подходу пользователей к выбору операционной системы, Петрозаводск 1999.

3. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика — 3-е изд. — М.: «Вильямс», 2003.

4. Семенов Н.И. Автоматизированные информационные технологии. Учебник. – Москва.: «Инфра-М». 2000г.

5. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 6-е, переработ и доп. – М.: ИНФРА-М, 1996

6. Алехина Г.В. вычислительные сети системы и телекоммуникаций. Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права. – М., 2003