Назначение и принципы организации Субд на ПЭВМ

2. Назначение и принципы организации Субд на ПЭВМ

СУБД состоит из совокупности взаимосвязанных данных и набора программ, обеспечивающих доступ к данным и манипуляцию ими. Совокупность взаимосвязанных данных принято называть БД. [Henry F. Korth]

Более узкое определение СУБД - набор компьютерных программ, предназначенных для создания, поддержки, и использования БД

СУБД обеспечивает доступ к данным в процессе диалога с пользователем, отвечая на его вопросы (запросы).

Выделяется три уровня абстракции, на которых можно просмотреть данные.

· Физический уровень - уровень минимальной абстракции; на нем хранятся физические данные.

· Концептуальный уровень содержит описание данных, хранящихся в БД и отношений между ними. Он описывает всю БД в целом, используя несколько относительно простых структур - концептуальных схем; предназначен для администратора БД.

· Уровень представления - уровень максимальной абстракции; предназначен для основной массы пользователей БД. В одной БД может одновременно существовать несколько уровней представления.

· Модель данных представляет собой набор концептуальных инструментов для описания данных, отношений между ними, семантики данных и ограничений их целостности (consistency constraints).

Выделяют три класса моделей:

· логические модели, опирающиеся на понятие объекта (object-based logical models);

· логические модели, опирающиеся на понятие записи; (record-based logical models);

· физические модели данных (physical data models).

Объектные логические модели.

Объектные логические модели описывают данные на концептуальном уровне и уровне представления. Они позволяют определять структуру и ограничения целостности. На сегодняшний день существует свыше 30 моделей этого класса. Из них самые известные:

· модель сущность-связь;

· бинарная модель;

· семантическая модель данных;

· инфологическая модель.

Модель сущность-связь - основной представитель класса объектных моделей. Она считается наиболее адекватной для архитектуры БД и наиболее распространенной.

В основе модели сущность-связь лежит представление о реальном мире как о совокупности основных объектов, называемых сущностями и связей между ними.

· Под сущностью понимают любой реально существующий объект, отличный от других объектов. Чтобы отличить один объект от другого, каждому из них приписывается набор атрибутов, описывающих данный объект.

· Связь - это соединение между несколькими сущностями. Для того, чтобы различать сущности и связи, каждому набору сущностей приписывается первичный ключ.

· Первичный ключ - это один или несколько атрибутов, позволяющих однозначно идентифицировать сущность в наборе сущностей.

БД, удовлетворяющая диаграмме сущность-связь, может быть представлена в виде набора таблиц. Для каждого набора сущностей, как и для каждого набора отношений, создается отдельная таблица, которой присваивается имя соответствующего набора. В свою очередь, каждая таблица состоит из столбцов, каждый из которых имеет свое название.

Логические модели, опирающиеся на понятие записи.

Логические модели, опирающиеся на понятие записи, как и объектные логические модели, описывают данные на концептуальном уровне и уровне представления, но, в отличие от последних, эти модели определяют не только архитектуру БД, но и дают общее описание ее реализации. Однако модели этого класса уже не позволяют вводить ограничения на содержимое БД, как это делают объектные логические модели.

Самые распространенные модели:

· реляционная

· сетевая

· иерархическая.

Реляционная модель была предложена в 1970 году Е.Ф. Коддом и на сегодняшний день является признанным лидером среди моделей своего класса. Она основана на математическом понятии отношения.

Согласно реляционной модели, общая структура данных (отношение) может быть представлена в виде таблицы, в которой каждая строка значений (кортеж) соответствует логической записи, а заголовки столбцов являются названиями полей (элементов) в записях. Таким образом, данные и отношения между ними в реляционной модели представлены в виде набора таблиц, аналогичным по своей структуре таблицам модели сущность-связь.

Примеры реляционных БД: dBASE IY, FoxPro, Paradox.

