СОСТАВ СУБД И РАБОТА БД

КЛАССИФИКАЦИЯ БД И СУБД

Таблица данных о студентах

Таблица данных о кафедре

В нелинейной структуре выделяется понятие «агрегат», являю­щийся как бы таблицей в таблице (табл. 1.12). Агрегат может быть двух видов: вектор и повторяющиеся поля. Возможности реализа­ции структур таблиц зависят от выбранной модели данных (МД). Реляционная и иерархическая модели данных реализуют только ли­нейную структуру, тогда как сетевая и объектно-ориентированная модели позволяют использовать и нелинейную структуру. Особен­ности конкретной реализации определяются классами БД и СУБД.

Таблица 1.12

Под классификацией понимается разделение множества на под­множества по неформально предложенному признаку. В силу мно­гогранности баз данных и СУБД (комплекса технических и про­граммных средств для хранения, поиска, защиты и использования данных) имеется множество классификационных признаков. Клас­сификация БД по основным из них приведена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Классификация баз данных 39

Особо поговорим о статических и динамических БД.

В статических БД частота обновления данных много ниже часто­ты их считывания. Данные напрямую не связаны со временем. На­пример, анкетные данные, которые используются гораздо чаще, чем изменяются. Именно для статических БД строилась изначально те­ория баз данных.

В статических БД данные чаще изменяются, чем добавляются. В связи с этим основным требованием к ним стало простота обнов­ления, что достигается разделением таблицы на несколько в про­цессе нормализации. Формируются чаще всего первая, вторая и тре­тья нормальная формы, реже — четвертая и пятая. Использование второй и выше форм говорит о глубокой нормализации.

В последнее время все чаще обращаются к динамическим БД, в которых частоты считывания и обновления данных соизмеримы. В динамических БД время выступает явно в виде понятий момента времени (дата) или интервала времени (семестр, месяц, год). На­пример, данные об успеваемости студентов групп за время обучения (по семестрам).

Для таких БД более характерно не изменение, а добавление дан­ных и процедура глубокой нормализации теряет актуальность. Нор­мализация может ограничиваться первой нормальной формой.

Отдельно следует классифицировать системы управления база­ми данных (рис. 1.13). Базы данных могут классифицироваться и с точки зрения экономической: — бесплатные и платные (беспри­быльные, коммерческие); по форме собственности (государствен­ные, негосударственные); по степени доступности (общедоступные, с ограниченным кругом пользователей).

Рис. 1.13. Классификация СУБД

В настоящее время имеются дополнительные, необщепринятые предложения по выделению таких классов, как активные БД (фактически — экспертные системы, ранее называвшиеся дедук­тивными базами данных); пространственные БД (связанные с хра­нением графических файлов, например, географических карт); вре­менные БД, в которых время присутствует в явном виде в качестве полей таблиц. Поскольку два последних класса входят в состав дру­гих классов и самостоятельного значения пока не имеют, от этой линии классификации здесь воздержимся.

В дальнейшем сосредоточим внимание на видеобазах данных-текстов (таблиц) со структурированными данными документально­го характера. Речь пойдет об открытых СУБД, как правило, опера­ционного типа.

До середины 90-х годов XX в. под базой данных понимали ста­тические БД, которые впоследствии получили название операцион­ных (транзакционных) БД, а за рубежом — OnLine Transaction Processing (OLTP).

К середине 90-х годов в базах данных класса OLTP скопилось столько хронологической информации, что объем БД резко возрос, а быстродействие начало падать. Например, в работе деканата чаще всего требуются детальные данные о текущем учебном годе. В то же время в БД хранятся ретроспективные данные и за предыдущие годы. Такие данные необходимы значительно реже и чаще всего в агреги­рованном виде. Например, выдать фамилии студентов, которые три последних семестра получали только отличные оценки.

Стало ясно, что ретроспективную информацию следует перио­дически передавать в отдельную БД. К тому же выяснилось, что ретроспективные данные обладают новым качеством: они позволя­ют вырабатывать стратегические решения. Возникла возможность формирования систем поддержки принятия стратегических реше­ний (СППР). Такие системы получили за рубежом название OnLine Analytic Processing (OLAP).

Связь OLTP и OLAP показана на рис. 1.14. OLAP служит как бы дополнением OLTP.

OLAP сразу была оценена по достоинству менеджерами, посколь­ку позволяла: существенно повысить эффективность труда руково­дителей различного ранга; повысить конкурентоспособность фирм; получать дополнительно высокую прибыль.

Приведенные характеристики системы OLAP позволяют заме­тить, что при проектировании этой системы, как и при проектиро­вании OLTP, возникают сложности, определяемые следующими обстоятельствами:

• потребностью в значительных вычислительных ресурсах для обработки большого объема данных;

• проблемами, связанными с незаполненностью (отсутствием
данных) или отсутствием необходимых полей в операционной БД;

• увеличением сложности сопровождения и реструктуризации;

• значительной длительностью создания и заполнения OLAP.
OLAP, по сравнению с OLTP характеризуется несколько другими свойствами, как это видно из табл. 1.13.

Рис. 1.14. Соотношение OLTP и OLAP

В дальнейших рассуждениях, при отсутствии специальной ого­ворки, под СУБД будем понимать операционную базу данных.