Наиболее уязвимой частью реляционной модели являются проблемы целостности. Для их разрешения приняты ограничения, соответствующие строгой реляционной модели. До сих пор не удавалось создать СУБД полностью реляционную СУБД. Можно говорить лишь о большей или меньшей степени реляционности в отношении коммерческих СУБД. Однако для того чтобы называться реляционной СУБД должна обязательно отвечать следующим условиям:

· данные в ней должны храниться в таблицах;

· указатели и связи не должны быть видны пользователю;

· язык запросов должен быть реляционно полным.

Сетевая модель появилась в конце 1960-х гг. Она более привязана к реализации БД, чем реляционная модель.

Сетевая БД состоит из набора записей, соединенных друг с другом при помощи ссылок (links), которые могут быть видны пользователю как указатели (pointers). Ссылка соединяет ровно две записи. Записи организованы в виде произвольного графа (arbitrary graph).

Иерархическая модель представляет собой разновидность сетевой.

Иерархическая БД, как и сетевая, состоит из совокупности записей, соединенных между собой при помощи ссылок. Каждая запись состоит из набора полей, каждое из которых содержит ровно один параметр данных.

Основное отличие иерархической модели от сетевой заключается в способе организации записей. В иерархической модели записи организованы в виде деревьев, а не произвольных графов, как в сетевой модели. Общая логическая структура иерархической БД описывается при помощи диаграммы структуры дерева (tree- structure diagram), состоящей из записей и ссылок.

Пример иерархической БД: ACCESS.

Физические модели данных.

Физические модели данных используются на уровне минимальной абстракции. Это самый малочисленный класс моделей. Наиболее известные из них: отождествляющая модель (unifying model) и модель фреймовой памяти (frame memory).

Язык определения данных.

План БД определяется набором выражений (дефиниций), написанных на специальном языке, который называется язык определения данных (ЯОД) (data definition language).

Результатом компиляции выражений на ЯОД является набор таблиц, хранящийся в специальном файле, который называется словарь данных (data dictionary). В словаре данных хранятся метаданные, то есть данные о данных.

Разновидностью ЯОД является язык хранения и определения данных (data storage and manipulation language), на котором написаны выражения, определяющие методы доступа к данным и способ хранения структуры.

Язык манипуляции данными.

Под манипуляцией данными понимают:

· извлечение информации, хранящейся в БД;

· добавление новой информации в БД;

· уничтожение хранящейся в БД информации.

Язык манипуляции данными (ЯМД) обеспечивает пользователю доступ и манипуляцию данными. Различают два основных типа ЯМД:

· процедурный, который требует от пользователя указать тип нужных ему данных и способ их получения, то есть содержит процедуры поиска данных;

· непроцедурный, который требует указать только тип данных, не уточняя способ их получения, то есть не включает процедуры поиска.

Часть ЯМД, отвечающая за выборку данных, называется языком запросов.

Запрос (query) - выражение, задающее поиск данных в СУБД.

Менеджер БД - программный модуль, обеспечивающий интерфейс между данными низкого уровня, хранящимися в БД, прикладными программами и адресованными системе запросами.

Развернутая структура СУБД: СУБД состоит из модулей, каждый из которых выполняет определенную функцию. Некоторые функции СУБД могут выполняться операционной системой. Архитектура СУБД должна обеспечивать интерфейс между СУБД и операционной системой. СУБД состоит из следующих функциональных компонентов:

· Менеджер файлов управляет распределением места на диске и структурами данных; обеспечивает взаимодействие между данными низкого уровня, хранящимися в БД, прикладными программами и запросами, адресованными системе.

· Процессор запросов переводит выражения на языке запросов в инструкции, понятные менеджеру БД.

· Прекомпилятор ЯМД переводит выражения на ЯМД, вложенные в прикладную программу.

· Компилятор ЯОД переводит выражения на ЯОД в набор таблиц, содержащих

Структуры данных

· Файлы данных содержат собственно данные.

· Словарь данных содержит информацию о структуре БД.

· Индексы служат для быстрого поиска данных с конкретными значениями (атрибутами).

4

Билет 9