СУБД представляет собой оболочку, с помощью которой после построения структуры таблиц, задания связей между таблицами и заполнения таблиц данными получается соответствующая база дан­ных. В связи с этим полезно поговорить о системе программно-технических, организационных и «человеческих» составляющих (рис. 1.15).

Программные средства включают трансляторы и систему управ­ления, обеспечивающую ввод—вывод, обработку и хранение информации, создание, модификацию и тестирование БД.

Базовыми внут­ренними языками программирования являются языки четвертого поколения. В качестве базовых языков могут использоваться С, C++, Pascal, Object Pascal. Язык C++ позволяет строить программы как на языке Visual Basic с его широким спектром возможностей, более близкий и понятный даже пользователю-непрофессионалу, так и на непроцедурном (декларативном) языке структурированных запро­сов SQL. Ранее отмечалось, что исторически для системы управле­ния базой данных сложились три языка:

1)язык описания данных (ЯОД), называемый также языком описания схем — для построения структуры («шапки») таблиц БД;

2)язык манипулирования данными (ЯМД) — для заполнения
БД данными и операций обновления (запись, удаление, модификация);

3)язык запросов — язык поиска наборов величин в файле в
соответствии с заданной совокупностью критериев поиска и выдачи
затребованных данных без изменения содержимого файлов и БД
(язык преобразования критериев в систему команд).

В настоящее время функции всех трех языков выполняет язык SQL, относящийся к классу языков, базирующихся на исчислении кортежей.

Вместе с тем сохранились и языки запросов, например, язык запросов по примеру Query By Example (QBE) класса реляционного исчисления доменов. Отметим, что эти языки в качестве «информа­ционной единицы» БД используют отдельную запись. С помощью языков БД создаются приложения, базы данных и интерфейс пользо­вателя, включающий экранные формы, меню, отчеты. При созда­нии БД на базе СУБД Paradox эти элементы (объекты) фиксируются в отдельных файлах. В СУБД Access, Interbase все созданные объек­ты размещаются в одном файле.

Для работы с созданной БД пользователю или администратору БД следует иметь перечень файлов — таблиц с описанием состава их данных (структуры, схемы). Для этого создается специальный файл, называемый словарем данных (репозитарием, словарем-спра­вочником, энциклопедией). Описание БД относится к метаинформации.

В качестве технических средств могут выступать супер- или пер­сональные компьютеры с соответствующими периферийными уст­ройствами.

Организационно-методические средства — это совокупность инструкций, методических и регламентирующих материалов, опи­саний структуры и процедуры работы пользователя с СУБД и БД.

Пользователей возможно разделить на две основные категории:

• конечные пользователи (КП);

• администраторы баз данных (АБД).

Особо следует поговорить об администраторе базы данных. Ес­тественно, что база данных строится для конечного пользователя, однако первоначально предполагалось, что КП не смогут работать без специалиста-программиста, которого назвали администратором базы данных. С появлением СУБД они взяли на себя значительную часть функций АБД, особенно для БД с небольшим объемом дан­ных. Однако для крупных централизованных и распределенных баз данных потребность в АБД сохранилась. В широком плане под АБД понимают системных аналитиков, проектировщиков структур дан­ных и информационного обеспечения, проектировщиков техноло­гии процессов обработки, системных и прикладных программистов, операторов, специалистов в предметной области и по техническому обслуживанию. Иными словами — в крупных базах данных это мо­гут быть коллективы специалистов.

В обязанности АБД входит: анализ предметной области, статус информации и пользователей; проектирование структуры и моди­фикация данных; задание и обеспечение целостности; загрузка и ведение БД; защита данных; обеспечение восстановления БД; сбор и статистическая обработка обращений к БД, анализ эффективнос­ти функционирования БД; работа с пользователем.

Одним из важнейших инструментов АБД является словарь.

В заключение отметим, что в работе с базами данных выделяют следующие процедуры:

• построение (создание, проектирование) БД;

• использование БД;

• функционирование БД.

Эти процедуры определяют содержание (составляющие) теории БД: создание, использование, функционирование.

При реализации БД основными элементами структуры БД явля­ются собственно база данных (система таблиц с данными); интер­фейс пользователя, алгоритм приложения (при современном подхо­де к проектированию БД или алгоритм преобразования — при тра­диционном подходе).

Перейдем к более подробному рассмотрению OLAP.

В составе OLAP можно выделить такие архитектурные эле­менты (рис. 1.16):

• хранилище данных (ХД);

• менеджер загрузки;

• менеджер хранилища данных;

• менеджер запросов.

Рис. 1.16. Состав OLAP

Хранилище данных, в первом приближении, возможно (по ана­логии с OLTP) считать базой данных, тогда как систему OLAP— СУБД. В нем можно условно выделить электронный архив, храня­щий детальные ретроспективные данные, и агрегированные (обра­ботанные) данные.

ХД реализуется с помощью многомерной модели, которая имеет несколько разновидностей: собственно многомерная (Multidi­mensional OLAP—MOLAP), реляционная (Relational OLAP—ROLAP), гибридная (Hibrid OLAP—HOLAP).

Менеджер загрузки осуществляет преобразование данных, по­ступающих из операционных БД, и прежде всего — форматирова­ние по «стандарту» OLAP.

Менеджер хранилища данных выполняет следующие операции:

• анализ непротиворечивости исходных данных;

• создание необходимых индексов и видов;

• денормализацию;

• резервное копирование.

Менеджер запросов управляет пользовательскими запросами, возможно с графиками процесса выполнения запроса.